ConcurrentBag を使用してオブジェクト プールを作成する

この例では、ConcurrentBag<T> を使用してオブジェクト プールを実装する方法を示します。 オブジェクト プールは、クラスの複数のインスタンスが必要であり、クラスの作成または破棄に大きなコストがかかる状況で、アプリケーションのパフォーマンスを向上させることができます。 クライアント プログラムが新しいオブジェクトを要求すると、オブジェクト プールは最初に既に作成されてプールに返されているオブジェクトを提供しようとします。 使用できるオブジェクトがない場合にのみ、新しいオブジェクトが作成されます。

ConcurrentBag<T> は、高速での挿入と削除をサポートしており、同じスレッドが項目の追加と削除の両方を行うときは特に高速であるため、オブジェクトの格納に使用されます。 この例は、IProducerConsumerCollection<T> を中心に構築するようにさらに拡張できます。これは、ConcurrentQueue<T> や ConcurrentStack<T> と同じようにバッグ データの構造を実装します。

ヒント

この記事では、オブジェクトを再利用できるよう格納しておくために、基になる同時実行型と共に、独自の実装のオブジェクト プールのを作成する方法を定義します。 ただし、Microsoft.Extensions.ObjectPool.ObjectPool<T> 型は Microsoft.Extensions.ObjectPool 名前空間に既に存在します。 実装をご自分で作成する前に、多くの追加機能がある、利用可能な型を使用することを検討してください。

例

using System;
using System.Collections.Concurrent;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

namespace ObjectPoolExample
{
    public class ObjectPool<T>
    {
        private readonly ConcurrentBag<T> _objects;
        private readonly Func<T> _objectGenerator;

        public ObjectPool(Func<T> objectGenerator)
        {
            _objectGenerator = objectGenerator ?? throw new ArgumentNullException(nameof(objectGenerator));
            _objects = new ConcurrentBag<T>();
        }

        public T Get() => _objects.TryTake(out T item) ? item : _objectGenerator();

        public void Return(T item) => _objects.Add(item);
    }

    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            using var cts = new CancellationTokenSource();

            // Create an opportunity for the user to cancel.
            _ = Task.Run(() =>
            {
                if (char.ToUpperInvariant(Console.ReadKey().KeyChar) == 'C')
                {
                    cts.Cancel();
                }
            });

            var pool = new ObjectPool<ExampleObject>(() => new ExampleObject());

            // Create a high demand for ExampleObject instance.
            Parallel.For(0, 1000000, (i, loopState) =>
            {
                var example = pool.Get();
                try
                {
                    Console.CursorLeft = 0;
                    // This is the bottleneck in our application. All threads in this loop
                    // must serialize their access to the static Console class.
                    Console.WriteLine($"{example.GetValue(i):####.####}");
                }
                finally
                {
                    pool.Return(example);
                }

                if (cts.Token.IsCancellationRequested)
                {
                    loopState.Stop();
                }
            });

            Console.WriteLine("Press the Enter key to exit.");
            Console.ReadLine();
        }
    }

    // A toy class that requires some resources to create.
    // You can experiment here to measure the performance of the
    // object pool vs. ordinary instantiation.
    class ExampleObject
    {
        public int[] Nums { get; set; }

        public ExampleObject()
        {
            Nums = new int[1000000];
            var rand = new Random();
            for (int i = 0; i < Nums.Length; i++)
            {
                Nums[i] = rand.Next();
            }
        }

        public double GetValue(long i) => Math.Sqrt(Nums[i]);
    }
}

Imports System.Collections.Concurrent
Imports System.Threading
Imports System.Threading.Tasks

Module ObjectPoolExample


    Public Class ObjectPool(Of T)
        Private _objects As ConcurrentBag(Of T)
        Private _objectGenerator As Func(Of T)

        Public Sub New(ByVal objectGenerator As Func(Of T))
            If objectGenerator Is Nothing Then Throw New ArgumentNullException("objectGenerator")
            _objects = New ConcurrentBag(Of T)()
            _objectGenerator = objectGenerator
        End Sub

        Public Function GetObject() As T
            Dim item As T
            If _objects.TryTake(item) Then Return item
            Return _objectGenerator()
        End Function

        Public Sub PutObject(ByVal item As T)
            _objects.Add(item)
        End Sub
    End Class


    Sub Main()

        Dim cts As CancellationTokenSource = New CancellationTokenSource()

        ' Create an opportunity for the user to cancel.
        Task.Run(Sub()
                     If Console.ReadKey().KeyChar = "c"c Or Console.ReadKey().KeyChar = "C"c Then
                         cts.Cancel()
                     End If
                 End Sub)
        Dim pool As ObjectPool(Of TestClass) = New ObjectPool(Of TestClass)(Function() New TestClass())

        ' Create a high demand for TestClass objects.
        Parallel.For(0, 1000000, Sub(i, loopState)

                                     Dim mc As TestClass = pool.GetObject()
                                     Console.CursorLeft = 0
                                     ' This is the bottleneck in our application. All threads in this loop
                                     ' must serialize their access to the static Console class.
                                     Console.WriteLine("{0:####.####}", mc.GetValue(i))

                                     pool.PutObject(mc)
                                     If cts.Token.IsCancellationRequested Then
                                         loopState.Stop()

                                     End If
                                 End Sub)

        Console.WriteLine("Press the Enter key to exit.")
        Console.ReadLine()
        cts.Dispose()
    End Sub

    ' A toy class that requires some resources to create.
    ' You can experiment here to measure the performance of the
    ' object pool vs. ordinary instantiation.
    Class TestClass

        Public Nums() As Integer

        Public Function GetValue(ByVal i As Long) As Double
            Return Math.Sqrt(Nums(i))
        End Function

        Public Sub New()

            Nums = New Integer(10000000) {}
            '   ReDim Nums(1000000)
            Dim rand As Random = New Random()
            For i As Integer = 0 To Nums.Length - 1
                Nums(i) = rand.Next()
            Next
        End Sub
    End Class

End Module

関連項目

• スレッドセーフなコレクション