Java之對象池

      單例模式是限制了一個類只能有一個執行個體，對象池模式則是限制一個類執行個體的個數。對象池類就像是一個對象管理員，它以Static列表（也就是裝對象的池子）的形式存儲存某個執行個體數受限的類的執行個體，每一個執行個體還要加一個標記，標記該執行個體是否被佔用。當類初始化的時候，這個對象池就被初始化了，執行個體就被建立出來。然後，使用者可以向這個類索取執行個體，如果池中所有的執行個體都已經被佔用了，那麼拋出異常。使用者用完以後，還要把執行個體“還”回來，即釋放佔用。對象池類的成員應該都是靜態。使用者也不應該能訪問池子裡裝著的對象的建構函式，以防使用者繞開對象池建立執行個體。書上說這個模式會用在資料庫連接的管理上。比如，每個使用者的串連數是有限的，這樣每個串連就是一個池子裡的一個對象，“串連池”類就可以控制串連數了。

Java對象的生命週期分析

　　Java對象的生命週期大致包括三個階段：對象的建立，對象的使用，對象的清除。因此，對象的生命週期長度可用如下的運算式表示：T = T1 + T2 +T3。其中T1表示對象的建立時間，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在對象的整個生命週期中所佔的比例。

　　我們知道，Java對象是通過建構函式來建立的，在這一過程中，該建構函式鏈中的所有建構函式也都會被自動調用。另外，預設情況下，調用類的建構函式時，Java會把變數初始化成確定的值：所有的對象被設定成null，整數變數（byte、short、int、long）設定成0，float和double變數設定成0.0，邏輯值設定成false。所以用new關鍵字來建立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	樣本	標準化時間
本地賦值	i = n	1.0
執行個體賦值	this.i = n	1.2
方法調用	Funct()	5.9
建立對象	New Object()	980
建立數組	New int[10]	3100

　　從表1可以看出，建立一個對象需要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，而若建立一個數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語言的一個優勢，就是Java程式員勿需再像C/C++程式員那樣，顯式地釋放對象，而由稱為垃圾收集器（Garbage Collector）的自動記憶體管理系統，定時或在記憶體凸現出不足時，自動回收垃圾對象所佔的記憶體。凡事有利總也有弊，這雖然為Java程式設計者提供了極大的方便，但同時它也帶來了較大的效能開銷。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，它必須監控每一個對象的運行狀態，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，系統會暫停應用程式的執行，而獨自佔用CPU。

　　因此，如果要改善應用程式的效能，一方面應盡量減少建立新對象的次數；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。

　　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：緩衝和共用，即對於那些被頻繁使用的對象，在使用完後，不立即將它們釋放，而是將它們緩衝起來，以供後續的應用程式重複使用，從而減少建立對象和釋放對象的次數，進而改善應用程式的效能。事實上，由於對象池技術將對象限制在一定的數量，也有效地減少了應用程式記憶體上的開銷。

      對象池使用的基本思路是：

      將用過的對象儲存起來，等下一次需要這種對象的時候，再拿出來重複使用，從而在一定程度上減少頻繁建立對象所造成的開銷。 並非所有對象都適合拿來池化――因為維護對象池也要造成一定開銷。對產生時開銷不大的對象進行池化，反而可能會出現“維護對象池的開銷”大於“產生新對象的開銷”，從而使效能降低的情況。但是對於產生時開銷可觀的對象，池化技術就是提高效能的有效原則了。下面是構建對象池的一個例子：

public class ObjectPool {         private int numObjects = 10; // 對象池的大小         private int maxObjects = 50; // 對象池最大的大小         private Vector objects = null; //存放對象池中對象的向量( PooledObject類型)             public ObjectPool() {                }             /*** 建立一個對象池***/         public synchronized void createPool(){             // 確保對象池沒有建立。如果建立了，儲存對象的向量 objects 不會為空白             if (objects != null) {                 return; // 如果己經建立，則返回             }                 // 建立儲存對象的向量 , 初始時有 0 個元素             objects = new Vector();                 // 根據 numObjects 中設定的值，迴圈建立指定數目的對象             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(){             // 確保對象池己被建立             if (objects == null) {                 return null; // 對象池還沒建立，則返回 null             }                 Object conn = getFreeObject(); // 獲得一個可用的對象                 // 如果目前沒有可以使用的對象，即所有的對象都在使用中             while (conn == null) {                 wait(250);                 conn = getFreeObject(); // 重新再試，直到獲得可用的對象，如果                 // getFreeObject() 返回的為 null，則表明建立一批對象後也不可獲得可用對象             }                 return conn;// 返回獲得的可用的對象         }             /**        * 本函數從對象池對象 objects 中返回一個可用的的對象，如果        * 當前沒有可用的對象，則建立幾個對象，並放入對象池中。        * 如果建立後，所有的對象都在使用中，則返回 null        */        private Object getFreeObject(){                 // 從對象池中獲得一個可用的對象             Object obj = findFreeObject();                 if (obj == null) {                 createObjects(incrementalObjects);     //如果目前對象池中沒有可用的對象，建立一些對象                 // 重新從池中尋找是否有可用對象                 obj = findFreeObject();                                   // 如果建立對象後仍獲得不到可用的對象，則返回 null                 if (obj == null) {                     return null;                 }             }                 return obj;         }             /**        * 尋找對象池中所有的對象，尋找一個可用的對象，        * 如果沒有可用的對象，返回 null        */        private Object findFreeObject(){                 Object obj = null;             PooledObject pObj = null;                 // 獲得對象池向量中所有的對象             Enumeration enumerate = objects.elements();                 // 遍曆所有的對象，看是否有可用的對象             while (enumerate.hasMoreElements()) {                 pObj = (PooledObject) enumerate.nextElement();                                    // 如果此對象不忙，則獲得它的對象並把它設為忙                 if (!pObj.isBusy()) {                     obj = pObj.getObject();                     pObj.setBusy(true);                }           return obj;// 返回找到到的可用對象         }                 /**        * 此函數返回一個對象到對象池中，並把此對象置為空白閑。        * 所有使用對象池獲得的對象均應在不使用此對象時返回它。        */            public void returnObject(Object obj) {                 // 確保對象池存在，如果對象沒有建立（不存在），直接返回             if (objects == null) {                 return;             }                 PooledObject pObj = null;                 Enumeration enumerate = objects.elements();                 // 遍曆對象池中的所有對象，找到這個要返回的對象對象             while (enumerate.hasMoreElements()) {                 pObj = (PooledObject) enumerate.nextElement();                 // 先找到對象池中的要返回的對象對象                 if (obj == pObj.getObject()) {                     // 找到了 , 設定此對象為空白閑狀態                     pObj.setBusy(false);                     break;                 }             }         }                 /**        * 關閉對象池中所有的對象，並清Null 物件池。        */        public synchronized void closeObjectPool() {                 // 確保對象池存在，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                 }                     // 從對象池向量中刪除它                 objects.removeElement(pObj);             }                 // 置對象池為空白             objects = null;         }                 /**        * 使程式等待給定的毫秒數        */        private void wait(int mSeconds) {             try {                 Thread.sleep(mSeconds);             }       catch (InterruptedException e) {             }         }                /**        * 內部使用的用於儲存對象池中對象的類。        * 此類中有兩個成員，一個是對象，另一個是指示此對象是否正在使用的標誌 。     */        class PooledObject {                 Object objection = null;// 對象             boolean busy = false; // 此對象是否正在使用的標誌，預設沒有正在使用                 // 建構函式，根據一個 Object 構告一個 PooledObject 對象             public PooledObject(Object objection) {                     this.objection = objection;                 }                 // 返回此對象中的對象             public Object getObject() {                 return objection;             }                 // 設定此對象的，對象             public void setObject(Object objection) {                 this.objection = objection;                 }                 // 獲得對象對象是否忙             public boolean isBusy() {                 return busy;             }                 // 設定對象的對象正在忙             public void setBusy(boolean busy) {                 this.busy = busy;             }         }     }      測試類別：代碼如下：    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();         }     }