Go源码阅读：sync.Pool-创新互联

sync.Pool管理一组可以单独保存和检索的临时对象。目的是缓存已分配但未使用的对象，以供以后重用，从而减轻GC的压力。核心就是Put、Get和New

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使用sync.Pool需要提供一个New方法，以便在池中没有缓存的对象时，调用New创建

type Pool struct {noCopy noCopy // 静态检查机制：内置noCopy结构体的对象在第一次使用后不会再发生复制

	local     unsafe.Pointer // local 固定大小 per-P 池， 实际类型为[P]poolLocal
	localSize uintptr        // local array 的大小

	victim     unsafe.Pointer // 在上一个GC周期local被poolCleanup函数放置于此，它可能尚未被清理。     后面再讲
	victimSize uintptr        // victims array 的大小

	// 在Get方法失败的情况下，选择性的创建一个值
	New func() interface{}
}

poolLocal结构体

type poolLocalInternal struct {private interface{} // 只能被各自的P使用
	shared  poolChain   // 可以被任意P使用
}

type poolLocal struct {poolLocalInternal

    // 对齐到机器的缓存行大小，以避免false sharing  [1]
	pad [128 - unsafe.Sizeof(poolLocalInternal{})%128]byte
}

private只保存一个对象，且只能被拥有当前poolLocal的P访问
shared是一个链表，可以被其他P访问

单个sync.Pool在运行时的内存状态

Get

有了上面这张图，Get如何从池中获取对象，也能猜个七七八八了。

优先选择当前P对应的poolLocal.private。
若取不到，优先从当前P的share的head链表的头部取出一个对象。
若取不到，则尝试从其他线程中share的tail中steal一个对象。
若取不到，则调用New创建一个对象。

func (p *Pool) Get() interface{} {// 如果启用的 race 检查则先停用
	if race.Enabled {race.Disable()
	}
	// 返回pid，和 poolLocal
	l, pid := p.pin()
	// 尝试从private中获取数据
	x := l.private
	// 获取之后将private置nil，相当于从poolLocal中移除对象
	l.private = nil
	// 若从private中获取失败
	if x == nil {// 为了更好的利用时间局部性，从 shared 头部读取对象
		x, _ = l.shared.popHead()
		// 如果读取不到，则steal获取新的缓存对象
		if x == nil {	x = p.getSlow(pid)
		}
	}
	runtime_procUnpin()
	// 恢复 race 检查
	if race.Enabled {race.Enable()
		if x != nil {	race.Acquire(poolRaceAddr(x))
		}
	}
	// 若还是取不出来则调用New 创建
	if x == nil && p.New != nil {x = p.New()
	}
	return x
}

窃取对象

窃取的策略

尝试从其他p的shared窃取。
若取不到，尝试从上一轮GC时被放置(惰性回收)的poolLocal的private取对象。
若取不到，尝试从上一轮GC时被放置(惰性回收)的poolLocal的shared取对象。
还是取不到，返回nil，有Get函数调用New创建一个对象。

func (p *Pool) getSlow(pid int) interface{} {// 遍历所有p的 poolLocal 尝试从shared中窃取一个对象
	size := runtime_LoadAcquintptr(&p.localSize) // load-acquire
	locals := p.local                            // load-consume
	// Try to steal one element from other procs.
	for i := 0; i< int(size); i++ {l := indexLocal(locals, (pid+i+1)%int(size))
		if x, _ := l.shared.popTail(); x != nil {	return x
		}
	}
	
	// 遍历所有p的victim
	size = atomic.LoadUintptr(&p.victimSize)
	if uintptr(pid) >= size {return nil
	}
	// 遍历当前p的victim的private
	locals = p.victim
	l := indexLocal(locals, pid)
	if x := l.private; x != nil {l.private = nil
		return x
	}
	// 遍历其他p的victim的shared
	for i := 0; i< int(size); i++ {l := indexLocal(locals, (pid+i)%int(size))
		if x, _ := l.shared.popTail(); x != nil {	return x
		}
	}
	atomic.StoreUintptr(&p.victimSize, 0)

	return nil
}

Put

将一个(不确定对象状态)的对象放入到池中，遵循以下策略。

优先放入private
如果private已经有值，则尝试放入shared

func (p *Pool) Put(x interface{}) {if x == nil {  return
   }
   // 停用 race
   if race.Enabled {  if fastrand()%4 == 0 { // Randomly drop x on floor.
         return
      }
      race.ReleaseMerge(poolRaceAddr(x))
      race.Disable()
   }
   // 获取 localPool
   l, _ := p.pin()
   // 优先放入 private
   if l.private == nil {  l.private = x
      x = nil
   }
   // 如果不能放入 private 则放入 shared
   if x != nil {  l.shared.pushHead(x)
   }
   runtime_procUnpin()

   // 恢复race
   if race.Enabled {  race.Enable()
   }
}

惰性回收

sync.Pool 的垃圾回收发生在运行时 GC 开始之前。

var poolcleanup func()
// 利用编译器标志将 sync 包中的清理注册到运行时
//go:linkname sync_runtime_registerPoolCleanup sync.runtime_registerPoolCleanup
func sync_runtime_registerPoolCleanup(f func()) {poolcleanup = f
}

// 实现缓存清理
func clearpools() {// clear sync.Pools
	if poolcleanup != nil {poolcleanup()
	}
    (...)
}

清理函数

victim的使用出现在getslow函数中，当从其他P的shared中无法窃取到对象时，会尝试从上一次GC周期时放置的缓存中获取对象。

这就涉及到了惰性回收，当GC触发前poolCleanup会将运行时中所有sync.Pool对象中的poolLocal移动到其对应victim字段，victim会保存一个GC周期后被清除。

func poolCleanup() {// 清空上一GC周期的victim缓存
   for _, p := range oldPools {  p.victim = nil
      p.victimSize = 0
   }

   // 将当前运行时中所有Pool(不同的Pool对象)中的local移动到其victim中
   for _, p := range allPools {  p.victim = p.local
      p.victimSize = p.localSize
      p.local = nil
      p.localSize = 0
   }

   // 互换oldPool和allPools，并将allPools置nil
   oldPools, allPools = allPools, nil
}

备注

才疏学浅，若有疑惑之处，很可能是笔者出错了。还望不吝赐教。

参考资料

[1] false sharing

2 欧老师：Go source study: sync.Pool

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新闻标题：Go源码阅读：sync.Pool-创新互联
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