详解Java中对象池的介绍与使用

来源：jb51　　时间：2023/2/22 15:20:44　　对本文有异议

1. 什么是对象池

对象池，顾名思义就是一定数量的已经创建好的对象(Object)的集合。当需要创建对象时，先在池子中获取，如果池子中没有符合条件的对象，再进行创建新对象，同样，当对象需要销毁时，不做真正的销毁，而是将其setActive(false)，并存入池子中。这样就避免了大量对象的创建。

2. 对象池解决什么问题

减少频繁创建和销毁对象带来的成本，实现对象的缓存和复用，创建对象的成本比较大，并且创建比较频繁。比如线程的创建代价比较大，于是就有了常用的线程池。对象池（模式）是一种创建型设计模式，它持有一个初始化好的对象的集合，将对象提供给调用者。

一般而言对于创建对象的成本比较大，并且创建比较频繁。比如线程的创建代价比较大，于是就有了常用的线程池。

3. 对象池的优缺点

3.1 对象池的优点

提升了t获取对象的响应速度，比如单个线程和资源连接的创建成本都比较大。

运用对象池化技术可以显著地提升性能，尤其是当对象的初始化过程代价较大或者频率较高时。

一定程度上减少了GC的压力。对于实时性要求较高的程序有很大的帮助

比如说 http 链接的对象池，Redis对象池等等都使用了对象池

3.2 对象池弊端

1.脏对象的问题

所谓的脏对象就是指的是当对象被放回对象池后，还保留着刚刚被客户端调用时生成的数据。

脏对象可能带来两个问题：

1）.脏对象持有上次使用的引用，导致内存泄漏等问题。

2). 脏对象如果下一次使用时没有做清理，可能影响程序的处理数据。

2.生命周期的问题

处于对象池中的对象生命周期要比普通的对象要长久。维持大量的对象也是比较占用内存空间的。

4. 对象池有什么特征

一般来说，对象池有下面几个特征：

（1）对象池中有一定数量已经创建好的对象

（2）对象池向用户提供获取对象的接口，当用户需要新的对象时，便可通过调用此接口获取新的对象。如果对象池中有事先创建好的对象时，就直接返回给用户；如果没有了，对象池还可以创建新的对象加入其中，然后返回给用户

（3）对象池向用户提供归还对象的接口，当用户不再使用某对象时，便可通过此接口把该对象归还给对象池

5. 池的大小选择

通常情况下，我们需要控制对象池的大小如果对象池没有限制，可能导致对象池持有过多的闲置对象，增加内存的占用。如果对象池闲置过小，没有可用的对象时，会造成之前对象池无可用的对象时，再次请求出现的问题。

对象池的大小选取应该结合具体的使用场景，结合数据（触发池中无可用对象的频率）分析来确定。现在Java的对象分配操作不比c语言的malloc调用慢, 对于轻中量级的对象, 分配/释放对象的开销可以忽略不计，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;由于池中对象的数量有限, 势必成为一个可伸缩性瓶颈;很难正确的设定对象池的大小, 如果太小则起不到作用, 如果过大, 则占用内存资源高。

空间换时间的折中,本质上，对象池属于空间换时间的折中。它通过缓存初始化好的对象来提升调用者请求对象的响应速度。除此之外，折中（tradeoff）是软件开发中的一个重要的概念，会贯穿整个软件开发过程中。

6. 对象池的使用

6.1 接入

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

6.2 实现线程池工厂

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;
 
 /**
 * 实现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) {
    // 当ObjectPool实例返还池中的时候调用
    pooledObject.getObject().initObject();
  }
}

说明：

1.SxInferContext：为对象池里头的对象，对象借还都会调用到PooledObjectFactory里头的方法

2.PooledObjectFactory负责管理PooledObject，如：借出对象，返回对象，校验对象，有多少激活对象，有多少空闲对象。

方法	描述
makeObject	用于生成一个新的ObjectPool实例
activateObject	每一个钝化（passivated）的ObjectPool实例从池中借出（borrowed）前调用
validateObject	可能用于从池中借出对象时，对处于激活（activated）状态的ObjectPool实例进行测试确保它是有效的。也有可能在ObjectPool实例返还池中进行钝化前调用进行测试是否有效。它只对处于激活状态的实例调用
passivateObject	当ObjectPool实例返还池中的时候调用
destroyObject	当ObjectPool实例从池中被清理出去丢弃的时候调用（是否根据validateObject的测试结果由具体的实现在而定）

6.3 初始化

public GenericObjectPool<SxInferContext> contextPools;
 
@PostConstruct
  public void init() {
    if (sxInferConfig.isObjectPoolUsable()) {
      InferContextPooledObjectFactory factory = new InferContextPooledObjectFactory();
      //设置对象池的相关参数
      GenericObjectPoolConfig poolConfig = initConfig();
      //新建一个对象池,传入对象工厂和配置
      contextPools = new GenericObjectPool<>(factory, poolConfig);
    }
  }
 
 
   /**
   \* 池子初始化
   *
   \* @param
   */
  public GenericObjectPoolConfig initConfig() {
    GenericObjectPoolConfig cfg = new GenericObjectPoolConfig();
    cfg.setJmxNamePrefix("objectPool");
    //  对象总数
    cfg.setMaxTotal(sxInferConfig.getPoolMaxTotal());
    // 最大空闲对象数
    cfg.setMaxIdle(sxInferConfig.getPoolMaxIdle());
    // 最小空闲对象数
    cfg.setMinIdle(sxInferConfig.getPoolMinIdle());
    // 借对象阻塞最大等待时间
    // 获取资源的等待时间。blockWhenExhausted 为 true 时有效。-1 代表无时间限制，一直阻塞直到有可用的资源
    cfg.setMaxWaitMillis(sxInferConfig.getPoolMaxWait());
    // 最小驱逐空闲时间
    cfg.setMinEvictableIdleTimeMillis(sxInferConfig.getPoolMinEvictableIdleTimeMillis());
    // 每次驱逐数量  资源回收线程执行一次回收操作，回收资源的数量。默认 3
    cfg.setNumTestsPerEvictionRun(sxInferConfig.getPoolNumTestsPerEvictionRun());
    // 回收资源线程的执行周期，默认 -1 表示不启用回收资源线程
    cfg.setTimeBetweenEvictionRunsMillis(sxInferConfig.getPoolTimeBetweenEvictionRunsMillis());
    // 资源耗尽时，是否阻塞等待获取资源，默认 true
    cfg.setBlockWhenExhausted(sxInferConfig.isPoolBlockWhenExhausted());
    return cfg;
  }

6.4 使用

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

说明：cfg.setJmxNamePrefix(“objectPool”); 假如项目中有用到redis线程池，则需要配置一下JmxNamePrefix。redis线程池使用的是“pool”,假如有重复的，早调用线程池是时，就默认会调用到Redis线程池的PooledObjectFactory（假如redis线程池使用默认的话），导致配置的线程池不生效。

GenericObjectPool 方法解释：

方法	描述
borrowObject	从池中借出一个对象。要么调用PooledObjectFactory.makeObject方法创建，要么对一个空闲对象使用PooledObjectFactory.activeObject进行激活，然后使用PooledObjectFactory.validateObject方法进行验证后再返回
returnObject	将一个对象返还给池。根据约定：对象必须是使用borrowObject方法从池中借出的
invalidateObject	废弃一个对象。根据约定：对象必须是使用borrowObject方法从池中借出的。通常在对象发生了异常或其他问题时使用此方法废弃它
addObject	使用工厂创建一个对象，钝化并且将它放入空闲对象池
getNumberIdle	返回池中空闲的对象数量。有可能是池中可供借出对象的近似值。如果这个信息无效，返回一个负数
getNumActive	返回从借出的对象数量。如果这个信息不可用，返回一个负数
clear	清除池中的所有空闲对象，释放其关联的资源（可选）。清除空闲对象必须使用PooledObjectFactory.destroyObject方法
close	关闭池并释放关联的资源