.NET性能优化-ArrayPool同时复用数组和对象

前两天在微信后台收到了读者的私信,问了一个这样的问题,由于私信回复有字数和篇幅限制,我在这里统一回复一下。读者的问题是这样的:

大佬您好,之前读了您的文章受益匪浅,我们有一个项目经常占用 7-8GB 的内存,使用了您推荐的ArrayPool以后降低到 4GB 左右,我还想着能不能继续优化,于是 dump 看了一下,发现是ArrayPool对应的一个数组有几万个对象,这个类有 100 多个属性。我想问有没有方法能复用这些对象?感谢!

根据读者的问题,我们摘抄出重点,现在他的数组已经得到池化,但是数组里面存的对象很大,从而导致内存很大

我觉得一个类有 100 多个属性应该是不太正常的,当然也可能是报表导出之类的需求,如果是普通类有 100 多个属性,那应该做一些抽象和拆分了。

如果是少部分的大对象需要重用,那其实可以使用ObjectPool,如果是数万个对象要重用,那么ObjectPool里面的 CAS 算法会成为瓶颈,那有没有更好的方式呢?其实解决方案就在ArrayPool类本身,可能大家平时没有注意过。

再聊 ArrayPool

我们再来回顾一下ArrayPool的用法,它的用法很简单,核心就是RentReturn两个方法,演示代码如下所示:

using System.Buffers;

namespace BenchmarkPooledList;

public class ArrayPoolDemo
{
    public void Demo()
    {
        // get array from pool
        var pool = ArrayPool.Shared.Rent(10);
        try
        {
            // do something
        }
        finally
        {
            // return
            ArrayPool.Shared.Return(pool);
        }
    }
}

其实对于上面的这个问题,ArrayPool已经有了解决方案,不知道大家有没有注意Return方法有一个默认参数clearArray=false.

public abstract void Return (T[] array, bool clearArray = false);

其中clearArray的含义就是当数组被归还到池时,是不是清空数组,也就是会不会将数组的所有元素重置为null,看下面的例子就明白了。
.NET性能优化-ArrayPool同时复用数组和对象插图

可以发现只要在归还到数组时不清空,那么第二次拿到的数组还是会保留值,基于这样一个设计,我们就可以在复用数组的同时复用对应的元素对象

性能比较

那么这样是否能解决之前提到的问题呢?我们很简单就可以构建一个测试用例,一个在代码里面使用new每次创建对象,另外一个尽量复用对象,为null时才创建。

// 定义一个大对象,放了40个属性
public class BigObject
{
    public string P1 { get; set; }
    public string P2 { get; set; }
    public string P3 { get; set; }
    .....
}

然后创建一个数据集,生成1000条数据,使用默认的方式,每次都new对象。

private static readonly string[] Datas = Enumerable.Range(0, 1000).Select(c => c.ToString()).ToArray();

[Benchmark(Baseline = true)]
public long UseArrayPool()
{
    var pool = ArrayPool.Shared.Rent(Datas.Length);
    try
    {
        for (int i = 0; i .Shared.Return(pool);
    }
}

另外一种方式就是复用对象池的对象,只有为null时才创建:

[Benchmark]
public long UseArrayPoolNeverClear()
{
    var pool = ArrayPool.Shared.Rent(Datas.Length);
    try
    {
        for (int i = 0; i .Shared.Return(pool, false);
    }
}

可以看一下 Benchmark 的结果:
.NET性能优化-ArrayPool同时复用数组和对象插图1

复用大对象的场景下,在没有造成性能的下降的情况下,内存分配几乎为0

ArrayObjectPool

之前笔者实现了一个类,优化了一下上面代码的性能,但是之前换了电脑,没有备份一些杂乱数据,现在找不到了。

具体优化原理是每一次都要进行null比较还是比较麻烦,而且如果能确定其数组不变的话,这些 null 判断是可以移除的。

凭借记忆写了一个 Demo,主要是确立在池里的数组是私有的,初始化一次以后就不需要再初始化,所以只要检测第一个元素是否为null就行,实现如下所示:

// 应该要实现IList接口 和 ICollection 等等的接口
// 不过这只是简单的demo  各位可以自行实现
public class ArrayObjectPool : IDisposable // , IList
    where T : new()
{
    // 创建一个独享的池
    private static ArrayPool _pool = ArrayPool.Create();

    private readonly T[] _items;
    public ArrayObjectPool(int size)
    {
        Length = size;
        _items = _pool.Rent(size);
        if (_items[0] is not null) return;
        // 如果第一个元素为null 说明是没初始化的
        // 那么需要初始化
        for (int i = 0; i  Length)
                throw new ArgumentOutOfRangeException(nameof(index));
            return _items[index];
        }
        set => throw new NotSupportedException();
    }

    public int Length { get; }

    // 释放时返回数据
    public void Dispose()
    {
        _pool.Return(_items);
    }

    /// 
    /// 当ArrayPool过大时  可以重新创建
    /// 旧的池就会被GC 回收
    /// 
    public static void Flush()
    {
        _pool = ArrayPool.Create();
    }
}

同样的,对比了一下性能,因为会创建一个对象,所以内存占用比直接使用ArrayPool要高几十个字节,但是由于不用比较null,是实现里面最快的(当然也快不了多少,就 2%):
.NET性能优化-ArrayPool同时复用数组和对象插图2

总结

我相信这个应该已经能回答提出的问题,我们可以在复用数组的时候复用数组所对应的对象,当然你必须确保复用对象没有副作用,比如复用了旧的脏数据

如果不是经常写这样的代码,像笔者一样封装一个ArrayObjectPool也没有必要,笔者本人也就写过那么一次,如果经常有这样的场景,那可以封装一个安全的ArrayObjectPool,想必也不是什么困难的事情。

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文章来源于互联网:.NET性能优化-ArrayPool同时复用数组和对象

THE END
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