C++高并发内存池：内存池调优与测试

前面我们已经完成了三种Cache的设计。本期我们就来调整一下内存池相关的设计问题相关代码在我的个人gitee高并发内存池: 个人学习的项目——高并发内存池目录对于大于256KB的内存申请释放释放对象优化配备内存池申请变量多线程下与malloc的性能测试对比对于大于256KB的内存申请释放前面我们已经讲解对于小于256KB的内存池而言它会通过我们前面设计的三重Cache申请资源。但是实际中并不总是申请小于256KB的内存。那么对于大于256KB的内存我们怎么处理呢前面我们以8KB为一页那么我们就来分类讨论一下设申请size32页size256页的时候可以 去找PageCache申请size256页的时候就要去系统堆申请Common.h#pragma once #includeMemoryAllocator.h #include iostream #include vector #includealgorithm #include cstdlib #includestdexcept #includecassert #includethread #includemutex #includememory #include stddef.h // 跨平台定义 size_t必须包含 #ifdef _WIN32 // Windows 平台VirtualAlloc 需要 windows.h // 同时定义 NOMINMAX 避免与 std::min 冲突若后续使用 #ifndef NOMINMAX #define NOMINMAX #endif #include windows.h #else // Linux 平台mmap、sysconf 需要以下头文件 #include sys/mman.h // mmap, MAP_FAILED, PROT_READ, PROT_WRITE, MAP_PRIVATE, MAP_ANONYMOUS #include unistd.h // sysconf, _SC_PAGESIZE #endif using std::cout; using std::endl; using std::vector; //内存池可申请的最大的内存——256KB static const int MAX_SIZE 256 * 1024; static const int NFRESSLISTS 208; static const size_t NPAGES 129; static const size_t PAGE_SHIFT 13; // 跨平台类型定义PageID_ // 适用Windows (32/64位) Linux (32/64位) // 1. 64 位 Windows 系统 #if defined(_WIN64) typedef unsigned long long PageID; // 2. 32 位 Windows 系统 #elif defined(_WIN32) typedef size_t PageID; // 3. Linux 系统自动适配 32/64 位 #elif defined(__linux__) typedef size_t PageID; // 4. 不支持的平台报错提示 #else #error 当前仅支持 Windows 和 Linux 系统 #endif //给一个对象取前4/8字节 static inline void* NextObject(void* object) { return *(void**)object; } //管理好切分的小对象的链表 class FreeList { private: void* freelist_nullptr; size_t maxSize_1; size_t size_ 0; public: void Push(void* object) { //头插 /*if (object nullptr) { throw 申请的对象内存为空; }*/ assert(object); NextObject(object) freelist_; freelist_ object; size_; } void PushRange(void*start,void* end,size_t n) { (void)end; // 标记未使用参数消除警告 NextObject(start) freelist_; freelist_ start; size_ n; } void* Pop() { //头删 /*if (freelist_ nullptr) { throw 内存链表为空; }*/ assert(freelist_); void* object freelist_; freelist_ NextObject(object); --size_; return object; } void PopRange(void* start, void* end, size_t n) { assert(nsize_); start freelist_; end start; for (size_t i 0; i n - 1; i) { end NextObject(end); } freelist_ NextObject(end); NextObject(end) nullptr; size_ - n; } //判断是否为空 bool Empty() { return freelist_ nullptr; } size_t MaxSize() { return maxSize_; } size_t size() { return size_; } }; //对齐映射规则 //以8字节对齐最合适——因为64系统下一个指针是8个字节导致无法储存指针进而挂接在链表上 class Alignment { // 整体控制在最多10%左右的内碎片浪费 // [1,128] 8byte对齐 freelist[0,16) // [1281,1024] 16byte对齐 freelist[16,72) // [10241,8*1024] 128byte对齐 freelist[72,128) // [8*10241,64*1024] 1024byte对齐 freelist[128,184) // [64*10241,256*1024] 8*1024byte对齐 freelist[184,208) private: //方式二位运算 //static防止多次定义 constexpr编译期计算 inline建议编译器编译期内联 static constexpr inline size_t _RoundUP(size_t size, size_t Align) { return (size Align - 1) ~(Align - 1); //比如size5则二进制为00000101Align为8则Align - 1为00000111 // size Align - 1为00001100即12 //~为按位取反 ~(Align - 1)为11111000 //为按位与当对应位数均为1时方为1 //0000110011111000 //00001100 //11111000 //00001000,为8 } public: //频繁调用的小函数常见写法 static constexpr inline size_t RoundUP(size_t size) { if (size 128)//128B { return _RoundUP(size, 8); } else if (size 1024)//1KB { return _RoundUP(size, 16); } else if (size 8 * 1024)//8KB { return _RoundUP(size, 128); } else if (size 64 * 1024)//64KB { return _RoundUP(size, 1024); } else if (size 256 * 1024)//256KB { return _RoundUP(size, 8 * 1024); } //添加了额外的处理 else { return _RoundUP(size, 1 PAGE_SHIFT); } } //计算映射到哪个桶内的自由链表 //这里除法计算的都是2的幂数现代主流编译器MSVC、GCC、Clang会将其转化为位运算 static constexpr inline size_t Index(size_t size) { size_t aligned RoundUP(size); // 先对齐可能抛出异常 if (aligned 128) // 8字节对齐区间 [8, 128] { // 桶索引8→0, 16→1, ..., 128→15 return aligned / 8 - 1; } else if (aligned 1024) // 16字节对齐区间 [144, 1024] { // 起始144对应桶16步长16 return (aligned - 144) / 16 16; } else if (aligned 8 * 1024) // 128字节对齐区间 [1152, 8192] { // 起始1152对应桶72步长128 return (aligned - 1152) / 128 72; } else if (aligned 64 * 1024) // 1024字节对齐区间 [9216, 65536] { // 起始9216对应桶128步长1024 return (aligned - 9216) / 1024 128; } else if (aligned 256 * 1024) // 8*1024字节对齐区间 [73728, 262144] { // 起始73728对应桶184步长8192 return (aligned - 73728) / (8 * 1024) 184; } else // 理论上不会到达这里因为 RoundUP 已经对过大 size 抛异常 { throw std::runtime_error(申请内存过大); } } // 一次thread cache从中心缓存获取多少个 static size_t NumMoveSize(size_t size) { assert(size 0); // [2, 512], 一次批量移动多少个对象的(慢启动)上限值 // 小对象一次批量上限高 // 小对象一次批量上限低 int num MAX_SIZE / size; if (num 2) num 2; if (num 512) num 512; return num; } // 计算一次向系统获取几个页 // 单个对象 8byte // ... // 单个对象 256KB static size_t NumMovePage(size_t size) { size_t num NumMoveSize(size); size_t npage num * size; npage PAGE_SHIFT; if (npage 0) npage 1; return npage; } }; //Span用来管理多个连续页的大块内存跨度调度结构 //CentralCache和PageCache都需要调用 struct Span { PageID PageNum0; //页数 size_t n_0; //多个大块内存的起始页的页号 //双向链表 Span* prev_nullptr; Span* next_nullptr; void* freeList_nullptr;//切出来小内存的自由链表 size_t IsUseCount_0; //被切出去的内存分配给ThreadCache计数 bool IsUse false; //是否被使用 size_t ObjectSize0; //对象数量 bool isLargeMemory false; // 标记是否为大内存块256KB void* systemMemoryPtr nullptr; // 系统分配的内存指针仅用于大内存块 }; //带头双向循环链表 class SpanList { private: std::unique_ptrSpan head_; // 头节点由 unique_ptr 独占管理 //多线程访问同一个桶会形成竞争导致变慢访问各自的桶即使是加锁也不会变慢 public: std::mutex mtx_; SpanList() : head_(std::make_uniqueSpan()) { head_-prev_ head_.get(); head_-next_ head_.get(); } Span* Begin() { return head_-next_; } Span* End() { return head_-prev_; } void PushFront(Span* span) { Insert(Begin(), span); } Span* PopFront() { Span* target head_-next_; Erase(target); return target; } bool Empty() { return head_-next_ head_.get(); } // 插入将 newSpan 插入到 pos 之前pos 不能为 nullptr void Insert(Span* pos, Span* newSpan) { assert(pos); assert(newSpan); // 连接前后节点 Span* prev pos-prev_; prev-next_ newSpan; newSpan-prev_ prev; newSpan-next_ pos; pos-prev_ newSpan; // newSpan 的所有权已转移给链表由链表负责析构时释放 } // 删除从链表中移除 pos 指向的节点不能是头节点 void Erase(Span* pos) { assert(pos); // 确保不删除头节点 if (pos head_.get()) { return; // 头节点由 unique_ptr 管理不能删除 } // 从链表中摘除 pos-prev_-next_ pos-next_; pos-next_-prev_ pos-prev_; // 重置指针避免悬空指针 pos-prev_ nullptr; pos-next_ nullptr; } // 析构函数释放所有非头节点 ~SpanList() { Span* cur head_-next_; while (cur ! head_.get()) { Span* next cur-next_; delete cur; // 释放每个普通节点 cur next; } // head_ 由 unique_ptr 自动释放无需手动处理 } };MemoryAlloc.h// File: MemoryAllocator.h #pragma once #include cstddef #include stdexcept #include new #ifdef _WIN32 #include windows.h #else #include sys/mman.h #include unistd.h #endif // 默认页大小 4KB static const size_t PAGE_SIZE 4096; // 112 // 按页申请内存kpage页数 inline static void* SystemAlloc(size_t kpage) { size_t size kpage * PAGE_SIZE; #ifdef _WIN32 void* ptr VirtualAlloc(nullptr, size, MEM_COMMIT | MEM_RESERVE, PAGE_READWRITE); #else void* ptr mmap(nullptr, size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_PRIVATE | MAP_ANONYMOUS, -1, 0); if (ptr MAP_FAILED) ptr nullptr; #endif if (!ptr) throw std::bad_alloc(); return ptr; } inline static void SystemFree(void* ptr) { if (!ptr) return; #ifdef _WIN32 if (!VirtualFree(ptr, 0, MEM_RELEASE)) { throw std::runtime_error(VirtualFree failed); } #else // 在Linux下我们需要知道内存大小才能正确释放 // 这里使用一个简化的实现假设ptr是通过mmap分配的 // 更健壮的实现需要记录分配的大小信息 if (munmap(ptr, 0) -1) { throw std::runtime_error(munmap failed); } #endif }ThreadCache.cpp#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS #include ThreadCache.h #includeCentralCache.h // 跨平台min函数包装器避免Windows.h的宏冲突 namespace PlatformUtils { templatetypename T inline const T Min(const T a, const T b) { return (a b) ? a : b; } } // 定义 thread_local 变量每个线程独立 thread_local ThreadCache* pTLSThreadCache nullptr; //申请资源 void* ThreadCache::Allocator(size_t size) { assert(size MAX_SIZE); size_t AlignSize Alignment::RoundUP(size); size_t index Alignment::Index(size); if (!freelist_[index].Empty()) return freelist_[index].Pop(); else return FetchFromCentralCache(index, AlignSize); } //释放资源 void ThreadCache::Deallocator(void* ptr, size_t size) { assert(ptr); assert(size MAX_SIZE); size_t index Alignment::Index(size); freelist_[index].Push(ptr); //链表长度大于一次批量申请的内存 if (freelist_[index].size() freelist_[index].MaxSize()) { ListTooLong(freelist_[index], size); } } //从CentralCache申请资源 void* ThreadCache::FetchFromCentralCache(size_t index, size_t size) { //满开始反馈调节算法 // 1、最开始不会一次向central cache一次批量要太多因为要太多了可能用不完 // 2、如果你不要这个size大小内存需求那么batchNum就会不断增长直到上限 // 3、size越大一次要的BatchNum越小 // 4、size越小一次要得BatchNum越大 size_t BatchNum PlatformUtils::Min(freelist_[index].MaxSize(), Alignment::NumMoveSize(size)); void* start nullptr; void* end nullptr; size_t actualNum CentralCache::Instance()-FetchRangeObj(start, end, BatchNum, size); assert(actualNum 0); if (actualNum 1) { assert(start end); return start; } else { freelist_[index].PushRange(NextObject(start), end, actualNum-1); return start; } if (BatchNum freelist_[index].MaxSize()) { freelist_[index].MaxSize() 1; } return nullptr; } void ThreadCache::ListTooLong(FreeList list, size_t size) { void* start nullptr; void* end nullptr; list.PopRange(start, end, list.MaxSize()); CentralCache::Instance()-ReleaseListToSpans(start, size); }释放对象优化Common.h//Span用来管理多个连续页的大块内存跨度调度结构 //CentralCache和PageCache都需要调用 struct Span { PageID PageNum0; //页数 size_t n_0; //多个大块内存的起始页的页号 //双向链表 Span* prev_nullptr; Span* next_nullptr; void* freeList_nullptr;//切出来小内存的自由链表 size_t IsUseCount_0; //被切出去的内存分配给ThreadCache计数 bool IsUse false; //是否被使用 size_t ObjectSize0; //对象数量 bool isLargeMemory false; // 标记是否为大内存块256KB void* systemMemoryPtr nullptr; // 系统分配的内存指针仅用于大内存块 };PageCache.cpp#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS #includePageCache.h #include iostream PageCache PageCache::sInstan_; Span* PageCache::MapObjectToSpan(void* object) { PageID id ((PageID)object PAGE_SHIFT); std::unique_lockstd::mutex lock(pagemtx_); auto ret IdSpanMap_.find(id); if (ret ! IdSpanMap_.end()) { return ret-second; } else { assert(false); return nullptr; } } Span* PageCache::GetSpan(size_t K) { assert(K 0 K NPAGES); //大于128页的直接向堆申请内存不进行切分 if (K NPAGES-1) { void* ptr SystemAlloc(K); Span* span new Span; span-PageNum (PageID)ptr PAGE_SHIFT; span-n_ K; IdSpanMap_[span-PageNum] span; IdSpanMap_[span-PageNum K - 1] span; return span; } if (!spanlist_[K].Empty()) { return spanlist_[K].PopFront(); } // 检查一下后面的桶里面有没有span如果有可以把他它进行切分 for (size_t i K 1; i NPAGES; i) { if (!spanlist_[i].Empty()) { Span* nSpan spanlist_[i].PopFront(); Span* kSpan new Span; // 在nSpan的头部切一个k页下来 // k页span返回 // nSpan再挂到对应映射的位置 kSpan-PageNum nSpan-PageNum; kSpan-n_ K; nSpan-PageNum K; nSpan-n_ - K; spanlist_[nSpan-n_].PushFront(nSpan); //存储span页号与span的映射方便回收时合并查找 IdSpanMap_[nSpan-PageNum] nSpan; // 1000 5 IdSpanMap_[nSpan-PageNum nSpan-n_ - 1] nSpan; //建立ID与span映射方便CentralCache回收时查找对应的span for (PageID i 0; i kSpan-n_; i) { IdSpanMap_[kSpan-PageNum i] kSpan; } return kSpan; } } // 走到这个位置就说明后面没有大页的span了 // 这时就去找堆要一个128页的span Span* bigSpan new Span; void* ptr SystemAlloc(NPAGES - 1); bigSpan-PageNum (PageID)ptr PAGE_SHIFT; bigSpan-n_ NPAGES - 1; spanlist_[bigSpan-n_].PushFront(bigSpan); return GetSpan(K); } void PageCache::ReleaseSpanToPageCache(Span* span) { // 大于128 page的直接还给堆 if (span-n_ NPAGES-1) { void* ptr (void*)(span-PageNum PAGE_SHIFT); SystemFree(ptr); delete span; return; } // 如果是大内存块直接返回不进行合并操作 if (span-isLargeMemory) { return; } // 对span前后的页尝试进行合并缓解内存碎片问题 //向前合并 while (1) { PageID prevId span-PageNum - 1; auto ret IdSpanMap_.find(prevId); // 前面的页号没有不合并了 if (ret IdSpanMap_.end()) { break; } // 前面相邻页的span在使用不合并了 Span* prevSpan ret-second; if (prevSpan-IsUse true) { break; } // 合并出超过128页的span没办法管理不合并了 if (prevSpan-n_ span-n_ NPAGES - 1) { break; } span-PageNum prevSpan-PageNum; span-n_ prevSpan-n_; spanlist_[prevSpan-n_].Erase(prevSpan); delete prevSpan; } // 向后合并 while (1) { PageID nextId span-PageNum span-n_; auto ret IdSpanMap_.find(nextId); if (ret IdSpanMap_.end()) { break; } Span* nextSpan ret-second; if (nextSpan-IsUse true) { break; } if (nextSpan-n_ span-n_ NPAGES - 1) { break; } span-n_ nextSpan-n_; spanlist_[nextSpan-n_].Erase(nextSpan); delete nextSpan; } spanlist_[span-n_].PushFront(span); span-IsUse false; IdSpanMap_[span-PageNum] span; IdSpanMap_[span-PageNum span-n_ - 1] span; } // 注册大内存块 Span* PageCache::RegisterLargeSpan(void* ptr, size_t kpage) { if (!ptr) { throw std::invalid_argument(Invalid pointer for large memory registration); } // 检查是否已经注册 if (largeMemoryMap_.find(ptr) ! largeMemoryMap_.end()) { throw std::runtime_error(Large memory block already registered); } // 创建新的Span来管理这个大内存块 Span* span new Span(); span-PageNum reinterpret_castPageID(ptr) PAGE_SHIFT; span-n_ kpage; span-isLargeMemory true; span-systemMemoryPtr ptr; span-IsUse true; // 注册到映射表 largeMemoryMap_[ptr] span; // 注册到页映射表用于MapObjectToSpan查找 for (PageID i 0; i span-n_; i) { IdSpanMap_[span-PageNum i] span; } return span; } // 注销大内存块 void PageCache::UnregisterLargeSpan(Span* span) { if (!span || !span-isLargeMemory) { throw std::invalid_argument(Invalid span for large memory unregistration); } // 从大内存映射表中移除 auto it largeMemoryMap_.find(span-systemMemoryPtr); if (it ! largeMemoryMap_.end()) { largeMemoryMap_.erase(it); } // 从页映射表中移除 for (PageID i 0; i span-n_; i) { IdSpanMap_.erase(span-PageNum i); } // 删除Span对象 delete span; } // 检查是否为大内存块 bool PageCache::IsLargeMemory(void* ptr) const { return largeMemoryMap_.find(ptr) ! largeMemoryMap_.end(); }ConcurrentAlloc.h#pragma once #includeCommon.h #includeThreadCache.h #includeTLSManager.h #includePageCache.h // 并发申请内存 static void* ConcurrrentAlloc(size_t size) { if (size 0) return nullptr; if (size MAX_SIZE) { // 大内存分配直接使用系统分配器 try { size_t alignsize Alignment::RoundUP(size); size_t kpage (alignsize PAGE_SIZE - 1) PAGE_SHIFT; // 使用系统分配器分配大内存 void* ptr SystemAlloc(kpage); if (!ptr) { throw std::bad_alloc(); } // 记录大内存块信息到PageCache PageCache::Instance()-pagemtx_.lock(); PageCache::Instance()-RegisterLargeSpan(ptr, kpage); PageCache::Instance()-pagemtx_.unlock(); return ptr; } catch (const std::exception e) { std::cerr Large memory allocation failed: e.what() std::endl; throw; } } else { // 小内存分配通过TLSManager获取当前线程的ThreadCache实例 // RAII模式自动管理生命周期线程结束时自动清理 try { return TLSManager::GetInstance().Allocator(size); } catch (const std::exception e) { std::cerr Small memory allocation failed: e.what() std::endl; throw; } } } // 并发释放内存 static void ConcurrrentDealloc(void* ptr) { if (!ptr) return; Span*spanPageCache::Instance()-MapObjectToSpan(ptr); size_t sizespan-ObjectSize; Span* span PageCache::Instance()-MapObjectToSpan(ptr); if (size MAX_SIZE) { // 大内存释放 try { PageCache::Instance()-pagemtx_.lock(); if (!span) { PageCache::Instance()-pagemtx_.unlock(); throw std::runtime_error(Invalid pointer for large memory deallocation); } PageCache::Instance()-ReleaseSpanToPageCache(span); // 从PageCache中注销大内存块 PageCache::Instance()-UnregisterLargeSpan(span); PageCache::Instance()-pagemtx_.unlock(); // 使用系统分配器释放内存 SystemFree(ptr); } catch (const std::exception e) { std::cerr Large memory deallocation failed: e.what() std::endl; throw; } } else { // 小内存释放通过TLSManager获取当前线程的ThreadCache实例 try { TLSManager::GetInstance().Deallocator(ptr, size); } catch (const std::exception e) { std::cerr Small memory deallocation failed: e.what() std::endl; throw; } } }配备内存池申请变量这里我们就要与之前的内存池相连了首先在PageCache.h中添加声明#pragma once #includeCommon.h #include ConcurrentMemoryPool.h #includeunordered_map class PageCache { private: SpanList spanlist_[NFRESSLISTS]; std::unordered_mapPageID, Span*IdSpanMap_; static PageCache sInstan_; ConcurrentMemoryPoolSpan spanPool_;//添加声明 PageCache() default; PageCache(const PageCache) delete; public: static PageCache* Instance() { return sInstan_; } // 获取从对象到span的映射 Span* MapObjectToSpan(void* obj); // 释放空闲span回到Pagecache并合并相邻的span void ReleaseSpanToPageCache(Span* span); std::mutex pagemtx_; //获取K页的span Span* GetSpan(size_t K); };PageCache.cpp#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS #include PageCache.h PageCache PageCache::sInstan_; // 获取一个K页的span Span* PageCache::GetSpan(size_t k) { assert(k 0); // 大于128 page的直接向堆申请 if (k NPAGES - 1) { void* ptr SystemAlloc(k); //Span* span new Span; Span* span spanPool_.New(); span-PageNum (PageID)ptr PAGE_SHIFT; span-n_ k; IdSpanMap_[span-PageNum] span; return span; } // 先检查第k个桶里面有没有span if (!spanlist_[k].Empty()) { Span* kSpan spanlist_[k].PopFront(); // 建立id和span的映射方便central cache回收小块内存时查找对应的span for (size_t i 0; i kSpan-n_; i) { IdSpanMap_[kSpan-PageNum i] kSpan; } return kSpan; } // 检查一下后面的桶里面有没有span如果有可以把他它进行切分 for (size_t i k 1; i NPAGES; i) { if (!spanlist_[i].Empty()) { Span* nSpan spanlist_[i].PopFront(); //Span* kSpan new Span; Span* kSpan spanPool_.New(); // 在nSpan的头部切一个k页下来 // k页span返回 // nSpan再挂到对应映射的位置 kSpan-PageNum nSpan-PageNum; kSpan-n_ k; nSpan-PageNum k; nSpan-n_ - k; spanlist_[nSpan-n_].PushFront(nSpan); // 存储nSpan的首位页号跟nSpan映射方便page cache回收内存时 // 进行的合并查找 IdSpanMap_[nSpan-PageNum] nSpan; IdSpanMap_[nSpan-PageNum nSpan-n_ - 1] nSpan; // 建立id和span的映射方便central cache回收小块内存时查找对应的span for (PageID i 0; i kSpan-n_; i) { IdSpanMap_[kSpan-PageNum i] kSpan; } return kSpan; } } // 走到这个位置就说明后面没有大页的span了 // 这时就去找堆要一个128页的span //Span* bigSpan new Span; Span* bigSpan spanPool_.New(); void* ptr SystemAlloc(NPAGES - 1); bigSpan-PageNum (PageID)ptr PAGE_SHIFT; bigSpan-n_ NPAGES - 1; spanlist_[bigSpan-n_].PushFront(bigSpan); return GetSpan(k); } Span* PageCache::MapObjectToSpan(void* obj) { PageID id ((PageID)obj PAGE_SHIFT); std::unique_lockstd::mutex lock(pagemtx_); auto ret IdSpanMap_.find(id); if (ret ! IdSpanMap_.end()) { return ret-second; } else { assert(false); return nullptr; } } void PageCache::ReleaseSpanToPageCache(Span* span) { // 大于128 page的直接还给堆 if (span-n_ NPAGES - 1) { void* ptr (void*)(span-PageNum PAGE_SHIFT); SystemFree(ptr); //delete span; spanPool_.Delete(span); return; } // 对span前后的页尝试进行合并缓解内存碎片问题 while (1) { PageID prevId span-PageNum - 1; auto ret IdSpanMap_.find(prevId); // 前面的页号没有不合并了 if (ret IdSpanMap_.end()) { break; } // 前面相邻页的span在使用不合并了 Span* prevSpan ret-second; if (prevSpan-IsUse true) { break; } // 合并出超过128页的span没办法管理不合并了 if (prevSpan-n_ span-n_ NPAGES - 1) { break; } span-PageNum prevSpan-PageNum; span-n_ prevSpan-n_; spanlist_[prevSpan-n_].Erase(prevSpan); //delete prevSpan; spanPool_.Delete(prevSpan); } // 向后合并 while (1) { PageID nextId span-PageNum span-n_; auto ret IdSpanMap_.find(nextId); if (ret IdSpanMap_.end()) { break; } Span* nextSpan ret-second; if (nextSpan-IsUse true) { break; } if (nextSpan-n_ span-n_ NPAGES - 1) { break; } span-n_ nextSpan-n_; spanlist_[nextSpan-n_].Erase(nextSpan); //delete nextSpan; spanPool_.Delete(nextSpan); } spanlist_[span-n_].PushFront(span); span-IsUse false; IdSpanMap_[span-PageNum span-n_ - 1] span; IdSpanMap_[span-PageNum] span; }多线程下与malloc的性能测试对比多线程下与malloc的性能对比#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS //多线程下与malloc的性能测试 #includeConcurrentAlloc.h #includethread #includevector #includeatomic #includectime #includecstdio // ntimes 一轮申请和释放内存的次数 // rounds 轮次 void BenchmarkMalloc(size_t ntimes, size_t nworks, size_t rounds) { std::vectorstd::thread vthread(nworks); std::atomicsize_t malloc_costtime 0; std::atomicsize_t free_costtime 0; for (size_t k 0; k nworks; k) { vthread[k] std::thread([, k]() { std::vectorvoid* v; v.reserve(ntimes); for (size_t j 0; j rounds; j) { size_t begin1 clock(); for (size_t i 0; i ntimes; i) { v.push_back(malloc(16)); //v.push_back(malloc((16 i) % 8192 1)); } size_t end1 clock(); size_t begin2 clock(); for (size_t i 0; i ntimes; i) { free(v[i]); } size_t end2 clock(); v.clear(); malloc_costtime (end1 - begin1); free_costtime (end2 - begin2); } }); } for (auto t : vthread) { t.join(); } printf(%u个线程并发执行%u轮次每轮次malloc %u次: 花费%u ms\n, nworks, rounds, ntimes, malloc_costtime.load()); printf(%u个线程并发执行%u轮次每轮次free %u次: 花费%u ms\n, nworks, rounds, ntimes, free_costtime.load()); printf(%u个线程并发mallocfree %u次总计花费%u ms\n, nworks, nworks * rounds * ntimes, malloc_costtime.load() free_costtime.load()); } // 单轮次申请释放次数 线程数 轮次 void BenchmarkConcurrentMalloc(size_t ntimes, size_t nworks, size_t rounds) { std::vectorstd::thread vthread(nworks); std::atomicsize_t malloc_costtime 0; std::atomicsize_t free_costtime 0; for (size_t k 0; k nworks; k) { vthread[k] std::thread([]() { std::vectorvoid* v; v.reserve(ntimes); for (size_t j 0; j rounds; j) { size_t begin1 clock(); for (size_t i 0; i ntimes; i) { v.push_back(ConcurrentAlloc(16)); //v.push_back(ConcurrentAlloc((16 i) % 8192 1)); } size_t end1 clock(); size_t begin2 clock(); for (size_t i 0; i ntimes; i) { ConcurrentFree(v[i]); } size_t end2 clock(); v.clear(); malloc_costtime (end1 - begin1); free_costtime (end2 - begin2); } }); } for (auto t : vthread) { t.join(); } printf(%u个线程并发执行%u轮次每轮次concurrent alloc %u次: 花费%u ms\n, nworks, rounds, ntimes, malloc_costtime.load()); printf(%u个线程并发执行%u轮次每轮次concurrent dealloc %u次: 花费%u ms\n, nworks, rounds, ntimes, free_costtime.load()); printf(%u个线程并发concurrent allocdealloc %u次总计花费%u ms\n, nworks, nworks * rounds * ntimes, malloc_costtime.load() free_costtime.load()); } int main() { size_t n 1000; cout endl; BenchmarkConcurrentMalloc(n, 10, 10); cout endl endl; BenchmarkMalloc(n, 10, 10); cout endl; return 0; }运行结果如下显然我们的性能问题异常严重但是这个性能分析和优化我们下期更新本期内容就到这里了。后续我们还会针对内存池进行进一步的性能优化封面图自取