也許有人會問：內(nèi)存池是什么呢? 主要用來干什么的?
大家都知道，C++可以使用指針來操作堆內(nèi)存以獲得高效率的內(nèi)存訪問，一般會使用全局new, delete的內(nèi)存管理函數(shù)來申請和分配內(nèi)存，但在大量使用內(nèi)存分配的程序里----比如：網(wǎng)絡(luò)游戲服務(wù)器的消息，每一條消息就分配一塊內(nèi)存，等消息處理完后，又要釋放內(nèi)存，這樣來來回回的new, delete操作，效率會大大折扣，因?yàn)閚ew，delete函數(shù)不可能預(yù)先知道你的對象要分配多大空間，每一個(gè)都要從當(dāng)前的堆中尋找一塊可用的空間來分配一個(gè)對象，最要命的是當(dāng)你delete后，內(nèi)存還要重新整理內(nèi)存塊，這樣頻繁操作將造成低效率結(jié)果。
于是，一個(gè)新的思想誕生了，如果當(dāng)你滿足以下條件時(shí)，你可以使用內(nèi)存池來提高效率：
(1) 當(dāng)你頻繁地操作一類對象時(shí)，即你老是new 和 delete
(2) 當(dāng)你知道使用一類對象的最大對象數(shù)時(shí)
你可以使用內(nèi)存池，它是預(yù)先分配一定數(shù)量的一段內(nèi)存空間，這一段空間預(yù)先分配了某類對象的數(shù)量，然后也可以像使用new, delete那樣的方式來管理內(nèi)存，不同在于這一段內(nèi)存空間的管理使用者要調(diào)用內(nèi)存池提供的相應(yīng)函數(shù)(CreateObj, DestoryObj)來操作，而且堆內(nèi)存由CObjectPool來管理。這樣可以獲得高效率的內(nèi)存操作。
為什么這樣子就可以高效率呢？恐怕你有點(diǎn)質(zhì)疑，人家平常都用new, delete也挺爽的。好了，還是看下面內(nèi)存池的設(shè)計(jì)思路吧！
一、我們?yōu)榱诉m應(yīng)不同的類對象，我們使用了模板的接口類----CObjectPool
二、MemPool類，內(nèi)存池的核心類。負(fù)責(zé)內(nèi)存管理, 主要使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是鏈表結(jié)構(gòu), 結(jié)構(gòu)為: Object|index, Object是某一類對象的數(shù)據(jù), 而index是它在內(nèi)存中的索引號, 這個(gè)很有用, 它是用來維持[已分配列表] 和 [空閑列表] 的地址計(jì)算。注：(它是浪費(fèi)了4個(gè)字節(jié)的空間，但它的功勞大于它的罪過，你說用不用呢？)
接下來應(yīng)該貼代碼了吧，大家都關(guān)注這個(gè)實(shí)質(zhì)性的東西了！
//============================================================================// FileName ：ObjectPool.h
// CreateDate：2008-02-20
// Author ：chenguihong
// Des ：內(nèi)存池
//-------------------------------------------------------------------------------------
#ifndef __OBJECT_POOL_H__
#define __OBJECT_POOL_H__
#include "MemPool.h"
template <class T>
class CObjectPool
{
public:
CObjectPool(int ObjectReserve = 1000):m_MemPool(sizeof(T),ObjectReserve){}
~CObjectPool()
{
m_MemPool.Release();
}
T* CreateObj()
{
return static_cast<T*>(m_MemPool.Alloc());
}
void DestoryObj(void*p)
{
m_MemPool.DeAlloc(p);
}
int Release()
{
return m_MemPool.Release();
}
public:
MemPool m_MemPool;
};
#endif
//-----------------------------------------------------------------------
//======================================================================
// FileName ：MemPool.h
// CreateDate：2008-02-20
// Author ：chenguihong
// Des ：線程安全的內(nèi)存池
//-------------------------------------------------------------------------------------
#ifndef __MEM_POOL_H__
#define __MEM_POOL_H__
#include <windows.h>
#include "Mutex.h"
class MemPool
{
//++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
//一塊內(nèi)存．內(nèi)存塊的固定大小為 blockSize * blocks.
//++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
public:
MemPool(size_t block_size, size_t block_reserved);
bool Init(size_t block_size, size_t block_reserved);
int Release();
//----------------------------------------------------
//查看還有多少空間可以用
//----------------------------------------------------
size_t Capacity();
//----------------------------------------------------
//分配一個(gè)內(nèi)存和釋放一個(gè)內(nèi)存
//----------------------------------------------------
void* Alloc();
void DeAlloc(void* p);
//----------------------------------------------------
//判斷一個(gè)指針是不是由這個(gè)Pool分配的。
//----------------------------------------------------
bool Is_ptr(void* p);
private:
size_t m_blockSize; //每一個(gè)塊的大小，即FixedAlloctor能分配的大小. 當(dāng)
m_blockSize不能為1.
size_t m_blocks; //每個(gè)MemChunck中，Block的個(gè)數(shù).
size_t m_avaliableBlocks; // 內(nèi)存池中，空閑的塊的個(gè)數(shù)
//內(nèi)存塊的地址
unsigned char* m_pData;
//第一個(gè)可用塊，一個(gè)可用塊的大小是由blockSize指定的．
unsigned long m_firstAvailableBlock;
unsigned long m_blocksAvailable; //是不是可用的空閑塊
CMutex m_Mutex;
};
#endif
//---------------------------------------------------------------------------------------
/*
MemPool.cpp
*/
#include "MemPool.h"
#include <cassert>
#include <tchar.h>
#include <iostream>
using namespace std;
/********************************************************
內(nèi)存池分配器．也就是一個(gè)固定大小的內(nèi)存分配器.
Object|index 結(jié)構(gòu)
*********************************************************/
MemPool::MemPool(size_t block_size, size_t block_reserved)
{
m_pData = NULL;
m_avaliableBlocks = 0;
Init(block_size,block_reserved);
}
bool MemPool::Init(size_t blockSize, size_t blocks)
{
assert(blockSize > 0);
assert(blocks > 0 && blocks < 10000000); //暫定10000000個(gè)，應(yīng)該足夠了吧！
m_pData = (unsigned char*) malloc((blockSize + sizeof(unsigned long)) * blocks);
if(m_pData == NULL)
return false;
m_firstAvailableBlock = 0;
m_blocks = blocks;
m_blocksAvailable = blocks;
m_blockSize = blockSize;
//填充內(nèi)存塊的鏈
unsigned long i = 0;
unsigned char* p = m_pData;
unsigned long* pNext = NULL;
for (; i != blocks; p += (blockSize + sizeof(unsigned long)))
{
pNext = (unsigned long*) (p + blockSize); //200000個(gè)整型溢出啊，加大馬力
*pNext = ++i;
}
return true;
}
int MemPool::Release()
{
//請確保調(diào)用者釋放指針方能執(zhí)行操作
if(m_blocksAvailable < m_blocks) //出錯(cuò)說明有內(nèi)存申請了但還沒有被釋放
{
int Result = m_blocks - m_blocksAvailable;
return Result;
}
if(m_pData != NULL)
{
free((unsigned char*)m_pData);
m_pData = NULL;
return 0;
}
}
void* MemPool::Alloc()
{
//多線程訪問要加鎖, 也可以用守衛(wèi)來自動完成(線程安全)
Mutex_Guard sc(&m_Mutex);
unsigned char* pResult = NULL;
if(m_blocksAvailable > 0)
{
//把第一個(gè)可用返回給用戶
//cout<<"申請到第"<<m_firstAvailableBlock+1<<"塊"<<endl;
pResult = m_pData + (m_firstAvailableBlock * (m_blockSize + sizeof(unsigned
long)));
m_firstAvailableBlock = *(unsigned long*)(pResult + m_blockSize);
memset(pResult, 0, m_blockSize); //清0
m_blocksAvailable--;
}
else
{
return pResult;
}
return pResult;
}
void MemPool::DeAlloc(void* p)
{
//多線程訪問要加鎖, 用守衛(wèi)來自動完成(線程安全)
Mutex_Guard sc(&m_Mutex);
assert(Is_ptr(p)); //檢查是不是非法指針
unsigned char* toRelease = static_cast<unsigned char*>(p);
//把釋放掉的塊加入到表頭里．新建一個(gè)表頭,表頭下一個(gè)塊指向原來的第一個(gè)可用塊
* ((unsigned long*)(toRelease + m_blockSize)) = m_firstAvailableBlock;
//第一個(gè)可用塊指向表頭
m_firstAvailableBlock = (toRelease - m_pData) / (m_blockSize + sizeof(unsigned
long));
//塊對齊檢查
assert(m_firstAvailableBlock == (toRelease - m_pData) / (m_blockSize + sizeof
(unsigned long)));
m_blocksAvailable++;
//cout<<"釋放掉第"<<m_firstAvailableBlock+1<<"塊"<<endl;
}
bool MemPool::Is_ptr(void* p)
{
//內(nèi)存不在這個(gè)里面。也不是他分配的。
if(p < m_pData || p > (m_pData + (m_blockSize + sizeof(unsigned long)) * (m_blocks-1)))
return false;
//指針沒在blockSize邊界上對齊．肯定不是由這個(gè)MemPool分配的
long result = ((unsigned char*)p - m_pData) % (m_blockSize + sizeof(unsigned long));
if(result != 0)
return false;
return true;
}
//----------------------------------------------------
//查看還有多少空間可以用
//----------------------------------------------------
size_t MemPool::Capacity()
{
return m_blocksAvailable;
}
使用方法: CObjectPool<int> m_ObjectPool(10000); //10000個(gè)對象
int *p = m_ObjectPool.CreateObj(); //相當(dāng)于new
m_ObjectPool.DestoryObj(p); //相當(dāng)于delete
好了，代碼到些結(jié)束，該出測試報(bào)告了吧!
性能測試, 當(dāng)當(dāng)當(dāng)當(dāng).....
與普通的系統(tǒng)函數(shù)new和delete作對比, 各自開10條線程進(jìn)行內(nèi)存申請1,000,000對象, 每條線程反復(fù)地進(jìn)
行申請和釋放。
在CPU：Pentium D 3.0G, 內(nèi)存1G的情況下：
結(jié)果: (1) 采用內(nèi)存池用時(shí)： 5328ms
(2) 采用new 和 delete用時(shí)：27078ms
如果程序中有什么BUG或有什么看法的話，歡迎留言/評論，謝謝!