詳解Java中對象池的介紹與使用

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1. 什麼是對象池

對象池，顧名思義就是一定數量的已經創建好的對象(Object)的集合。當需要創建對象時，先在池子中獲取，如果池子中沒有符合條件的對象，再進行創建新對象，同樣，當對象需要銷毀時，不做真正的銷毀，而是將其setActive(false)，並存入池子中。這樣就避免瞭大量對象的創建。

2. 對象池解決什麼問題

減少頻繁創建和銷毀對象帶來的成本，實現對象的緩存和復用，創建對象的成本比較大，並且創建比較頻繁。比如線程的創建代價比較大，於是就有瞭常用的線程 池。對象池（模式）是一種創建型設計模式，它持有一個初始化好的對象的集合，將對象提供給調用者。

一般而言對於 創建對象的成本比較大，並且創建比較頻繁。比如線程的創建代價比較大，於是就有瞭常用的線程池。

3. 對象池的優缺點

3.1 對象池的優點

提升瞭t獲取對象的響應速度，比如單個線程和資源連接的創建成本都比較大。

運用對象池化技術可以顯著地提升性能，尤其是當對象的初始化過程代價較大或者頻率較高時。

一定程度上減少瞭GC的壓力。對於實時性要求較高的程序有很大的幫助

比如說 http 鏈接的對象池，Redis對象池等等都使用瞭對象池

3.2 對象池弊端

1.臟對象的問題

所謂的臟對象就是指的是當對象被放回對象池後，還保留著剛剛被客戶端調用時生成的數據。

臟對象可能帶來兩個問題：

1）.臟對象持有上次使用的引用，導致內存泄漏等問題。

2). 臟對象如果下一次使用時沒有做清理，可能影響程序的處理數據。

2.生命周期的問題

處於對象池中的對象生命周期要比普通的對象要長久。維持大量的對象也是比較占用內存空間的。

4. 對象池有什麼特征

一般來說，對象池有下面幾個特征：

（1）對象池中有一定數量已經創建好的對象

（2）對象池向用戶提供獲取對象的接口，當用戶需要新的對象時，便可通過調用此接口獲取新的對象。如果對象池中有事先創建好的對象時，就直接返回給用 戶；如果沒有瞭，對象池還可以創建新的對象加入其中，然後返回給用戶

（3）對象池向用戶提供歸還對象的接口，當用戶不再使用某對象時，便可通過此接口把該對象歸還給對象池

5. 池的大小選擇

通常情況下，我們需要控制對象池的大小如果對象池沒有限制，可能導致對象池持有過多的閑置對象，增加內存的占用。如果對象池閑置過小，沒有可用的對象時，會造成之前對象池無可用的對象時，再次請求出現的問題。

對象池的大小選取應該結合具體的使用場景，結合數據（觸發池中無可用對象的頻率）分析來確定。現在Java的對象分配操作不比c語言的malloc調用慢, 對於輕中量級的對象, 分配/釋放對象的開銷可以忽略不計，並發環境中, 多個線程可能(同時)需要獲取池中對象, 進而需要在堆數據結構上進行同步或者因為鎖競爭而產生阻塞, 這種開銷要比創建銷毀對象的開銷高數百倍;由於池中對象的數量有限, 勢必成為一個可伸縮性瓶頸;很難正確的設定對象池的大小, 如果太小則起不到作用, 如果過大, 則占用內存資源高。

空間換時間的折中,本質上，對象池屬於空間換時間的折中。它通過緩存初始化好的對象來提升調用者請求對象的響應速度。除此之外，折中（tradeoff）是軟件開發中的一個重要的概念，會貫穿整個軟件開發過程中。

6. 對象池的使用

6.1 接入

 <dependency>
      <groupId>org.apache.commons</groupId>
      <artifactId>commons-pool2</artifactId>
    </dependency>

6.2 實現線程池工廠

import com.scl.online.service.model.SxInferContext;
import org.apache.commons.pool2.PooledObject;
import org.apache.commons.pool2.PooledObjectFactory;
import org.apache.commons.pool2.impl.DefaultPooledObject;

 /**
 * 實現PooledObjectFactory 
 * 
 * @author : cuilinsu
 * @since : 2021/4/14 17:56
 */
public class InferContextPooledObjectFactory implements PooledObjectFactory<SxInferContext> {

  @Override
  public PooledObject<SxInferContext> makeObject() {
    SxInferContext inferContext = new SxInferContext();
    return new DefaultPooledObject<>(inferContext);
  }

  @Override
  public void destroyObject(PooledObject<SxInferContext> pooledObject) {

  }

  @Override
  public boolean validateObject(PooledObject<SxInferContext> pooledObject) {
    return true;
  }

  @Override
  public void activateObject(PooledObject<SxInferContext> pooledObject) {
    pooledObject.getObject().initObject();
  }

  @Override
  public void passivateObject(PooledObject<SxInferContext> pooledObject) {
    // 當ObjectPool實例返還池中的時候調用
    pooledObject.getObject().initObject();
  }
}

說明：

1.SxInferContext：為對象池裡頭的對象，對象借還都會調用到PooledObjectFactory裡頭的方法

2.PooledObjectFactory負責管理PooledObject，如：借出對象，返回對象，校驗對象，有多少激活對象，有多少空閑對象。

方法 描述
makeObject 用於生成一個新的ObjectPool實例
activateObject 每一個鈍化（passivated）的ObjectPool實例從池中借出（borrowed）前調用
validateObject 可能用於從池中借出對象時，對處於激活（activated）狀態的ObjectPool實例進行測試確保它是有效的。也有可能在ObjectPool實例返還池中進行鈍化前調用進行測試是否有效。它隻對處於激活狀態的實例調用
passivateObject 當ObjectPool實例返還池中的時候調用
destroyObject 當ObjectPool實例從池中被清理出去丟棄的時候調用（是否根據validateObject的測試結果由具體的實現在而定）

6.3 初始化

public GenericObjectPool<SxInferContext> contextPools;

@PostConstruct
  public void init() {
    if (sxInferConfig.isObjectPoolUsable()) {
      InferContextPooledObjectFactory factory = new InferContextPooledObjectFactory();
      //設置對象池的相關參數
      GenericObjectPoolConfig poolConfig = initConfig();
      //新建一個對象池,傳入對象工廠和配置
      contextPools = new GenericObjectPool<>(factory, poolConfig);
    }
  }


   /**
   \* 池子初始化
   *
   \* @param
   */
  public GenericObjectPoolConfig initConfig() {
    GenericObjectPoolConfig cfg = new GenericObjectPoolConfig();
    cfg.setJmxNamePrefix("objectPool");
    //  對象總數
    cfg.setMaxTotal(sxInferConfig.getPoolMaxTotal());
    // 最大空閑對象數
    cfg.setMaxIdle(sxInferConfig.getPoolMaxIdle());
    // 最小空閑對象數
    cfg.setMinIdle(sxInferConfig.getPoolMinIdle());
    // 借對象阻塞最大等待時間
    // 獲取資源的等待時間。blockWhenExhausted 為 true 時有效。-1 代表無時間限制，一直阻塞直到有可用的資源
    cfg.setMaxWaitMillis(sxInferConfig.getPoolMaxWait());
    // 最小驅逐空閑時間
    cfg.setMinEvictableIdleTimeMillis(sxInferConfig.getPoolMinEvictableIdleTimeMillis());
    // 每次驅逐數量  資源回收線程執行一次回收操作，回收資源的數量。默認 3
    cfg.setNumTestsPerEvictionRun(sxInferConfig.getPoolNumTestsPerEvictionRun());
    // 回收資源線程的執行周期，默認 -1 表示不啟用回收資源線程
    cfg.setTimeBetweenEvictionRunsMillis(sxInferConfig.getPoolTimeBetweenEvictionRunsMillis());
    // 資源耗盡時，是否阻塞等待獲取資源，默認 true
    cfg.setBlockWhenExhausted(sxInferConfig.isPoolBlockWhenExhausted());
    return cfg;
  }

6.4 使用

contextPools.borrowObject();
contextPools.returnObject();
等等 ….

說明：cfg.setJmxNamePrefix(“objectPool”); 假如項目中有用到redis線程池，則需要配置一下JmxNamePrefix。redis線程池使用的是“pool”,假如有重復的，早調用線程池是時，就默認會調用到Redis線程池的PooledObjectFactory（假如redis線程池使用默認的話），導致配置的線程池不生效。

GenericObjectPool 方法解釋：

方法 描述
borrowObject 從池中借出一個對象。要麼調用PooledObjectFactory.makeObject方法創建，要麼對一個空閑對象使用PooledObjectFactory.activeObject進行激活，然後使用PooledObjectFactory.validateObject方法進行驗證後再返回
returnObject 將一個對象返還給池。根據約定：對象必須 是使用borrowObject方法從池中借出的
invalidateObject 廢棄一個對象。根據約定：對象必須 是使用borrowObject方法從池中借出的。通常在對象發生瞭異常或其他問題時使用此方法廢棄它
addObject 使用工廠創建一個對象，鈍化並且將它放入空閑對象池
getNumberIdle 返回池中空閑的對象數量。有可能是池中可供借出對象的近似值。如果這個信息無效，返回一個負數
getNumActive 返回從借出的對象數量。如果這個信息不可用，返回一個負數
clear 清除池中的所有空閑對象，釋放其關聯的資源（可選）。清除空閑對象必須使用PooledObjectFactory.destroyObject方法
close 關閉池並釋放關聯的資源

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