对象池模式（Object Pool Pattern）
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());
}
}
}
}
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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