设计一个并发安全的资源池（Pool）

题目

设计一个并发安全的资源池（Pool）

信息

• 类型：问答
• 难度：⭐⭐

考点

并发控制,资源管理,接口设计,错误处理

快速回答

实现一个并发安全的资源池需要关注以下要点：

• 使用 sync.Mutex 或 sync.RWMutex 保护共享状态
• 通过 context.Context 实现超时控制
• 使用带缓冲的 channel 管理资源
• 处理资源创建失败和池关闭场景
• 提供 Get() 和 Put() 接口并处理资源回收

问题背景

在高并发场景中，频繁创建/销毁资源（如数据库连接、网络连接）会导致性能瓶颈。资源池通过复用资源减少开销，但需保证并发安全性和资源有效性。

核心实现方案

type Pool struct {
    resources chan Resource
    factory   func() (Resource, error)
    mu        sync.Mutex
    closed    bool
}

func NewPool(factory func() (Resource, error), size int) *Pool {
    p := &Pool{
        resources: make(chan Resource, size),
        factory:   factory,
    }
    // 预初始化资源
    for i := 0; i < size; i++ {
        res, _ := factory()
        p.resources <- res
    }
    return p
}

func (p *Pool) Get(ctx context.Context) (Resource, error) {
    select {
    case res := <-p.resources:
        return res, nil
    case <-ctx.Done():
        return nil, ctx.Err()
    default:
        // 无可用资源时创建新资源
        return p.factory()
    }
}

func (p *Pool) Put(res Resource) {
    p.mu.Lock()
    defer p.mu.Unlock()

    if p.closed {
        res.Close() // 池已关闭时释放资源
        return
    }

    select {
    case p.resources <- res: // 放回资源
    default:
        res.Close() // 池满时释放资源
    }
}

func (p *Pool) Close() {
    p.mu.Lock()
    defer p.mu.Unlock()

    if p.closed {
        return
    }
    p.closed = true
    close(p.resources)
    for res := range p.resources {
        res.Close()
    }
}

关键设计点

• 并发控制：
  • 使用 sync.Mutex 保护 closed 状态
  • 通过带缓冲的 channel 实现资源队列（线程安全）
• 资源管理：
  • Get() 优先从 channel 获取资源，无资源时调用 factory 创建
  • Put() 检查池状态，池满或关闭时释放资源
• 超时控制：
  • Get() 使用 context.Context 支持超时取消
• 关闭处理：
  • Close() 方法安全释放所有资源并标记状态
  • 禁止关闭后继续操作

最佳实践

• 资源健康检查：在 Put() 时检测资源有效性，丢弃无效资源
• 动态扩容：记录创建的资源数量，限制最大资源数
• 泄漏防护：为资源添加最后使用时间戳，定期清理闲置资源

常见错误

• 竞态条件：未对 closed 状态加锁导致数据竞争
• 资源泄漏：Get() 创建新资源后未在 Put() 中正确回收
• 死锁风险：factory 函数阻塞且无超时控制
• 无效资源：未检查放回资源是否已关闭

扩展知识

• 标准库参考：sync.Pool 适用于临时对象池，但无状态管理
• 连接池优化：database/sql 的连接池实现（最大打开数/最大闲置数）
• 高级模式：
  • 资源借用统计（如 Prometheus 指标）
  • 基于权重的资源分配
  • 故障资源自动剔除