ostringstream 多线程下性能问题探究

背景

在实习过程中，有一个业务场景需要用到 ostringstream，但经过导师提醒，ostringstream 在多线程关系下，竞态消耗较大，但对于当前业务场景，每次操作，都有自己独立的 ostringstream，为什么还会有竞争关系存在呢？
https://chys.info/blog/2017-11-06-ostringstream-performance
在上面这篇文章初窥门径。

火焰图

用以测试的文件：就是建立20个线程，用stringstream做一下数据操作，对照组是 fmt::memory_buffer。
用火焰图进行观测
stringstream 版


可以看出 locale的构造函数和析构函数的占用是相对较高的，而采用 memorybuffer 的:


由此可以看出，stringstream 的调用时间，被 local 的构造析构函数拉长了，且对于数据的组装ostringtream 性能也是逊色于 fmt::memory_buffer，下面来分析原因。
locale 是什么

ostringstream 的结构

上面火焰图得到了原因，我们现在直接去锁定 local 这个结构在哪。
ostringstream 是 basic_ostringstream 的特化版本

typedef basic_ostringstream    ostringstream;
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之后就存在着一个继承关系

经过代码的阅读和排查，最终锁定在basic_ostream 的构造函数中，总体是一个这样的逻辑：
当一个 ostringstream被构造出来，首先在他的构造函数中会调用基类的构造函数

explicit basic_ostringstream(ios_base::openmode __wch = ios_base::out)
: basic_ostream<_CharT, _Traits>(&__sb_) // 这里
, __sb_(__wch | ios_base::out)
{ }
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然后该基类的构造函数，会调用 init 方法，该方法继承自 ios_base

explicit basic_ostream(basic_streambuf<char_type, traits_type>* __sb)
{ this->init(__sb); }


void
ios_base::init(void* sb)
{
    __rdbuf_ = sb;
    __rdstate_ = __rdbuf_ ? goodbit : badbit;
    __exceptions_ = goodbit;
    __fmtflags_ = skipws | dec;
    __width_ = 0;
    __precision_ = 6;
    __fn_ = 0;
    __index_ = 0;
    __event_size_ = 0;
    __event_cap_ = 0;
    __iarray_ = 0;
    __iarray_size_ = 0;
    __iarray_cap_ = 0;
    __parray_ = 0;
    __parray_size_ = 0;
    __parray_cap_ = 0;
    ::new(&__loc_) locale;  // 关注这里
}
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该 init 函数便与那个锁竞争有关。
该函数中，新建了一个 locale 变量，下面是该变量的析构和构造函数：

locale::locale()  _NOEXCEPT
: __locale_(__global().__locale_)
{
    __locale_->__add_shared(); // 原子性操作 该变量与 __shared_count 存在继承关系，
}

locale::~locale()
{
    __locale_->__release_shared(); // 原子性操作 该变量与 __shared_count 存在继承关系
}
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且从上面火焰图可知，该类的变量__locale_ 的构造函数耗时也不小：

locale::__imp::__imp(const __imp& other)
: facets_(max<size_t>(N, other.facets_.size())),
name_(other.name_)
{
    facets_ = other.facets_;
    for (unsigned i = 0; i < facets_.size(); ++i)
        if (facets_[i])
            facets_[i]->__add_shared(); // 原子性操作
}
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再因为由于每一个stringstream 的流式操作都是用相同的 locale ，因此在测试程序刚开始运行时，就会产生激烈的锁竞争因此影响性能。
而 memory_buffer 则是与 locale 无关，且数据组装部分实现也较为高效，故建议替代。
且在查阅资料后发现
由此观之，标准库中所有输入输出流，都存在着此问题。

引用

locale 是什么
http://blog.chinaunix.net/uid-27670726-id-3327314.html
https://blog.51cto.com/xqtyler/2058706