对象池模式(Object Pool Pattern)

语言: CN / TW / HK

本文节选自《设计模式就该这样学》

1 对象池模式的定义

对象池模式(Object Pool Pattern),是创建型设计模式的一种,将对象预先创建并初始化后放入对象池中,对象提供者就能利用已有的对象来处理请求,减少频繁创建对象所占用的内存空间和初始化时间。 一个对象池包含一组已经初始化并且可以使用的对象,可以在有需求时创建和销毁对象。对象池的用户可以从池子中取得对象,对其进行操作处理,并在不需要时归还给池子而非直接销毁。对象池是一个特殊的工厂对象,对象池模式就是单例模式加享元模式。

2 对象池模式的应用场景

对象池模式主要适用于以下应用场景。

(1)资源受限的场景。比如,不需要可伸缩性的环境(CPU\内存等物理资源有限),CPU性能不够强劲,内存比较紧张,垃圾收集,内存抖动会造成比较大的影响,需要提高内存管理效率, 响应性比吞吐量更为重要。

(2)在内存中数量受限的对象。

(3)创建成本高的对象,可以考虑池化。

补充:常见的使用对象池的场景有在使用Socket时的各种连接池、线程池、数据库连接池等。

3 对象池模式的UML类图

对象池模式的UML类图如下图所示。

file

由上图可以看到,对象池模式主要包含3个角色。

(1)对象池(ObjectPool):持有对象并提供取/还等方法。

(2)抽象池化对象(PooledObject):对池中对象的抽象。

(3)具体池化对象(ConcretePoolObject):对池中对象的封装,封装对象的状态和一些其他信息。

4 对象池模式的通用写法

以下是对象池模式的通用写法。

```java

public class Client {

public static void main(String[] args) {
    ObjectPool pool = new ObjectPool(10,50);
    IPooledObject object = pool.borrowObject();
    object.operation();
    pool.returnObject(object);
    System.out.println();
}

//抽象对象
interface IPooledObject {
    void operation();
}
//具体对象
static class ConcretePoolObject implements IPooledObject {
    public void operation() {
        System.out.println("doing");
    }
}

//对象池
static class ObjectPool {
    private int step = 10;                      //当对象不够用的时候,每次扩容的数量
    private int minCount;
    private int maxCount;
    private Vector<IPooledObject> returneds;    //保存未借出的对象
    private Vector<IPooledObject> borroweds;    //保存已被借出的对象

    //初始化对象池
    public ObjectPool(int minCount,int maxCount){
        borroweds = new Vector<IPooledObject>();
        returneds = new Vector<IPooledObject>();

        this.minCount = minCount;
        this.maxCount = maxCount;

        refresh(this.minCount);
    }

    //因为内部状态具备不变性,所以作为缓存的键
    public IPooledObject borrowObject() {
        IPooledObject next = null;
        if(returneds.size() > 0){
            Iterator<IPooledObject> i = returneds.iterator();
            while (i.hasNext()){
                next = i.next();
                returneds.remove(next);
                borroweds.add(next);
                return next;
            }
        }else{
            //计算出剩余可创建的对象数
            int count = (maxCount - minCount);
            //剩余可创建的数量大于单次固定创建的对象数
            //则再初始化一批固定数量的对象
            refresh(count > step ? step : count);
        }
        return next;
    }

    //不需要使用的对象归还重复利用
    public void returnObject(IPooledObject pooledObject){
        returneds.add(pooledObject);
        if(borroweds.contains(pooledObject)){
            borroweds.remove(pooledObject);
        }
    }

    private void refresh(int count){
        for (int i = 0; i < count; i++) {
            returneds.add(new ConcretePoolObject());
        }
    }
}

}

```

对象池模式和享元模式的最大区别在于,对象池模式中会多一个回收对象重复利用的方法。所以,对象池模式应该是享元模式更加具体的一个应用场景。相当于先将对象从对象池中借出,用完之后再还回去,以此保证有限资源的重复利用。

5 对象池模式的优缺点

5.1 优点

复用池中对象,消除创建对象、回收对象所产生的内存开销、CPU开销,以及跨网络产生的网络开销。

5.2 缺点

(1)增加了分配/释放对象的开销。

(2)在并发环境中,多个线程可能(同时)需要获取池中对象,进而需要在堆数据结构上进行同步或者因为锁竞争而产生阻塞,这种开销要比创建销毁对象的开销高数百倍。

(3)由于池中对象的数量有限,势必成为一个可伸缩性瓶颈。

(4)很难合理设定对象池的大小,如果太小,则起不到作用;如果过大,则占用内存资源高。 关注『 Tom弹架构 』回复“设计模式”可获取完整源码。

【推荐】Tom弹架构:30个设计模式真实案例(附源码),挑战年薪60W不是梦

本文为“Tom弹架构”原创,转载请注明出处。技术在于分享,我分享我快乐!如果本文对您有帮助,欢迎关注和点赞;如果您有任何建议也可留言评论或私信,您的支持是我坚持创作的动力。关注『 Tom弹架构 』可获取更多技术干货!