Java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

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 = T + T +T其中T表示对象的创建时间T表示对象的使用时间而T则表示其清除时间由此我们可以看出只有T是真正有效的时间而TT则是对象本身的开销下面再看看TT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（byteshortintlong）设置成float和double变量设置成逻辑值设置成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所示

表 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 实例赋值thisi = n 方法调用Funct() 新建对象New Object() 新建数组New int[]

从表可以看出新建一个对象需要个单位的时间是本地赋值时间的倍是方法调用时间的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TT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

）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;}

）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

）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

）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 paraObjClass 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 = ; //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) {thisparaObj = paraObj;thisclsType = clsType;pool = new Vector();}public Object getObject() {if (poolsize() <= paraObjgetMinCount()) {if (currentNum <= paraObjgetMaxCount()) {//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 =PoolableObjectFactorygetInstance();currentObj = objFactorycreate 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) {Systemoutprintln(egetMessage());eprintStackTrace();}currentObj = poolfirstElement();}}} else {//如果当前池中有可用的对象就直接从池中取出对象currentObj = poolfirstElement();}return currentObj;}public void returnObject(Object obj) {// 确保对象具有正确的类型if (objisInstance(clsType)) {pooladdElement(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javautilVector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 = clsTypenewInstance();} catch (Exception e) {eprintStackTrace();} 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();//利用对象池工厂创建一个存放StringBuffer类型对象的对象池ObjectPool pool = poolFactorycreatePool(paraObjString Bufferclass);//从池中取出一个StringBuffer对象StringBuffer buffer = (StringBuffer)poolgetObject();//使用从池中取出的StringBuffer对象bufferappend(hello);Systemoutprintln(buffertoString());

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 = ; //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) {thisparaObj = paraObj;pool = new Vector();}public StringBuffer getObject() {if (poolsize() <= paraObjgetMinCount()) {if (currentNum <= paraObjgetMaxCount()) {currentObj = new StringBuffer();currentNum++;} }return currentObj;}public void returnObject(Object obj) {// 确保对象具有正确的类型if (StringBufferisInstance(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