物件池模式（Object Pool Pattern）

本文節選自《設計模式就該這樣學》

1　物件池模式的定義

物件池模式（Object Pool Pattern），是建立型設計模式的一種，將物件預先建立並初始化後放入物件池中，物件提供者就能利用已有的物件來處理請求，減少頻繁建立物件所佔用的記憶體空間和初始化時間。 一個物件池包含一組已經初始化並且可以使用的物件，可以在有需求時建立和銷燬物件。物件池的使用者可以從池子中取得物件，對其進行操作處理，並在不需要時歸還給池子而非直接銷燬。物件池是一個特殊的工廠物件，物件池模式就是單例模式加享元模式。

2　物件池模式的應用場景

物件池模式主要適用於以下應用場景。

（1）資源受限的場景。比如，不需要可伸縮性的環境（CPU\記憶體等物理資源有限），CPU效能不夠強勁，記憶體比較緊張，垃圾收集，記憶體抖動會造成比較大的影響，需要提高記憶體管理效率， 響應性比吞吐量更為重要。

（2）在記憶體中數量受限的物件。

（3）建立成本高的物件，可以考慮池化。

補充：常見的使用物件池的場景有在使用Socket時的各種連線池、執行緒池、資料庫連線池等。

3　物件池模式的UML類圖

物件池模式的UML類圖如下圖所示。

由上圖可以看到，物件池模式主要包含3個角色。

（1）物件池（ObjectPool）：持有物件並提供取/還等方法。

（2）抽象池化物件（PooledObject）：對池中物件的抽象。

（3）具體池化物件（ConcretePoolObject）：對池中物件的封裝，封裝物件的狀態和一些其他資訊。

4　物件池模式的通用寫法

以下是物件池模式的通用寫法。

```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();
}

//抽象物件
interface IPooledObject {
    void operation();
}
//具體物件
static class ConcretePoolObject implements IPooledObject {
    public void operation() {
        System.out.println("doing");
    }
}

//物件池
static class ObjectPool {
    private int step = 10;                      //當物件不夠用的時候，每次擴容的數量
    private int minCount;
    private int maxCount;
    private Vector<IPooledObject> returneds;    //儲存未借出的物件
    private Vector<IPooledObject> borroweds;    //儲存已被借出的物件

    //初始化物件池
    public ObjectPool(int minCount,int maxCount){
        borroweds = new Vector<IPooledObject>();
        returneds = new Vector<IPooledObject>();

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

        refresh(this.minCount);
    }

    //因為內部狀態具備不變性，所以作為快取的鍵
    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{
            //計算出剩餘可建立的物件數
            int count = (maxCount - minCount);
            //剩餘可建立的數量大於單次固定建立的物件數
            //則再初始化一批固定數量的物件
            refresh(count > step ? step : count);
        }
        return next;
    }

    //不需要使用的物件歸還重複利用
    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());
        }
    }
}

}

```

物件池模式和享元模式的最大區別在於，物件池模式中會多一個回收物件重複利用的方法。所以，物件池模式應該是享元模式更加具體的一個應用場景。相當於先將物件從物件池中借出，用完之後再還回去，以此保證有限資源的重複利用。

5　物件池模式的優缺點

5.1 優點

複用池中物件，消除建立物件、回收物件所產生的記憶體開銷、CPU開銷，以及跨網路產生的網路開銷。

5.2 缺點

（1）增加了分配/釋放物件的開銷。

（2）在併發環境中，多個執行緒可能（同時）需要獲取池中物件，進而需要在堆資料結構上進行同步或者因為鎖競爭而產生阻塞，這種開銷要比建立銷燬物件的開銷高數百倍。

（3）由於池中物件的數量有限，勢必成為一個可伸縮性瓶頸。

（4）很難合理設定物件池的大小，如果太小，則起不到作用；如果過大，則佔用記憶體資源高。 關注『 Tom彈架構 』回覆“設計模式”可獲取完整原始碼。

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