对象池技术的原理及其实现(1)

    关键词  对象池；对象池技术；Java 对象；性能

 

    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

    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：

         public static ObjectPoolFactory getInstance() {

                   if (poolFactory == null) {

                            poolFactory = new ObjectPoolFactory();

                   }

                   return poolFactory;

}

     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。

    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：

. . .

public ObjectPool createPool(ParameterObject paraObj,

                                             Class clsType) {

                   return new ObjectPool(paraObj, clsType);

         }

. . .

    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：

public class ObjectPool {

  private ParameterObject paraObj;//该对象池的属性参数对象

  private Class clsType;//该对象池中所存放对象的类型

  private int currentNum = 0; //该对象池当前已创建的对象数目

  private Object currentObj;//该对象池当前可以借出的对象

  private Vector pool;//用于存放对象的池

  public ObjectPool(ParameterObject paraObj, Class clsType) {

            this.paraObj = paraObj;

            this.clsType = clsType;

            pool = new Vector();

  }

  public Object getObject() {

            if (pool.size() <= paraObj.getMinCount()) {

                     if (currentNum <= paraObj.getMaxCount()) {

                              //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

                              //PoolObjectFactory创建一个新的对象

                              PoolableObjectFactory objFactory =

                                        PoolableObjectFactory.getInstance();

                              currentObj = objFactory.create Object (clsType);

                              currentNum++;

                     } else {

                              //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，

                              //就只能等待其它线程返回对象到池中

                              synchronized (this) {

                                        try {

                                                 wait();

                                        } catch (InterruptedException e) {

                                        System.out.println(e.getMessage());