从ObjectPool到CAS指令 _生活百科

相信最近看过我的文章的朋友对于Microsoft.Extensions.ObjectPool不陌生；复用、池化是在很多高性能场景的优化技巧，它能减少内存占用率、降低GC频率、提升系统TPS和降低请求时延。
那么池化和复用对象意味着同一时间会有多个线程访问池，去获取和归还对象，那么这肯定就有并发问题。那ObjectPool在涉及多线程访问资源应该怎么做到线程安全呢？
今天就带大家通过学习ObjectPool的源码聊一聊它是如何实现线程安全的。
源码解析ObjectPool的关键就在于两个方法，一个是Get用于获取池中的对象，另外就是Return用于归还已经使用完的对象。我们先来简单的看看ObjectPool的默认实现DefaultObjectPool.cs类的内容。
私有字段先从它的私有变量开始，下面代码中给出，并且注释了其作用：
// 用于存放池化对象的包装数组长度为构造函数传入的max - 1// 为什么 -1 是因为性能考虑把第一个元素放到 _firstItem中private protected readonly ObjectWrapper[] _items;// 池化策略创建对象和回收对象的防范private protected readonly IPooledObjectPolicy<T> _policy;// 是否默认的策略是一个IL优化使编译器生成call 而不是 callvirtprivate protected readonly bool _isDefaultPolicy;// 因为池化大多数场景只会获取一个对象为了性能考虑单独整一个对象不放在数组中// 避免数组遍历private protected T? _firstItem;// 这个类是在2.1中引入的，以尽可能地避免接口调用也就是去虚拟化 callvirtprivate protected readonly PooledObjectPolicy<T>? _fastPolicy;构造方法另外就是它的构造方法，默认实现DefaultObjectPool有两个构造函数，代码如下所示：
/// <summary>/// Creates an instance of <see cref="DefaultObjectPool{T}"/>./// </summary>/// <param name="policy">The pooling policy to use.</param>public DefaultObjectPool(IPooledObjectPolicy<T> policy): this(policy, Environment.ProcessorCount * 2){// 从这个构造方法可以看出，如果我们不指定ObjectPool的池大小// 那么池大小会是当前可用的CPU核心数*2}/// <summary>/// Creates an instance of <see cref="DefaultObjectPool{T}"/>./// </summary>/// <param name="policy">The pooling policy to use.</param>/// <param name="maximumRetained">The maximum number of objects to retain in the pool.</param>public DefaultObjectPool(IPooledObjectPolicy<T> policy, int maximumRetained){_policy = policy ?? throw new ArgumentNullException(nameof(policy));// 是否为可以消除callvirt的策略_fastPolicy = policy as PooleObjectPolicy<T>;// 如上面备注所说是否为默认策略可以消除callvirt_isDefaultPolicy = IsDefaultPolicy();// 初始化_items数组容量还剩一个在 _firstItem中_items = new ObjectWrapper[maximumRetained - 1];bool IsDefaultPolicy(){var type = policy.GetType();return type.IsGenericType && type.GetGenericTypeDefinition() == typeof(DefaultPooledObjectPolicy<>);}}Get 方法如上文所说，Get()方法是ObjectPool中最重要的两个方法之一，它的作用就是从池中获取一个对象，它使用了CAS近似无锁的指令来解决多线程资源争用的问题，代码如下所示：
public override T Get(){// 先看_firstItem是否有值// 这里使用了 Interlocked.CompareExchange这个方法// 原子性的判断 _firstItem是否等于item// 如果等于那把null赋值给_firstItem// 然后返回_firstItem对象原始的值反之就是什么也不做var item = _firstItem;if (item == null || Interlocked.CompareExchange(ref _firstItem, null, item) != item){var items = _items;// 遍历整个数组for (var i = 0; i < items.Length; i++){item = items[i].Element;// 通过原子性的Interlocked.CompareExchange尝试读取一个元素// 读取成功则返回if (item != null && Interlocked.CompareExchange(ref items[i].Element, null, item) == item){return item;}}// 如果遍历整个没有获取到元素// 那么走创建方法，创建一个item = Create();}return item;}上面代码中，有一个点解释一下Interlocked.CompareExchange(ref _firstItem, null, item) != item，其中!=item，如果其等于item就说明交换成功了，当前线程获取到_firstItem元素的期间没有其它线程修改_firstItem的值。
Return 方法Retrun(T obj)方法是ObjectPool另外一个重要的方法，它的作用就是当程序代码把从池中获取的对象使用完以后，将其归还到池中。同样，它也使用CAS指令来解决多线程资源争用的问题，代码如下所示：

从ObjectPool到CAS指令

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