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

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。

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 = "";
		}
	}
}