摘 要 本文在分析對象池技術基本原理的基礎上，給出了對象池技術的兩種實現(xiàn)方式。還指出了使用對象池技術時所應注意的問題。
關鍵詞 對象池；對象池技術；Java 對象；性能
Java對象的生命周期分析
Java對象的生命周期大致包括三個階段：對象的創(chuàng)建，對象的使用，對象的清除。因此，對象的生命周期長度可用如下的表達式表示：T = T1 + T2 +T3。其中T1表示對象的創(chuàng)建時間，T2表示對象的使用時間，而T3則表示其清除時間。由此，我們可以看出，只有T2是真正有效的時間，而T1、T3則是對象本身的開銷。下面再看看T1、T3在對象的整個生命周期中所占的比例。
我們知道，Java對象是通過構造函數(shù)來創(chuàng)建的，在這一過程中，該構造函數(shù)鏈中的所有構造函數(shù)也都會被自動調用。另外，默認情況下，調用類的構造函數(shù)時，Java會把變量初始化成確定的值：所有的對象被設置成null，整數(shù)變量（byte、short、int、long）設置成0，float和double變量設置成0.0，邏輯值設置成false。所以用new關鍵字來新建一個對象的時間開銷是很大的，如表1所示。
表1 一些操作所耗費時間的對照表
| 運算操作 |
示例 |
標準化時間 |
| 本地賦值 |
i = n |
1.0 |
| 實例賦值 |
this.i = n |
1.2 |
| 方法調用 |
Funct() |
5.9 |
| 新建對象 |
New Object() |
980 |
| 新建數(shù)組 |
New int[10] |
3100 |
從表1可以看出，新建一個對象需要980個單位的時間，是本地賦值時間的980倍，是方法調用時間的166倍，而若新建一個數(shù)組所花費的時間就更多了。
再看清除對象的過程。我們知道，Java語言的一個優(yōu)勢，就是Java程序員勿需再像C/C++程序員那樣，顯式地釋放對象，而由稱為垃圾收集器（Garbage Collector）的自動內存管理系統(tǒng)，定時或在內存凸現(xiàn)出不足時，自動回收垃圾對象所占的內存。凡事有利總也有弊，這雖然為Java程序設計者提供了極大的方便，但同時它也帶來了較大的性能開銷。這種開銷包括兩方面，首先是對象管理開銷，GC為了能夠正確釋放對象，它必須監(jiān)控每一個對象的運行狀態(tài)，包括對象的申請、引用、被引用、賦值等。其次，在GC開始回收“垃圾”對象時，系統(tǒng)會暫停應用程序的執(zhí)行，而獨自占用CPU。
因此，如果要改善應用程序的性能，一方面應盡量減少創(chuàng)建新對象的次數(shù)；同時，還應盡量減少T1、T3的時間，而這些均可以通過對象池技術來實現(xiàn)。
對象池技術的基本原理
對象池技術基本原理的核心有兩點：緩存和共享，即對于那些被頻繁使用的對象，在使用完后，不立即將它們釋放，而是將它們緩存起來，以供后續(xù)的應用程序重復使用，從而減少創(chuàng)建對象和釋放對象的次數(shù)，進而改善應用程序的性能。事實上，由于對象池技術將對象限制在一定的數(shù)量，也有效地減少了應用程序內存上的開銷。
實現(xiàn)一個對象池，一般會涉及到如下的類：
1）對象池工廠（ObjectPoolFactory）類
該類主要用于管理相同類型和設置的對象池（ObjectPool），它一般包含如下兩個方法：
·createPool：用于創(chuàng)建特定類型和設置的對象池；
·destroyPool：用于釋放指定的對象池；
同時為保證ObjectPoolFactory的單一實例，可以采用Singleton設計模式，見下述getInstance方法的實現(xiàn)：
public static ObjectPoolFactory getInstance() {
if (poolFactory == null) {
poolFactory = new ObjectPoolFactory();
}
return poolFactory;
} |
2）參數(shù)對象（ParameterObject）類
該類主要用于封裝所創(chuàng)建對象池的一些屬性參數(shù)，如池中可存放對象的數(shù)目的最大值（maxCount）、最小值（minCount）等。
3）對象池（ObjectPool）類
用于管理要被池化對象的借出和歸還，并通知PoolableObjectFactory完成相應的工作。它一般包含如下兩個方法：
·getObject：用于從池中借出對象；
·returnObject：將池化對象返回到池中，并通知所有處于等待狀態(tài)的線程；
4）池化對象工廠（PoolableObjectFactory）類
該類主要負責管理池化對象的生命周期，就簡單來說，一般包括對象的創(chuàng)建及銷毀。該類同ObjectPoolFactory一樣，也可將其實現(xiàn)為單實例。
通用對象池的實現(xiàn)
對象池的構造和管理可以按照多種方式實現(xiàn)。最靈活的方式是將池化對象的Class類型在對象池之外指定，即在ObjectPoolFactory類創(chuàng)建對象池時，動態(tài)指定該對象池所池化對象的Class類型，其實現(xiàn)代碼如下：
. . .
public ObjectPool createPool(ParameterObject paraObj,Class clsType) {
return new ObjectPool(paraObj, clsType);
}
. . . |
其中，paraObj參數(shù)用于指定對象池的特征屬性，clsType參數(shù)則指定了該對象池所存放對象的類型。對象池（ObjectPool）創(chuàng)建以后，下面就是利用它來管理對象了，具體實現(xiàn)如下：
public class ObjectPool {
private ParameterObject paraObj;//該對象池的屬性參數(shù)對象
private Class clsType;//該對象池中所存放對象的類型
private int currentNum = 0; //該對象池當前已創(chuàng)建的對象數(shù)目
private Object currentObj;//該對象池當前可以借出的對象
private Vector pool;//用于存放對象的池
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()) {
//如果當前池中無對象可用，而且已創(chuàng)建的對象數(shù)目小于所限制的最大值，就利用
//PoolObjectFactory創(chuàng)建一個新的對象
PoolableObjectFactory objFactory =PoolableObjectFactory.getInstance();
currentObj = objFactory.create Object (clsType);
currentNum++;
} else {
//如果當前池中無對象可用，而且所創(chuàng)建的對象數(shù)目已達到所限制的最大值，
//就只能等待其它線程返回對象到池中
synchronized (this) {
try {
wait();
} catch (InterruptedException e) {
System.out.println(e.getMessage());
e.printStackTrace();
}
currentObj = pool.firstElement();
}
}
} else {
//如果當前池中有可用的對象，就直接從池中取出對象
currentObj = pool.firstElement();
}
return currentObj;
}
public void returnObject(Object obj) {
// 確保對象具有正確的類型
if (obj.isInstance(clsType)) {
pool.addElement(obj);
synchronized (this) {
notifyAll();
}
} else {
throw new IllegalArgumentException("該對象池不能存放指定的對象類型");
}
}
} |
從上述代碼可以看出，ObjectPool利用一個java.util.Vector作為可擴展的對象池，并通過它的構造函數(shù)來指定池化對象的Class類型及對象池的一些屬性。在有對象返回到對象池時，它將檢查對象的類型是否正確。當對象池里不再有可用對象時，它或者等待已被使用的池化對象返回池中，或者創(chuàng)建一個新的對象實例。不過，新對象實例的創(chuàng)建并不在ObjectPool類中，而是由PoolableObjectFactory類的createObject方法來完成的，具體實現(xiàn)如下：
. . .
public Object createObject(Class clsType) {
Object obj = null;
try {
obj = clsType.newInstance();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return obj;
}
. . . |
這樣，通用對象池的實現(xiàn)就算完成了，下面再看看客戶端（Client）如何來使用它，假定池化對象的Class類型為StringBuffer：
. . .
//創(chuàng)建對象池工廠
ObjectPoolFactory poolFactory = ObjectPoolFactory. getInstance ();
//定義所創(chuàng)建對象池的屬性
ParameterObject paraObj = new ParameterObject(2,1);
//利用對象池工廠,創(chuàng)建一個存放StringBuffer類型對象的對象池
ObjectPool pool = poolFactory.createPool(paraObj,String Buffer.class);
//從池中取出一個StringBuffer對象
StringBuffer buffer = (StringBuffer)pool.getObject();
//使用從池中取出的StringBuffer對象
buffer.append("hello");
System.out.println(buffer.toString());
. . . |
可以看出，通用對象池使用起來還是很方便的，不僅可以方便地避免頻繁創(chuàng)建對象的開銷，而且通用程度高。但遺憾的是，由于需要使用大量的類型定型（cast）操作，再加上一些對Vector類的同步操作，使得它在某些情況下對性能的改進非常有限，尤其對那些創(chuàng)建周期比較短的對象
專用對象池的實現(xiàn)
由于通用對象池的管理開銷比較大，某種程度上抵消了重用對象所帶來的大部分優(yōu)勢。為解決該問題，可以采用專用對象池的方法。即對象池所池化對象的Class類型不是動態(tài)指定的，而是預先就已指定。這樣，它在實現(xiàn)上也會較通用對象池簡單些，可以不要ObjectPoolFactory和PoolableObjectFactory類，而將它們的功能直接融合到ObjectPool類，具體如下（假定被池化對象的Class類型仍為StringBuffer，而用省略號表示的地方，表示代碼同通用對象池的實現(xiàn)）：
public class ObjectPool {
private ParameterObject paraObj;//該對象池的屬性參數(shù)對象
private int currentNum = 0; //該對象池當前已創(chuàng)建的對象數(shù)目
private StringBuffer currentObj;//該對象池當前可以借出的對象
private Vector pool;//用于存放對象的池
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) {
// 確保對象具有正確的類型
if (StringBuffer.isInstance(obj)) {
. . .
}
} |
結束語
恰當?shù)厥褂脤ο蟪丶夹g，能有效地改善應用程序的性能。目前，對象池技術已得到廣泛的應用，如對于網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)庫連接這類重量級的對象，一般都會采用對象池技術。但在使用對象池技術時也要注意如下問題：
·并非任何情況下都適合采用對象池技術。基本上，只在重復生成某種對象的操作成為影響性能的關鍵因素的時候，才適合采用對象池技術。而如果進行池化所能帶來的性能提高并不重要的話，還是不采用對象池化技術為佳，以保持代碼的簡明。
·要根據(jù)具體情況正確選擇對象池的實現(xiàn)方式。如果是創(chuàng)建一個公用的對象池技術實現(xiàn)包，或需要在程序中動態(tài)指定所池化對象的Class類型時，才選擇通用對象池。而大部分情況下，采用專用對象池就可以了。