Java对象池
单例模式是限制了一个类只能有一个实例，对象池模式则是限制一个类实例的个数。对象池类就像是一个对象管理员，它以Static列表（也就是装对象的池子）的形式存存储某个实例数受限的类的实例，每一个实例还要加一个标记，标记该实例是否被占用。当类初始化的时候，这个对象池就被初始化了，实例就被创建出来。然后，用户可以向这个类索取实例，如果池中所有的实例都已经被占用了，那么抛出异常。用户用完以后，还要把实例“还”回来，即释放占用。对象池类的成员应该都是静态的。用户也不应该能访问池子里装着的对象的构造函数，以防用户绕开对象池创建实例。书上说这个模式会用在数据库连接的管理上。比如，每个用户的连接数是有限的，这样每个连接就是一个池子里的一个对象，“连接池”类就可以控制连接数了。
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
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运算操作 |
示例 |
标准化时间 |
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本地赋值 |
i = n |
1.0 |
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实例赋值 |
this.i = n |
1.2 |
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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。
对象池使用的基本思路是：
将用过的对象保存起来，等下一次需要这种对象的时候，再拿出来重复使用，从而在一定程度上减少频繁创建对象所造成的开销。 并非所有对象都适合拿来池化――因为维护对象池也要造成一定开销。对生成时开销不大的对象进行池化，反而可能会出现“维护对象池的开销”大于“生成新对象的开销”，从而使性能降低的情况。但是对于生成时开销可观的对象，池化技术就是提高性能的有效策略了。下面是构建对象池的一个例子：
public class ObjectPool {
private int numObjects = 10; // 对象池的大小
private int maxObjects = 50; // 对象池最大的大小
private Vector objects = null; //存放对象池中对象的向量( PooledObject类型)
public ObjectPool() {
}
/*** 创建一个对象池***/
public synchronized void createPool(){
// 确保对象池没有创建。如果创建了，保存对象的向量 objects 不会为空
if (objects != null) {
return; // 如果己经创建，则返回
}
// 创建保存对象的向量 , 初始时有 0 个元素
objects = new Vector();
// 根据 numObjects 中设置的值，循环创建指定数目的对象
for (int x = 0; x < numObjects; x++) {
if ((objects.size() == 0)&&this.objects.size() <this.maxObjects) {
Object obj = new Obj();
objects.addElement(new PooledObject(obj));
}
}
}
public synchronized Object getObject(){
// 确保对象池己被创建
if (objects == null) {
return null; // 对象池还没创建，则返回 null
}
Object conn = getFreeObject(); // 获得一个可用的对象
// 如果目前没有可以使用的对象，即所有的对象都在使用中
while (conn == null) {
wait(250);
conn = getFreeObject(); // 重新再试，直到获得可用的对象，如果
// getFreeObject() 返回的为 null，则表明创建一批对象后也不可获得可用对象
}
return conn;// 返回获得的可用的对象
}
/**
* 本函数从对象池对象 objects 中返回一个可用的的对象，如果
* 当前没有可用的对象，则创建几个对象，并放入对象池中。
* 如果创建后，所有的对象都在使用中，则返回 null
*/
private Object getFreeObject(){
// 从对象池中获得一个可用的对象
Object obj = findFreeObject();
if (obj == null) {
createObjects(incrementalObjects); //如果目前对象池中没有可用的对象，创建一些对象
// 重新从池中查找是否有可用对象
obj = findFreeObject();
// 如果创建对象后仍获得不到可用的对象，则返回 null
if (obj == null) {
return null;
}
}
return obj;
}
/**
* 查找对象池中所有的对象，查找一个可用的对象，
* 如果没有可用的对象，返回 null
*/
private Object findFreeObject(){
Object obj = null;
PooledObject pObj = null;
// 获得对象池向量中所有的对象
Enumeration enumerate = objects.elements();
// 遍历所有的对象，看是否有可用的对象
while (enumerate.hasMoreElements()) {
pObj = (PooledObject) enumerate.nextElement();
// 如果此对象不忙，则获得它的对象并把它设为忙
if (!pObj.isBusy()) {
obj = pObj.getObject();
pObj.setBusy(true);
}
return obj;// 返回找到到的可用对象
}
/**
* 此函数返回一个对象到对象池中，并把此对象置为空闲。
* 所有使用对象池获得的对象均应在不使用此对象时返回它。
*/
public void returnObject(Object obj) {
// 确保对象池存在，如果对象没有创建（不存在），直接返回
if (objects == null) {
return;
}
PooledObject pObj = null;
Enumeration enumerate = objects.elements();
// 遍历对象池中的所有对象，找到这个要返回的对象对象
while (enumerate.hasMoreElements()) {
pObj = (PooledObject) enumerate.nextElement();
// 先找到对象池中的要返回的对象对象
if (obj == pObj.getObject()) {
// 找到了 , 设置此对象为空闲状态
pObj.setBusy(false);
break;
}
}
}
/**
* 关闭对象池中所有的对象，并清空对象池。
*/
public synchronized void closeObjectPool() {
// 确保对象池存在，如果不存在，返回
if (objects == null) {
return;
}
PooledObject pObj = null;
Enumeration enumerate = objects.elements();
while (enumerate.hasMoreElements()) {
pObj = (PooledObject) enumerate.nextElement();
// 如果忙，等 5 秒
if (pObj.isBusy()) {
wait(5000); // 等 5 秒
}
// 从对象池向量中删除它
objects.removeElement(pObj);
}
// 置对象池为空
objects = null;
}
/**
* 使程序等待给定的毫秒数
*/
private void wait(int mSeconds) {
try {
Thread.sleep(mSeconds);
}
catch (InterruptedException e) {
}
}
/**
* 内部使用的用于保存对象池中对象的类。
* 此类中有两个成员，一个是对象，另一个是指示此对象是否正在使用的标志 。
*/
class PooledObject {
Object objection = null;// 对象
boolean busy = false; // 此对象是否正在使用的标志，默认没有正在使用
// 构造函数，根据一个 Object 构告一个 PooledObject 对象
public PooledObject(Object objection) {
this.objection = objection;
}
// 返回此对象中的对象
public Object getObject() {
return objection;
}
// 设置此对象的，对象
public void setObject(Object objection) {
this.objection = objection;
}
// 获得对象对象是否忙
public boolean isBusy() {
return busy;
}
// 设置对象的对象正在忙
public void setBusy(boolean busy) {
this.busy = busy;
}
}
}
测试类：
代码如下：
public class ObjectPoolTest {
public static void main(String[] args) throws Exception {
ObjectPool objPool = new ObjectPool();
objPool.createPool();
Object obj = objPool.getObject();
returnObject(obj);
objPool.closeObjectPool();
}
}
commons-pool提供了一套很好用的对象池组件。使用也很简单，不过对一些简单的对象使用对象池就没必要了。
ObjectPool定义了一个简单的池化接口，有三个对应实现
GenericObjectPool：实现了可配置的后进先出或先进先出(LIFO/FIFO)行为，默认是作为一个后进先出队列，这意味当对象池中有可用的空闲对象时，borrowObject 将返回最近的对象实例，如果将lifo 属性设置为false，则按FIFO行为返回对象实例。
StackObjectPool ：实现了后进先出(LIFO)行为。
SoftReferenceObjectPool： 实现了后进先出(LIFO)行为。另外，对象池还在SoftReference 中保存了每个对象引用，允许垃圾收集器针对内存需要回收对象。
KeyedObjectPool定义了一个以任意的key访问对象的接口（可以池化对种对象），有两种对应实现。
GenericKeyedObjectPool ：实现了先进先出(FIFO)行为。
StackKeyedObjectPool ： 实现了后进先出(LIFO)行为。
PoolableObjectFactory 定义了池化对象的生命周期方法，我们可以使用它分离被池化的不同对象和管理对象的创建，持久，销毁。
BasePoolableObjectFactory这个实现PoolableObjectFactory 接口的一个抽象类，我们可用扩展它实现自己的池化工厂。
一个对象池使用的简单例子：
package tf;
import org.apache.commons.pool.BasePoolableObjectFactory;
import org.apache.commons.pool.ObjectPool;
import org.apache.commons.pool.impl.StackObjectPool;
public class Pool {
public static void main(String[] args) throws Exception {
ObjectPool pool = new StackObjectPool(new UserFactory());
User u = (User) pool.borrowObject(); // 从池中借出一个对象
u.setName("me");
u.sayHello();
pool.returnObject(u); // 归还对象
}
static class UserFactory extends BasePoolableObjectFactory {
/**
* 产生一个新对象
*/
public Object makeObject() {
return new User();
}
/**
* 还原对象状态
*/
public void passivateObject(Object obj) {
User u = (User) obj;
u.clear();
}
}
static class User {
String name;
void setName(String name) {
this.name = name;
}
void sayHello() {
System.out.println("hello, " + name);
}
void clear() {
name = "";
}
}
}
