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对象池模式(Object Pool Pattern)

作者:Tom弹架构
  • 2021 年 11 月 25 日
  • 本文字数:2286 字

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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。



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。



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()); } } }}
复制代码


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。

6 对象池模式的缺点


(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。


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不只做一个技术者,更要做一个思考者 2021.10.22 加入

畅销书作者,代表作品:《Spring 5核心原理》、《Netty 4核心原理》、《设计模式就该这样学》

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