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1、1对象池技术的原理及其实现摘 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 1 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
2、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2本地赋值i = n1.0实例赋值this.i = n1.2方法调用Funct()5.9新建对象New Obje
3、ct()980新建数组New int103100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。3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，G
4、C 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。2 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，
5、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4述 getInstance 方法的实现：public static ObjectPoolFactory getInstance() if (poolFactory = null)
6、 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（Poola
7、bleObjectFactory）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。3 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 Obj
8、ectPool(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5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;
9、/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
10、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.prin
11、tln(e.getMessage();e.printStackTrace();6currentObj = 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();elsethrownewIllega
12、lArgumentException(“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 Obje
13、ct createObject(Class clsType) Object obj = null;try obj = clsType.newInstance(); catch (Exception e) e.printStackTrace(); 7return 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
14、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.pri
15、ntln(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。4 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 ObjectPool
16、Factory 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8StringBuffer，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 getObj
