Golang语言情怀-第17期 Go 语言设计模式-对象池

对象池模式

对象池模式，对象被预先创建并初始化后放入对象池中，对象提供者，对象提供者就能利用已有的对象来处理请求，减少对象频繁创建所浪费的资源。例如数据库的连接池等等，基本都是创建后就被放入连接池中，后续的查询请求使用的都是连接池中的对象，从而加快了查询速度（不然每次查询都需要重新创建数据库连接对象，比较浪费）。

一句话解释，对象池模式下，程序在一开始就创建好了一批可用对象供使用

这种模式下，一般有两种角色，即对象池管理者和对象池用户。

对象池管理者负责管理整个对象池，包括初始化对象池，扩充对象池的大小，重置归还对象的状态等等。

对象池用户负责从对象池中获取一个对象，用完之后一般需要归还整这个对象。

一般被放入对象池中的对象包括Socket对象，数据库连接对象（连接池），线程对象（线程池）等等。

五大要素

来看看对象池模式的五大要素：

• 模式名称：对象池模式
• 目的（What）：在程序刚开始创建一批可用对象供使用。
• 解决的问题（Why）：当我们频繁需要获取一个对象，并且该对象的频繁创建和销毁可能会导致系统性能较高的开销时，使用这种模式，避免对象的重复创建和销毁带来的资源开销。
• 解决方案（How）：一个对象池管理者，负责管理对象；有若干个对象池用户，从对象池中获取对象，用完之后归还。
• 解决效果：
  • 优点：
  • 缺点：
  1. 如果是一些轻中量级的对象，创建/销毁对象的开销几乎可以忽略不计，没必要使用这种模式，增加程序的复杂度
  2. 并发环境中，多个线程可能（同时）需要获取对象，这个时候必然要引起互斥锁，获取互斥锁（加锁/解锁）的操作产生的开销往往会比创建/销毁对象产生的开销还要大。
  3. 由于一般来说，池中的对象是有限的，这个势必会成为系统可伸缩性的一个瓶颈
  4. 很难正确的设定对象池的大小，如果太小则不起作用，如果太大，则内存占用资源过高。
  5. 复用池中对象，消除创建对象、销毁对象所产生的内存开销、CPU开销以及（若跨网络）产生的网络开销

什么时候使用对象池？

• 当创建对象的成本很高，且在特定时间对这些对象需求的数量不多时 - 以DB连接为例。创建每个连接对象的成本都很高，因为涉及到网络调用，而且一次可能只需要一个连接。对象池设计模式非常适合这种情况。
• 当对象是不可变对象时 - 再次以DB连接为例。数据库连接对象是不可变的对象。几乎所有的属性都不需要改变。
• 出于性能考虑的原因。由于对象池是事先创建好的，它将显著提高应用程序性能

对象池模式的相关对象包括 - 对象池具体结构、池中对象抽象接口、池中对象具体结构、客户：

iPoolObject.go是池中对象抽象接口iPoolObject的代码：

connection.go是池中对象具体结构connection的代码：

pool.go是对象池具体结构pool的代码：

main.go是客户的代码：

结果：

Loan Pool Object with ID: 0

Loan Pool Object with ID: 1

Return Pool Object with ID: 0

Return Pool Object with ID: 1

Go实现对象池模式

Go语言内部有sync.pool包实现了对象池的概念，但是这个设计出来的目的是优化GC的，因为它存储的对象随时都有可能被GC回收掉，具体感兴趣地可以去了解一下该包的用法，这篇文章就不对该包作详细解答了，因为我们的主要目的还是了解对象池模式。因此下面我们会自己实现一个对象池。

场景

当前的场景是我们需要实现一个协程池，我们开始给这个协程池固定一个协程数量，每个协程被用于去执行一项任务（Task），假设当前有1万个任务，我们必不可能用只用一个协程去执行，我们开启若干个协程去不断地轮询执行这些任务

object_pool.go:

package objectPool

import (
    "fmt"
    "sync"
    "testing"
    "time"
)

func TestObjectPool(t *testing.T) {
    // 创建一个拥有10个worker的协程池
    start := time.Now()
    defer func() {
        end := time.Now()
        fmt.Printf("it takes %f seconds\n",end.Sub(start).Seconds())
    }()

    wg := &sync.WaitGroup{}
    p := NewPool(10,wg)

    go p.Run()

    // 创建100个task
    for i := 0; i < 100; i++ {
        wg.Add(1)
        t := NewTask(func() error {
            // 为了显示出协程池的效果，这里每个任务sleep一秒
            time.Sleep(time.Second)
            return nil
        },i)
        p.SetTask(t)
    }

    wg.Wait()
    p.Stop()
}

object_pool_test.go:

package objectPool

import (
    "fmt"
    "sync"
    "testing"
    "time"
)

func TestObjectPool(t *testing.T) {
    // 创建一个拥有10个worker的协程池
    start := time.Now()
    defer func() {
        end := time.Now()
        fmt.Printf("it takes %f seconds\n",end.Sub(start).Seconds())
    }()

    wg := &sync.WaitGroup{}
    p := NewPool(10,wg)

    go p.Run()

    // 创建100个task
    for i := 0; i < 100; i++ {
        wg.Add(1)
        t := NewTask(func() error {
            // 为了显示出协程池的效果，这里每个任务sleep一秒
            time.Sleep(time.Second)
            return nil
        },i)
        p.SetTask(t)
    }

    wg.Wait()
    p.Stop()
}

结果：

=== RUN   TestObjectPool
workerID: 8, the task id 8 was successfully executed
workerID: 2, the task id 4 was successfully executed
...............
...............
workerID: 6, the task id 2 was successfully executed
workerID: 6, the task id 97 was successfully executed
workerID: 2, the task id 99 was successfully executed
it takes 10.030659 seconds
--- PASS: TestObjectPool (10.03s)
PASS

参考资料：

Go实现设计模式系列（8）——Go实现对象池模式

https://blog.csdn.net/lvyibin890/article/details/107765752

go 初始化对象_Go语言设计模式-对象池

https://blog.csdn.net/weixin_42438750/article/details/112099758