C++内存池的管理

最新推荐文章于 2025-10-17 23:16:58 发布

原创

最新推荐文章于 2025-10-17 23:16:58 发布 · 709 阅读

14 ·

CC 4.0 BY-SA版权

文章标签：

#内存池 #线程池 #后端开发 #Linux服务器开发 #多线程

本文探讨了C++中内存碎片和分配速度的问题，并提出使用内存池作为解决方案。内存池通过预先分配大块内存并分割成小块，提供更快的分配速度和减少碎片。文章详细介绍了内存池的工作原理，包括预分配内存、内存分块和向内存池请求内存的步骤，并提供了源码示例。此外，还提到了内存诊断和未来改进的方向，如减少内存开销和实现线程安全性。

概述

在c/c++中，内存分配（如malloc或new）会使用很多时间。

一个程序会随着长时间的运行和内存的申请释放而变得越来越慢，内存也会随着时间逐渐碎片化。特别是高频率的进行小内存申请释放，此问题变得尤其严重。

相关视频讲解：

你或许不知道高性能服务器为什么需要内存池？内存如何分配？如何设计内存？

150行代码，手写线程池

Linux后端开发网络底层原理知识学习提升，完善技术栈，内容知识点包括Linux，Nginx，ZeroMQ，MySQL，Redis，线程池，MongoDB，ZK，Linux内核，CDN，P2P，epoll，Docker，TCP/IP，协程，DPDK等等。

点击观看：c/c++Linux后台服务器开发高级架构师学习视频资料

解决方案：定制内存池

为解决上述问题，一个(可能的)的解决方案就是使用内存池。

“内存池”在初始化时，分配一个大块内存（称原始内存块），并且将此内存分割为一些小的内存块。当你需要请求分配内存时，则从内存池中取出事先分配好的内存，而不是向OS申请。内存池最大的优势在于：

1、极少的（甚至没有）堆碎片整理

2、较之普通内存分配(如malloc,new)，有着更快的速度

额外的，你还将获得如下好处：

1、检测任意的指针是否指向内存池内

2、生成"heap-dump"

3、各种内存泄漏检测：当你没有释放之前申请的内存，内存池将抛出断言

如何工作？

让我们看看内存池的UML模型图：

图中简要的描述了CMemoryPool class，更多的细节请查看源码中class声明。

那么，CMemoryPool如何实际工作？

关于 MemoryChunks

正如你在UML图中所看到的，内存池维护着一个SMemoryChunk链表，并管理着三个指向SMemoryChunk结构的指针(m_ptrFirstChunk, m_ptrLastChunk, and m_ptrCursorChunk)。这些指针指向SMemoryChunk链表的不同位置。让我们更深入的观察SMemoryChunk：(在内存池实现中，SMemoryChunk封装了原始内存块的各个部分 -- 译者注)

typedef struct SMemoryChunk
{
  TByte *Data ;             // 常规数据指针
  std::size_t DataSize ;    // 内存块容量
  std::size_t UsedSize ;    // 内存块当前使用大小
  bool IsAllocationChunk ;  // 为true时, 内存块已被分配，可用free之类的函数释放
  SMemoryChunk *Next ;      // 指向内存块链表中的下一个内存块，可能为null

第一步：预分配内存

当你调用CMemoryPool的构造函数，内存池会向OS申请原始内存块。
/******************
Constructor
******************/
CMemoryPool::CMemoryPool(const std::size_t &sInitialMemoryPoolSize,
                         const std::size_t &sMemoryChunkSize,
                         const std::size_t &sMinimalMemorySizeToAllocate,
                         bool bSetMemoryData)
{
  m_ptrFirstChunk  = NULL ;
  m_ptrLastChunk   = NULL ;
  m_ptrCursorChunk = NULL ;
  m_sTotalMemoryPoolSize = 0 ;
  m_sUsedMemoryPoolSize  = 0 ;
  m_sFreeMemoryPoolSize  = 0 ;
  m_sMemoryChunkSize   = sMemoryChunkSize ;
  m_uiMemoryChunkCount = 0 ;
  m_uiObjectCount      = 0 ;