作者：汪永好

出处：计算机与信息技术

责任编辑： 方舟 [ 2006-11-25 07:00 ]

摘 要 ：本文在分析对象池技术基本原理的基础上，给出了对象池技术的两种实现方式。还指出了使用对象池技术时所应注意的问题。

关键词： 对象池；对象池技术；Java 对象；性能[@more@]Java对象的生命周期分析　　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

运算操作 示例 标准化时间

本地赋值 i = n 1.0

实例赋值 this.i = n 1.2

方法调用 Funct() 5.9

新建对象 New Object() 980

新建数组 New int[10] 3100

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：

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。

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：

. . .

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());

e.printStackTrace();

}

currentObj = pool.firstElement();

}

}

} else {

//如果当前池中有可用的对象，就直接从池中取出对象

currentObj = pool.firstElement();

}

return currentObj;

}

public void returnObject(Object obj) {

// 确保对象具有正确的类型

if (obj.isInstance(clsType)) {

pool.addElement(obj);

synchronized (this) {

notifyAll();

}

} else {

throw new IllegalArgumentException("该对象池不能存放指定的对象类型");

}

}

}

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：

. . .

public Object createObject(Class clsType) {

Object obj = null;

try {

obj = clsType.newInstance();

} catch (Exception e) {

e.printStackTrace();

}

return obj;

}

. . .

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：

. . .

//创建对象池工厂

ObjectPoolFactory poolFactory = ObjectPoolFactory. getInstance ();

//定义所创建对象池的属性

ParameterObject paraObj = new ParameterObject(2,1);

//利用对象池工厂,创建一个存放StringBuffer类型对象的对象池

ObjectPool pool = poolFactory.createPool(paraObj,String Buffer.class);

//从池中取出一个StringBuffer对象

StringBuffer buffer = (StringBuffer)pool.getObject();

//使用从池中取出的StringBuffer对象

buffer.append("hello");

System.out.println(buffer.toString());

. . .

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)：

public class ObjectPool {

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

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

private StringBuffer 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) {

this.paraObj = paraObj;

pool = new Vector();

}

public StringBuffer getObject() {

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

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

currentObj = new StringBuffer();

currentNum++;

}

. . .

}

return currentObj;

}

public void returnObject(Object obj) {

// 确保对象具有正确的类型

if (StringBuffer.isInstance(obj)) {

. . .

}

}

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。

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