Java对象池技术的原理及其实现
2009-08-04 09:55 宝宝合凤凰 阅读(5727) 评论(0) 收藏 举报|
引: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。 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 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
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。 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：
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。 | |||||||||||||||||||
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)) { pool.addElement(obj); synchronized (this) { notifyAll(); } } else { throw new IllegalArgumentException("该对象池不能存放指定的对象类型"); } } } |
从上述代码可以看出，ObjectPool利用一个java.util.Vector作为可扩展的对象池，并通过它的构造函数来指定池化对象的Class类型及对象池的一些属性。在有对象返回到对象池时，它将检查对象的类型是否正确。当对象池里不再有可用对象时，它或者等待已被使用的池化对象返回池中，或者创建一个新的对象实例。不过，新对象实例的创建并不在ObjectPool类中，而是由PoolableObjectFactory类的createObject方法来完成的，具体实现如下：
| . . . public Object createObject(Class clsType) { Object obj = null; try { obj = clsType.newInstance(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } return obj; } . . . |
这样，通用对象池的实现就算完成了，下面再看看客户端（Client）如何来使用它，假定池化对象的Class类型为StringBuffer：
| . . . //创建对象池工厂 ObjectPoolFactory poolFactory = ObjectPoolFactory. getInstance (); //定义所创建对象池的属性 ParameterObject paraObj = new ParameterObject(2,1); //利用对象池工厂,创建一个存放StringBuffer类型对象的对象池 ObjectPool pool = poolFactory.createPool(paraObj,String Buffer.class); //从池中取出一个StringBuffer对象 StringBuffer buffer = (StringBuffer)pool.getObject(); //使用从池中取出的StringBuffer对象 buffer.append("hello"); System.out.println(buffer.toString()); . . . |
可以看出，通用对象池使用起来还是很方便的，不仅可以方便地避免频繁创建对象的开销，而且通用程度高。但遗憾的是，由于需要使用大量的类型定型（cast）操作，再加上一些对Vector类的同步操作，使得它在某些情况下对性能的改进非常有限，尤其对那些创建周期比较短的对象。
专用对象池的实现
由于通用对象池的管理开销比较大，某种程度上抵消了重用对象所带来的大部分优势。为解决该问题，可以采用专用对象池的方法。即对象池所池化对象的Class类型不是动态指定的，而是预先就已指定。这样，它在实现上也会较通用对象池简单些，可以不要ObjectPoolFactory和PoolableObjectFactory类，而将它们的功能直接融合到ObjectPool类，具体如下（假定被池化对象的Class类型仍为StringBuffer，而用省略号表示的地方，表示代码同通用对象池的实现）：
| public class ObjectPool { private ParameterObject paraObj;//该对象池的属性参数对象 private int currentNum = 0; //该对象池当前已创建的对象数目 private StringBuffer 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) { 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) { // 确保对象具有正确的类型 if (StringBuffer.isInstance(obj)) { . . . } } |
结束语
恰当地使用对象池技术，能有效地改善应用程序的性能。目前，对象池技术已得到广泛的应用，如对于网络和数据库连接这类重量级的对象，一般都会采用对象池技术。但在使用对象池技术时也要注意如下问题：
·并非任何情况下都适合采用对象池技术。基本上，只在重复生成某种对象的操作成为影响性能的关键因素的时候，才适合采用对象池技术。而如果进行池化所能带来的性能提高并不重要的话，还是不采用对象池化技术为佳，以保持代码的简明。
·要根据具体情况正确选择对象池的实现方式。如果是创建一个公用的对象池技术实现包，或需要在程序中动态指定所池化对象的Class类型时，才选择通用对象池。而大部分情况下，采用专用对象池就可以了。
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对象池及数据库连接对象池
呵呵，也不是什么新东西，最后由代码下载。先看张图
下面是代码，有注释
objectPool类：
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保存//
// 对象池
//
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;
using System.Timers;
using System.Collections;
namespace objectPool
{
/// <summary>
/// 对象池
/// </summary>
/// <typeparam name="T">对象类型</typeparam>
abstract class objectPool<T>
{
/// <summary>
/// 最后取出对象时间
/// </summary>
private long longLastCheckOut = 0;
/// <summary>
/// 记录当前正在使用对象Hashtable
/// </summary>
private static Hashtable objLocked;
/// <summary>
/// 记录全部空闲及可用对象Hashtable
/// </summary>
private static Hashtable objUnLocked;
/// <summary>
/// 检查所有空闲及可用对象时间间隔：60秒(用于垃圾回收)
/// </summary>
private static long CLEANINTERVAL = 60 * 1000;
/// <summary>
/// 初始化成员变量
/// </summary>
static objectPool()
{
// 实例化对象
objLocked = Hashtable.Synchronized(new Hashtable());
objUnLocked = Hashtable.Synchronized(new Hashtable());
}
/// <summary>
/// 创建一个新的对象
/// </summary>
/// <returns>对象实例</returns>
protected abstract T Create();
/// <summary>
/// 检查特定对象有效性
/// </summary>
/// <param name="t">对象实例</param>
/// <returns>是否有效 true or false</returns>
protected abstract bool ValiDate(T t);
/// <summary>
/// 删除对象
/// </summary>
/// <param name="t">对象实例</param>
protected abstract void Expire(T t);
/// <summary>
/// 构造函数
/// </summary>
internal objectPool()
{
// 取得现在时间
longLastCheckOut = DateTime.Now.Ticks;
// 实例化一个Timer对象
Timer timer = new Timer();
// 设置时间间隔
timer.Interval = CLEANINTERVAL;
timer.Enabled = true;
// 到达时间间隔发生(垃圾回收)
timer.Elapsed += delegate
{
lock (this)
{
long longNow = DateTime.Now.Ticks;
try
{
foreach (DictionaryEntry entry in objUnLocked)
{
T t = (T) entry.Key;
// 超出垃圾回收时间间隔
if (longNow - (long) objUnLocked[t] > CLEANINTERVAL)
{
// 从可用对象中排除
objUnLocked.Remove(t);
// 删除对象
Expire(t);
}
}
}
catch (Exception)
{ }
}
};
}
/// <summary>
/// 从池中获取对象
/// </summary>
/// <returns>对象实例</returns>
internal T GetObjectFromPool()
{
long longNow = DateTime.Now.Ticks;
longLastCheckOut = longNow;
T t;
lock (this)
{
try
{
foreach (DictionaryEntry entry in objUnLocked)
{
t = (T) entry.Key;
// 如果对象有效
if (ValiDate(t))
{
// 设置为非空闲对象
objUnLocked.Remove(t);
objLocked.Add(t, longNow);
return t;
}
else
{
// 删除对象
objUnLocked.Remove(t);
Expire(t);
}
}
}
catch (Exception)
{ }
// 新创建对象
t = Create();
// 设置为正在使用对象
objLocked.Add(t, longNow);
}
return t;
}
/// <summary>
/// 将对象放入池中
/// </summary>
/// <param name="t">对象实例</param>
internal void ReturnObjectToPool(T t)
{
if (!object.Equals(null, t))
{
lock (this)
{
// 设置对象为空闲对象
objLocked.Remove(t);
objUnLocked.Add(t, DateTime.Now.Ticks);
}
}
}
}
}DBConn类：
复制 保存using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;
using System.Data;
using System.Data.SqlClient;
namespace objectPool
{
/// <summary>
/// 数据库连接对象池
/// </summary>
class DBConn : objectPool<SqlConnection>
{
/// <summary>
/// 私有构造函数
/// </summary>
private DBConn()
{ }
/// <summary>
/// 返回自身对象（Singleton）
/// </summary>
public static readonly DBConn Instance = new DBConn();
/// <summary>
/// 默认连接语句
/// </summary>
private static string strConnStr = @"Data Source=WORK0249\;Initial Catalog=AdventureWorks;Persist Security Info=True;User ID=sa;Password=sa";
/// <summary>
/// 连接语句（属性）
/// </summary>
public string StrConnStr
{
get
{
return strConnStr;
}
set
{
strConnStr = value;
}
}
/// <summary>
/// 创建数据库连接对象
/// </summary>
/// <returns>已打开的数据库连接对象</returns>
protected override SqlConnection Create()
{
SqlConnection conn = new SqlConnection(strConnStr);
conn.Open();
return conn;
}
/// <summary>
/// 验证连接状态
/// </summary>
/// <param name="t">数据库连接对象</param>
/// <returns>连接状态Open ： true Close：false</returns>
protected override bool ValiDate(SqlConnection t)
{
try
{
return !(t.State.Equals(ConnectionState.Closed));
}
catch (SqlException)
{
return false;
}
}
/// <summary>
/// 关闭数据库连接
/// </summary>
/// <param name="t">数据库连接对象</param>
protected override void Expire(SqlConnection t)
{
try
{
t.Close();
}
catch (SqlException)
{ }
}
/// <summary>
/// 从池中获取数据库连接
/// </summary>
/// <returns>数据库连接对象</returns>
public SqlConnection BorrowDBConn()
{
try
{
return base.GetObjectFromPool();
}
catch (Exception ex)
{
throw ex;
}
}
/// <summary>
/// 将连接对象放入池中
/// </summary>
/// <param name="conn">数据库连接对象</param>
public void ReturnDBConn(SqlConnection conn)
{
base.ReturnObjectToPool(conn);
}
}
}使用示例：
复制 保存using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;
using System.Data.SqlClient;
namespace objectPool
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
DBConn dbconn = DBConn.Instance;
// 从池中取出对象
SqlConnection conn = dbconn.BorrowDBConn();
string strSql =
"SELECT AddressID, AddressLine1, AddressLine2, City, StateProvinceID, PostalCode, " +
"rowguid, ModifiedDate FROM Person.Address";
SqlCommand command = new SqlCommand(strSql, conn);
SqlDataReader reader = command.ExecuteReader();
while (reader.Read())
{
Console.Write(reader[0]);
}
// 将对象放入池中
dbconn.ReturnDBConn(conn);
Console.Read();
}
}
}最后，代码下载：
http://luoboqingcai.cnblogs.com/Files/luoboqingcai/objectPool.rar
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用C#建立通用对象池 | |
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2009-02-27 来源：网络 | |
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