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对象池技术的原理及其实现

文章分类: -  发表时间:2016-8-27 10:52:30 作者:汪永好

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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。

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,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。

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 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)) {
 

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