简易对象垃圾回收框架 for Delphi

(一).缘起


1.1 我的一个出错程序

    程序名称:呼叫处理模块的压力测试工具,分为客户端和服务端。

开发工具:Delhpi 5

    相关技术:客户端通过与服务端建立Socket连接来模拟一组电话机的拨入、按键、等待、挂机等过程。服务端对Socket事件以及收到的数据包进行预处理,并转化为抽象的呼叫模型数据,然后发送给更上层的呼叫处理模块。由于呼叫处理模块是硬件无关的(与语音板卡、交换机类型均无关),因此通过此压力测试工具可以比较真实地模拟海量呼叫,以达到测试呼叫处理模块程序的逻辑正确性及其性能的目的。

    由于系统设计时的某些考虑,该测试工具被分作客户端和服务端两个程序来实现,且采用socket进行通讯。现在想来,其实不如整合成一个程序实现更为简单——但也正因为采用两个程序来实现,才引发了后面的一些问题,并由此引入了简单的垃圾回收框架。


1.2 问题

    在测试工具的使用过程中,我们发现当呼叫量巨大,且测试工具动作频繁的情况下,系统出现以下错误:

■访问地址错(EAccessViolation),代码地址位于$0046FC80附近,访问地址多为$00000028。

■出现EinvalidCast错误,该错误表明对一个地址进行类类型转换时出错(采用as关键字)。

■程序内多处断言失败,出现许多引用已销毁对象的情况。

    仔细检查程序后,我仍然认为这一切简直是不可思议!而且,本来用于对别的程序进行测试的程序自身却出现这类问题,几乎让我无地自容!

    为了挽回自己的声誉,我不得不成沉住气来仔细跟踪错误,排解问题!


(二).解决办法

2.1 查错

    其实问题的解决还比较顺利。

    通过查看程序的调用栈,发现程序出错前总是停留在发送Socket数据包的过程里。接着,进一步通过单步跟踪,发现在发送数据包的过程中,Socket检测到对端连接已经断开,就会触发OnDisconnect事件。而我正是在ServerSocket的OnDisconnect事件中根据传递进来的Socket句柄,找到对应的对象将之销毁的。

    我在ServerSocket的OnDisconnect事件中的代码如下:

procedure Txxxx.ServerClientDisconnect(Sender: TObject; Socket: TCustomWinSocket);
Begin
  …
  //正是这一句,在不合适的时机释放了对象
  FLines.DestroyLineBySocket(Socket);
  …
end;

    问题是这么出现的。

    比如,在某个过程中具有如下代码(前面为行号):

1 FLine.DoSomething;
2 FLine.SendSocketData;
3 FLine.DoOtherThings;

    其中,FLine是代表一路呼叫的对象。该对象内部引用了一个TCustomWinSocket指针。SendSocketData就是利用此Socket进行数据发送。

    Flines是TLine对象的容器类的一个实例。

由此不难解读前述的各类错误:

1.由于行2的Socket连接断开导致FLine对象释放,因此行3访问DoOtherThings几乎必然造成访问地址错;

2.由于行2的对象销毁,因此程序中类似“Object as TLine”的代码导致第二类错误;

3.由于对象提前销毁,善后处理工作未到位导致第三类错误;


2.2 解决方案

    明白其原因后,问题解决起来就容易多了。上述问题不外乎两个方案:

一,判断实例是否存在

    在DoOtherThings之后,判断FLine对象是否仍然处于Flines之中,若是则继续处理,否则结束处理;

二,延迟销毁FLine对象

    在ServerSocket的OnDisconnect中,将FLine对象抛入垃圾池,待时机成熟时再销毁。

    考虑到方案一所要改动的代码量较大,同时,此种方案代码也不甚优美,因此决定采用方案二,即引入垃圾回收机制来解决问题。方案二的要点是选择合适的时机真正销毁对象。而对于这一点,问题倒不大,只需选择消息循环中处理消息的第一个环节进行回收即可。因为在之后的处理环节中,必然能够确保对FLine是否仍然有效的检查。

(三).简易对象垃圾回收框架(untGarbagCollector)
3.1 概述

简易的垃圾回收非常简单:

■使用TThreadList支持线程并发访问,并保存待回收的对象指针;

■提供Put方法保存待回收对象;

■提供Recycle方法进行真正的回收(因为所有对象均自TObject派生而来)。

3.2 实现代码

unit untGarbagCollector;

interface

uses
  Classes;

type
  TGarbagCollector = Class(TObject)
  private
    FList: TThreadList;
  public
    constructor Create;
    destructor Destroy; override;
    procedure Put(const AObject: TObject);
    procedure Recycle(const MaxCount: Integer);
  end;

function GarbagCollector: TGarbagCollector;

implementation

var
  _GarbagCollector: TGarbagCollector;

function GarbagCollector: TGarbagCollector;
begin
  if not Assigned(_GarbagCollector) then
    _GarbagCollector := TGarbagCollector.Create;
  result := _GarbagCollector;
end;

{ TGarbagCollect }
constructor TGarbagCollector.Create;
begin
  FList := TThreadList.Create;
end;

destructor TGarbagCollector.Destroy;
begin
  try
    Recycle(FList.LockList.Count);
  finally
    FList.UnlockList;
  end;
  FList.Free;
end;

procedure TGarbagCollector.Put(const AObject: TObject);
begin
  try
    FList.LockList.Add(AObject);
  finally
    FList.UnlockList;
  end;
end;

procedure TGarbagCollector.Recycle(const MaxCount: Integer);
var
  I: Integer;
  AList: TList;
begin
  AList := FList.LockList;
  try
    I := 0;
    while (AList.Count > 0) and (I < MaxCount) do
    begin
      TObject(AList.Last).Free;
      AList.Delete(AList.Count - 1);
      Inc(I);
    end;
  finally
    FList.UnlockList;
  end;
end;

initialization

finalization
  if Assigned(_GarbagCollector) then
    _GarbagCollector.Free;
end.

3.3 使用举例

    引用untGarbagCollector单元后,可以直接使用GarbagCollector进行对象的销毁和回收。

■销毁
AObject := TObject.Create;
GarbagCollector.Put(AObject);

■回收
    可以在定时器、线程以及其他场合调用Recycle方法。

MaxCount是用于控制每次销毁个数的参数,主要是怕一次性销毁太多占用过多的cpu。

(突然发现还可以扩展为限制时间进行销毁,比如每次销毁耗时不超过的n毫秒)。


3.4 使用场合

    在本案例中,为了防止对象过早销毁引起访问冲突,而引入了垃圾回收技术。

    在其它场合,比如为了提高某些程序的主观性能,也可以引入该技术。比如完成某些特定任务的程序,在处理过程中会产生临时的对象,而销毁这些对象又比较耗时。因此,为了尽早地结束任务,可以把这些临时对象保存至垃圾池中。待作业(任务)完成,并且等一段时间后cpu比较空闲时,再把临时对象真正销毁。此做法的真谛就是以空间换取时间——与某些系统预创建对象,并重复利用对象以提高性能的做法相同。


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