ArrayPoolWrapper简洁、安全的ArrayPool

通过.NET中的 ArrayPool 我们可以实现对T[]类型的池化，避免频繁的分配内存和GC，以提升性能。鉴于已有不少博客介绍ArrayPool的具体原理，本文不会涉及其实现细节。本文聚焦使用中的痛点，并提供简洁的封装方案以提升ArrarPool使用的便捷性。

ArrayPool本身的使用方式比较简单：

using System.Buffers;

var pool = ArrayPool<int>.Shared.Rent(4);
// 其他逻辑
ArrayPool<int>.Shared.Return(pool);

为了确保在发生异常时能够释放资源，通常需要写成如下形式的样板代码：

int[] pool = null!;
try
{
    pool = ArrayPool<int>.Shared.Rent(4);
    // 其他逻辑
}
finally
{
    if (pool != null)
    {
        ArrayPool<int>.Shared.Return(pool);
    }
}

以上写法会是我们的代码中充斥大量的样板代码和大量的嵌套，影响代码后续的可读性和可维护性。

接下来我们在原ArrayPool的基础上稍加封装，以实现简洁、安全的使用ArrayPool的目标，代码如下：

public struct ArrayPoolWrapper : IDisposable
{
    private int _index = -1;
    private bool _disposed = false;
    private readonly int _capacity;

    private readonly T[] _pool;

    public ArrayPoolWrapper(int capacity)
    {
        if (capacity <= 0)
        {
            throw new ArgumentOutOfRangeException(nameof(capacity), "The capacity must be greater than 0.");
        }

        this._capacity = capacity;
        _pool = ArrayPool.Shared.Rent(capacity);
    }


    public void Add(T info)
    {
        ThrowIfDisposed();

        _index++;
        if (_index >= _capacity)
        {
            _index--;

            throw new InvalidOperationException("The array pool has reached its capacity.");
        }

        _pool[_index] = info;
    }

    public void Dispose()
    {
        ThrowIfDisposed();
        _disposed = true;

        ArrayPool.Shared.Return(_pool);
    }


    private readonly void ThrowIfDisposed()
    {
        if (_disposed)
        {
            throw new ObjectDisposedException(nameof(ArrayPoolWrapper));
        }
    }
}

封装后的使用只需一行代码，效果如下：

using var pool = new ArrayPoolWrapper<int>(5);

我们还可以通过封装来实现更多的扩展API，如：RemoveLastOne以及基于Span的切片操作：

public struct ArrayPoolWrapper : IDisposable
{
    public readonly int Count => _index + 1;
    public readonly Span Values => _pool.AsSpan()[..Count];


    public void RemoveLastOne()
    {
        ThrowIfDisposed();

        if (Count <= 0)
        {
            throw new InvalidOperationException("The array pool is empty.");
        }

        _pool[_index] = default!;
        _index--;
    }
}

使用示例如下：

using var pool = new ArrayPoolWrapper<int>(8);
for (var i = 0; i < 8; i++)
{
    pool.Add(i);
}

pool.RemoveLastOne();
Console.WriteLine(pool.Count);

foreach (var i in pool.Values[1..3])
{
    Console.WriteLine(i);
}

完整的实现代码已在Github上开源。