.NET中的各種池

在.NET中，常用到的池有四個：字符串拘留池提揍、線程池、應(yīng)用程序池煮仇、數(shù)據(jù)庫連接池劳跃。

字符串拘留池

在.NET中字符串是不可變對象，修改字符串變量的值會產(chǎn)生新的對象欺抗。為降低性能消耗及減小程序集大小售碳，.NET提供了string interning的功能，直譯過來就是字符串拘留绞呈。所謂的字符串拘留池(intern pool)其實是一張哈希表贸人，鍵是字符串字面量，值是托管堆上字符串對象的引用佃声。但若該表過大艺智，則會對性能造成負(fù)面影響。在加載程序集時圾亏，不同版本的CLR對于是否留用程序集元數(shù)據(jù)中的字符串字面量（在編譯時值已確定）不盡相同十拣。但顯式調(diào)用string.Intern方法則會將字符串字面量放入池中。

我們在給string類型變量分配字面量值時志鹃，CLR會先到字符串池中看下有沒有完全相同的字符串（區(qū)分大小寫）夭问，若有則返回對應(yīng)的引用，若無曹铃，則創(chuàng)建新對象并添加到字符串池中返回引用缰趋。但若在運(yùn)行時（如，使用new關(guān)鍵字）來給字符串變量分配值則不會使用字符串池。

C#提供了和字符串池相關(guān)的兩個方法：

//若str不在字符串池中就創(chuàng)建新字符串對象放到池里并返回引用
public staticc String Intern(String str);
//若str不在字符串池中不會創(chuàng)建新字符串對象并返回null
public staticc String IsInterned(String str);

示例代碼如下：

var str = "abc";
var str01 = "abc";
//運(yùn)行時常量
var str02 = new string(new char[] { 'a', 'b', 'c' });
//編譯時常量（可通過反編譯器查看編譯后的代碼）
string str03 = "a" + "bc";

Console.WriteLine($"str01==str is {ReferenceEquals(str01, str)}");
Console.WriteLine($"str02==str is {ReferenceEquals(str02, str)}");
Console.WriteLine($"str03==str is {ReferenceEquals(str03, str)}");

var str04 = String.IsInterned(new string(new char[] { 'a', 'b' }));
Console.WriteLine($"str04 == null is {str04 == null}");
var str05 = String.IsInterned("abdgj");
Console.WriteLine($"str05={str05}");

var str06 = String.Intern(new string(new char[] { 'a', 'b', 'd', 'e' }));
Console.WriteLine($"str06={str06}");

得到如下結(jié)果：

線程池

一個進(jìn)程中只有一個線程池（MSDN）秘血。另一種說法是味抖，一個CLR中一個線程池（《CLR via C#》），我認(rèn)同這種說法灰粮。一個進(jìn)程可以加載多個不同版本的CLR仔涩，但同一版本的CLR只能有一個≌持郏總之熔脂，線程不屬于應(yīng)用程序域（AppDomain）。

若線程池中的線程存在未處理的異常蓖乘，則會導(dǎo)致當(dāng)前進(jìn)程被終止锤悄，但有三個例外：

ThreadAbortException ，在調(diào)用 Abort 方法終止線程時會拋出該異常
AppDomainUnloadedException 嘉抒，在卸載AppDomain時會拋出該異常
CLR或宿主進(jìn)程終止一個線程時

在.NET1.0和1.1版本中, CLR會處理掉線程池中未處理的異常零聚。但這樣做會破壞應(yīng)用程序中的狀態(tài)甚至導(dǎo)致程序掛起，這些不利于調(diào)試些侍。

在.NET中隶症，許多場景可以使用線程池。如岗宣，異步I/O蚂会，回調(diào)，注冊wait操作耗式，使用委托的異步方法調(diào)用及System.Net 中的socket連接胁住。

但在如下場景中應(yīng)避免使用線程池中的線程：

需要使用前臺線程時
線程需要特定優(yōu)先級時
需要執(zhí)行比較耗時的操作時。因為線程池中的線程數(shù)有上限刊咳，因此長時間的阻塞可能會影響其它任務(wù)的處理
當(dāng)需要放置線程在單線程單元(single-threaded apartment)時彪见。線程池中的線程均在多線程單元(multithreaded apartment)中
需要給線程一個穩(wěn)定的標(biāo)識或者線程用于特定任務(wù)時

線程池中的線程分為兩種：工作線程(Worker)和I/O線程(I/O Completion Port)。這兩種線程只是用處不同娱挨，并無本質(zhì)區(qū)別余指。

線程池中的最小線程數(shù)默認(rèn)為處理器的邏輯核心數(shù)。即跷坝，在4核計算機(jī)上酵镜，線程池中工作線程和I/O線程默認(rèn)的最小數(shù)均為4。理論上柴钻，線程池中的最大線程數(shù)只受可用內(nèi)存大小限制淮韭，但是線程池會限制進(jìn)程內(nèi)可用線程的數(shù)量。

ThreadPool.GetMinThreads(out var minWorkerThreadCount, out var minIoThreadCount);
Console.WriteLine($"minWorkerThreadCount={minWorkerThreadCount},minIoThreadCount={minIoThreadCount}");
ThreadPool.GetMaxThreads(out var maxWorkerThreadCount, out var maxIoThreadCount);
Console.WriteLine($"maxWorkerThreadCount={maxWorkerThreadCount},maxIoThreadCount={maxIoThreadCount}");

運(yùn)算結(jié)果如下：

當(dāng)應(yīng)用使用線程池中的線程進(jìn)行工作時贴届，若線程池中沒有線程靠粪，則會創(chuàng)建新的線程以滿足需要足丢，當(dāng)線程池中的線程數(shù)達(dá)到設(shè)定的最小線程數(shù)且無空閑線程時，則會先等待一段時間（最多500ms）庇配，500ms過后依然沒有空閑線程可供使用則會創(chuàng)建新線程進(jìn)行工作，但線程池中的線程數(shù)不會超過設(shè)定的最大線程數(shù)绍些。

當(dāng)線程池中的線程處于空閑狀態(tài)一段時間后（不同CLR捞慌，這個時間不同），會被銷毀柬批。

當(dāng)應(yīng)用負(fù)載較低時啸澡，線程池中的線程數(shù)也有可能小于設(shè)定的最小線程數(shù)。

machine.config中線程池配置如下（.NET 配置文件體系參見：ASP.NET Configuration File Hierarchy and Inheritance）：

<system.web>
     <processModel autoConfig="true"/>
</system.web>

配置線程池大械省：

//這種配置方式和處理CPU邏輯核心數(shù)無關(guān)
ThreadPool.SetMaxThreads(1000, 800);
ThreadPool.SetMinThreads(20, 20);

ASP.NET也可通過配置文件進(jìn)行配置嗅虏，這種方式是針對每個CPU邏輯核心進(jìn)行配置：

<configuration>
 <system.web>
    <processModel minWorkerThreads="20" minIoThreads="20" />
 </system.web>
</configuration>

這樣做，在應(yīng)用啟動后會報錯：在 machine.config 文件之外使用注冊為 allowDefinition='MachineOnly' 的節(jié)是錯誤的上沐。需要修改machine.config文件皮服。

線程池配置得當(dāng)對于應(yīng)用性能提升是有不少幫助的。

應(yīng)用程序池

IIS5中参咙，一臺服務(wù)器只有一個工作進(jìn)程龄广，不同應(yīng)用使用AppDomain進(jìn)行區(qū)分，當(dāng)工作進(jìn)程出現(xiàn)問題蕴侧，所有應(yīng)用都會受到影響择同。從IIS6開始引入了應(yīng)用程序池的概念，應(yīng)用程序池通過進(jìn)程來隔離不同的應(yīng)用程序以防止不同應(yīng)用之間相互影響净宵。在部署ASP.NET應(yīng)用時敲才，應(yīng)用程序池通常有兩種托管管道模式可供選擇：集成模式和經(jīng)典模式。

默認(rèn)情況下择葡，一個應(yīng)用程序池有一個工作進(jìn)程紧武，可以根據(jù)實際情況設(shè)置多個工作進(jìn)程，但要考慮資源消耗及本地緩存同步問題刁岸。

IIS6和IIS5中的工作進(jìn)程隔離均是在服務(wù)器級別缚陷。在同一臺服務(wù)器上無法使用不同的工作進(jìn)程隔離模式处面。從IIS7開始，工作進(jìn)程隔離模式是基于應(yīng)用程序池的，這樣就可以在同一臺服務(wù)器上使用不同的隔離模式祝旷。

在應(yīng)用程序池——高級設(shè)置中可以對應(yīng)用程序池做相關(guān)設(shè)置，如隊列長度贪婉，工作進(jìn)程回收機(jī)制等户辱。

數(shù)據(jù)庫連接池

和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器建立連接的過程是比較耗時的，對此疏哗，ADO.NET中使用了連接池來進(jìn)行優(yōu)化呛讲。在.NET中不同的Data Provider對于連接池的處理方式不盡相同。默認(rèn)情況下，ADO.NET 啟用連接池優(yōu)化贝搁，可以通過連接字符串來配置是否啟用連接池吗氏。

連接池可以減少和數(shù)據(jù)庫建立連接的次數(shù)，連接池中維護(hù)著一組活躍的數(shù)據(jù)庫連接雷逆。在我們調(diào)用IDbConnection的Open方法時弦讽，CLR會去連接池中尋找是否有可用的連接，若有則返回該連接而無需與數(shù)據(jù)庫建立新的連接膀哲。當(dāng)我們調(diào)用IDbConnection的Close方法時往产，連接會被連接池回收但不斷開與數(shù)據(jù)庫的連接，以備下次使用某宪。連接池中的連接空閑一段時間（約4~8分鐘）后或者連接池檢測到連接已與服務(wù)器斷開（需要與服務(wù)器通訊才能檢測連接是否已斷開）仿村，那么該連接將會被銷毀。

在第一次打開連接時兴喂，ADO.NET會根據(jù)連接配置來建立連接池蔼囊。ADO.NET為每個連接配置創(chuàng)建一個連接池，所以若程序中用到多個不同的連接配置（如瞻想，不同的連接字符串）压真，則會有多個連接池。

若連接池中發(fā)生了超時或者其它登錄錯誤蘑险，則會拋出異常滴肿，那么在接下來的5s內(nèi)嘗試該連接都將失敗，這5s鐘成為阻塞期佃迄。若阻塞期結(jié)束后的連接再次失敗泼差，則會進(jìn)入一個新的阻塞期，新的阻塞期時長是上個阻塞期時長的2倍呵俏，但最多不超過1分鐘堆缘。

如果連接字符串中沒有設(shè)置MinPoolSize的值，或者將該值設(shè)為0普碎，那么當(dāng)池中沒有活動連接時吼肥，連接池也會被銷毀。但若將MinPoolSize的值設(shè)為大于0麻车，那么只有在卸載AppDomain時缀皱，連接池才會被銷毀。當(dāng)連接池中發(fā)生了較為嚴(yán)重的錯誤动猬，連接池也會自我清理啤斗。

連接池中最大連接數(shù)默認(rèn)為100，當(dāng)連接池中連接數(shù)已達(dá)到上限赁咙，且均被占用钮莲，那么新的請求會進(jìn)入隊列等到免钻，等待時間超過15s（默認(rèn)）則會拋出異常。

數(shù)據(jù)庫連接推薦使用如下寫法崔拥，這樣using語句結(jié)束后极舔，連接對象會回到連接池中以便下次請求使用。

using (IDbConnection conn = new SqlConnection())
{

}

除了客戶端維持的連接池外链瓦，數(shù)據(jù)庫服務(wù)本身還有連接數(shù)的限制：

SQL Server最大連接數(shù)限制

我將數(shù)據(jù)庫最大并發(fā)連接數(shù)設(shè)為1姆怪，ADO.NET連接池使用默認(rèn)配置，循環(huán)打開3000個連接并未發(fā)生異常：

for (var i = 0; i < 3000; i++)
{
    var conn = new SqlConnection(connStr);
    conn.Open();
}

但若將連接池最大連接數(shù)設(shè)置成一個比較小的數(shù)澡绩，如3，再次執(zhí)行上述代碼則會發(fā)生異常：

按這種情況看俺附，連接池中的連接公用了同一個數(shù)據(jù)庫連接肥卡。在連接池連接數(shù)耗盡時，則因為等待超時而拋出異常事镣。

但我并沒有悟出數(shù)據(jù)庫最大并發(fā)連接數(shù)的奧妙步鉴，哪位童鞋知道，麻煩告知璃哟，在此表示感謝氛琢！

結(jié)語

以上，是本人學(xué)習(xí)的一點兒心得随闪，錯誤之處望大家多多指教阳似。

.NET中的各種池

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字符串拘留池

線程池

應(yīng)用程序池

數(shù)據(jù)庫連接池

結(jié)語

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