Java对象池技术的原理及其实现

Java对象的生命周期分析

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　　Java对象的生命周期大致包括三个阶段：对象的创建，对象的使用，对象的清除。因此，对象的生命周期长度可用如下的表达式表示：T = T1 + T2 +T3。其中T1表示对象的创建时间，T2表示对象的使用时间，而T3则表示其清除时间。由此，我们可以看出，只有T2是真正有效的时间，而T1、T3则是对象本身的开销。下面再看看T1、T3在对象的整个生命周期中所占的比例。

　　我们知道，Java对象是通过构造函数来创建的，在这一过程中，该构造函数链中的所有构造函数也都会被自动调用。另外，默认情况下，调用类的构造函数时，Java会把变量初始化成确定的值：所有的对象被设置成 null，整数变量（byte、short、int、long）设置成0，float和double变量设置成0.0，逻辑值设置成false。所以用 new关键字来新建一个对象的时间开销是很大的，如表1所示。

　　表1 一些操作所耗费时间的对照表

 
 
 
    
  
  
  
  1. 运算操作 示例 标准化时间   
    2. 
  
  
  
  2. 本地赋值 i = n 1.0   
    3. 
  
  
  
  3. 实例赋值 this.i = n 1.2   
    4. 
  
  
  
  4. 方法调用 Funct() 5.9   
    5. 
  
  
  
  5. 新建对象 New Object() 980   
    6. 
  
  
  
  6. 新建数组 New int[10] 3100  
    7.

　从表1可以看出，新建一个对象需要980个单位的时间，是本地赋值时间的980倍，是方法调用时间的166倍，而若新建一个数组所花费的时间就更多了。

　　再看清除对象的过程。我们知道，Java语言的一个优势，就是Java程序员勿需再像C/C++程序员那样，显式地释放对象，而由称为垃圾收集器（Garbage Collector）的自动内存管理系统，定时或在内存凸现出不足时，自动回收垃圾对象所占的内存。凡事有利总也有弊，这虽然为Java程序设计者提供了极大的方便，但同时它也带来了较大的性能开销。这种开销包括两方面，首先是对象管理开销，GC为了能够正确释放对象，它必须监控每一个对象的运行状态，包括对象的申请、引用、被引用、赋值等。其次，在GC开始回收“垃圾”对象时，系统会暂停应用程序的执行，而独自占用CPU。

　　因此，如果要改善应用程序的性能，一方面应尽量减少创建新对象的次数；同时，还应尽量减少T1、T3的时间，而这些均可以通过对象池技术来实现。

　　对象池技术的基本原理

　　对象池技术基本原理的核心有两点：缓存和共享，即对于那些被频繁使用的对象，在使用完后，不立即将它们释放，而是将它们缓存起来，以供后续的应用程序重复使用，从而减少创建对象和释放对象的次数，进而改善应用程序的性能。事实上，由于对象池技术将对象限制在一定的数量，也有效地减少了应用程序内存上的开销。

　　实现一个对象池，一般会涉及到如下的类：

　　1）对象池工厂（ObjectPoolFactory）类

　　该类主要用于管理相同类型和设置的对象池（ObjectPool），它一般包含如下两个方法：

　　·createPool：用于创建特定类型和设置的对象池；

　　·destroyPool：用于释放指定的对象池；

　　同时为保证ObjectPoolFactory的单一实例，可以采用Singleton设计模式，见下述getInstance方法的实现：

 
 
 
    
  
  
  
  1. public static ObjectPoolFactory getInstance() {   
    2. 
  
  
  
  2. 　if (poolFactory == null) {   
    3. 
  
  
  
  3. 　　poolFactory = new ObjectPoolFactory();   
    4. 
  
  
  
  4. 　}   
    5. 
  
  
  
  5. 　return poolFactory;   
    6. 
  
  
  
  6. }   
    7.

　　2）参数对象（ParameterObject）类

　　该类主要用于封装所创建对象池的一些属性参数，如池中可存放对象的数目的最大值（maxCount）、最小值（minCount）等。

　　3）对象池（ObjectPool）类

　　用于管理要被池化对象的借出和归还，并通知PoolableObjectFactory完成相应的工作。它一般包含如下两个方法：

　　　·getObject：用于从池中借出对象；
　　　·returnObject：将池化对象返回到池中，并通知所有处于等待状态的线程；

　　4）池化对象工厂（PoolableObjectFactory）类

　　该类主要负责管理池化对象的生命周期，就简单来说，一般包括对象的创建及销毁。该类同ObjectPoolFactory一样，也可将其实现为单实例。
　通用对象池的实现

　　对象池的构造和管理可以按照多种方式实现。最灵活的方式是将池化对象的Class类型在对象池之外指定，即在ObjectPoolFactory类创建对象池时，动态指定该对象池所池化对象的Class类型，其实现代码如下：

 
 
 
    
  
  
  
  1. . . .   
    2. 
  
  
  
  2. public ObjectPool createPool(ParameterObject paraObj,Class clsType) {   
    3. 
  
  
  
  3. 　return new ObjectPool(paraObj, clsType);   
    4. 
  
  
  
  4. }   
    5. 
  
  
  
  5. . . .  
    6.

　　其中，paraObj参数用于指定对象池的特征属性，clsType参数则指定了该对象池所存放对象的类型。对象池（ObjectPool）创建以后，下面就是利用它来管理对象了，具体实现如下： 

 
 
 
    
  
  
  
  1. public class ObjectPool {   
    2. 
  
  
  
  2. 　private ParameterObject paraObj;//该对象池的属性参数对象   
    3. 
  
  
  
  3. 　private Class clsType;//该对象池中所存放对象的类型   
    4. 
  
  
  
  4. 　private int currentNum = 0; //该对象池当前已创建的对象数目   
    5. 
  
  
  
  5. 　private Object currentObj;//该对象池当前可以借出的对象   
    6. 
  
  
  
  6. 　private Vector pool;//用于存放对象的池   
    7. 
  
  
  
  7. 　public ObjectPool(ParameterObject paraObj, Class clsType) {   
    8. 
  
  
  
  8. 　　this.paraObj = paraObj;   
    9. 
  
  
  
  9. 　　this.clsType = clsType;   
    10. 
  
  
  
  10. 　　pool = new Vector();   
    11. 
  
  
  
  11. 　}   
    12. 
  
  
  
  12. 　public Object getObject() {   
    13. 
  
  
  
  13. 　　if (pool.size() <= paraObj.getMinCount()) {   
    14. 
  
  
  
  14. 　　　if (currentNum <= paraObj.getMaxCount()) {   
    15. 
  
  
  
  15. 　　　　//如果当前池中无对象可用，而且已创建的对象数目小于所限制的最大值，就利用   
    16. 
  
  
  
  16. 　　　　//PoolObjectFactory创建一个新的对象   
    17. 
  
  
  
  17. 　　　　PoolableObjectFactory objFactory =PoolableObjectFactory.getInstance();   
    18. 
  
  
  
  18. 　　　　currentObj = objFactory.create Object (clsType);   
    19. 
  
  
  
  19. 　　　　currentNum++;   
    20. 
  
  
  
  20. 　　　} else {   
    21. 
  
  
  
  21. 　　　　//如果当前池中无对象可用，而且所创建的对象数目已达到所限制的最大值，   
    22. 
  
  
  
  22. 　　　　//就只能等待其它线程返回对象到池中   
    23. 
  
  
  
  23. 　　　　synchronized (this) {   
    24. 
  
  
  
  24. 　　　　　try {   
    25. 
  
  
  
  25. 　　　　　　wait();   
    26. 
  
  
  
  26. 　　　　　} catch (InterruptedException e) {   
    27. 
  
  
  
  27. 　　　　　　System.out.println(e.getMessage());   
    28. 
  
  
  
  28. 　　　　　　e.printStackTrace();   
    29. 
  
  
  
  29. 　　　　　}   
    30. 
  
  
  
  30. 　　　　　currentObj = pool.firstElement();   
    31. 
  
  
  
  31. 　　　　}   
    32. 
  
  
  
  32. 　　　}   
    33. 
  
  
  
  33. 　　} else {   
    34. 
  
  
  
  34. 　　　//如果当前池中有可用的对象，就直接从池中取出对象   
    35. 
  
  
  
  35. 　　　currentObj = pool.firstElement();   
    36. 
  
  
  
  36. 　　}   
    37. 
  
  
  
  37. 　　return currentObj;   
    38. 
  
  
  
  38. }   
    39. 
  
  
  
  39. 　　public void returnObject(Object obj) {   
    40. 
  
  
  
  40. 　　　// 确保对象具有正确的类型   
    41. 
  
  
  
  41. 　　　if (obj.isInstance(clsType)) {   
    42. 
  
  
  
  42. 　　　　pool.addElement(obj);   
    43. 
  
  
  
  43. 　　　　synchronized (this) {   
    44. 
  
  
  
  44. 　　　　　notifyAll();   
    45. 
  
  
  
  45. 　　　　}   
    46. 
  
  
  
  46. 　　　} else {   
    47. 
  
  
  
  47. 　　　　throw new IllegalArgumentException("该对象池不能存放指定的对象类型");   
    48. 
  
  
  
  48. 　　　}   
    49. 
  
  
  
  49. 　　}   
    50. 
  
  
  
  50. }   
    51.

　　从上述代码可以看出，ObjectPool利用一个java.util.Vector作为可扩展的对象池，并通过它的构造函数来指定池化对象的 Class类型及对象池的一些属性。在有对象返回到对象池时，它将检查对象的类型是否正确。当对象池里不再有可用对象时，它或者等待已被使用的池化对象返回池中，或者创建一个新的对象实例。不过，新对象实例的创建并不在ObjectPool类中，而是由PoolableObjectFactory类的 createObject方法来完成的，具体实现如下：

 
 
 
    
  
  
  
  1. . . .   
    2. 
  
  
  
  2. public Object createObject(Class clsType) {   
    3. 
  
  
  
  3. 　Object obj = null;   
    4. 
  
  
  
  4. 　try {   
    5. 
  
  
  
  5. 　　obj = clsType.newInstance();   
    6. 
  
  
  
  6. 　} catch (Exception e) {   
    7. 
  
  
  
  7. 　　e.printStackTrace();   
    8. 
  
  
  
  8. 　}   
    9. 
  
  
  
  9. 　return obj;   
    10. 
  
  
  
  10. }   
    11. 
  
  
  
  11. . . .   
    12.

　　这样，通用对象池的实现就算完成了，下面再看看客户端（Client）如何来使用它，假定池化对象的Class类型为StringBuffer： 

 
 
 
    
  
  
  
  1. . . .   
    2. 
  
  
  
  2. //创建对象池工厂   
    3. 
  
  
  
  3. ObjectPoolFactory poolFactory = ObjectPoolFactory. getInstance ();   
    4. 
  
  
  
  4. //定义所创建对象池的属性   
    5. 
  
  
  
  5. ParameterObject paraObj = new ParameterObject(2,1);   
    6. 
  
  
  
  6. //利用对象池工厂,创建一个存放StringBuffer类型对象的对象池   
    7. 
  
  
  
  7. ObjectPool pool = poolFactory.createPool(paraObj,String Buffer.class);   
    8. 
  
  
  
  8. //从池中取出一个StringBuffer对象   
    9. 
  
  
  
  9. StringBuffer buffer = (StringBuffer)pool.getObject();   
    10. 
  
  
  
  10. //使用从池中取出的StringBuffer对象   
    11. 
  
  
  
  11. buffer.append("hello");   
    12. 
  
  
  
  12. System.out.println(buffer.toString());   
    13. 
  
  
  
  13. . . .   
    14.

　　可以看出，通用对象池使用起来还是很方便的，不仅可以方便地避免频繁创建对象的开销，而且通用程度高。但遗憾的是，由于需要使用大量的类型定型（cast）操作，再加上一些对Vector类的同步操作，使得它在某些情况下对性能的改进非常有限，尤其对那些创建周期比较短的对象。
专用对象池的实现　　　　　

　　由于通用对象池的管理开销比较大，某种程度上抵消了重用对象所带来的大部分优势。为解决该问题，可以采用专用对象池的方法。即对象池所池化对象的Class类型不是动态指定的，而是预先就已指定。这样，它在实现上也会较通用对象池简单些，可以不要ObjectPoolFactory和PoolableObjectFactory类，而将它们的功能直接融合到ObjectPool类，具体如下（假定被池化对象的Class类型仍为StringBuffer，而用省略号表示的地方，表示代码同通用对象池的实现）：

 
 
 
    
  
  
  
  1. public class ObjectPool {   
    2. 
  
  
  
  2. 　private ParameterObject paraObj;//该对象池的属性参数对象   
    3. 
  
  
  
  3. 　private int currentNum = 0; //该对象池当前已创建的对象数目   
    4. 
  
  
  
  4. 　private StringBuffer currentObj;//该对象池当前可以借出的对象   
    5. 
  
  
  
  5. 　private Vector pool;//用于存放对象的池   
    6. 
  
  
  
  6. 　public ObjectPool(ParameterObject paraObj) {   
    7. 
  
  
  
  7. 　　this.paraObj = paraObj;   
    8. 
  
  
  
  8. 　　pool = new Vector();   
    9. 
  
  
  
  9. 　}   
    10. 
  
  
  
  10. 　public StringBuffer getObject() {   
    11. 
  
  
  
  11. 　　if (pool.size() <= paraObj.getMinCount()) {   
    12. 
  
  
  
  12. 　　　if (currentNum <= paraObj.getMaxCount()) {   
    13. 
  
  
  
  13. 　　　　currentObj = new StringBuffer();   
    14. 
  
  
  
  14. 　　　　currentNum++;   
    15. 
  
  
  
  15. 　　　}   
    16. 
  
  
  
  16. 　　　. . .   
    17. 
  
  
  
  17. 　　}   
    18. 
  
  
  
  18. 　　return currentObj;   
    19. 
  
  
  
  19. 　}   
    20. 
  
  
  
  20. 　public void returnObject(Object obj) {   
    21. 
  
  
  
  21. 　　// 确保对象具有正确的类型   
    22. 
  
  
  
  22. 　　if (StringBuffer.isInstance(obj)) {   
    23. 
  
  
  
  23. 　　　. . .   
    24. 
  
  
  
  24. 　　}   
    25. 
  
  
  
  25. 　}   
    26.

　　结束语

　　恰当地使用对象池技术，能有效地改善应用程序的性能。目前，对象池技术已得到广泛的应用，如对于网络和数据库连接这类重量级的对象，一般都会采用对象池技术。但在使用对象池技术时也要注意如下问题：

　　并非任何情况下都适合采用对象池技术。基本上，只在重复生成某种对象的操作成为影响性能的关键因素的时候，才适合采用对象池技术。而如果进行池化所能带来的性能提高并不重要的话，还是不采用对象池化技术为佳，以保持代码的简明。

　　要根据具体情况正确选择对象池的实现方式。如果是创建一个公用的对象池技术实现包，或需要在程序中动态指定所池化对象的Class类型时，才选择通用对象池。而大部分情况下，采用专用对象池就可以了。

新闻名称：Java对象池技术的原理及其实现
当前链接：http://www.mswzjz.com/qtweb/news38/198338.html

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