设计模式之美：Object Pool（对象池）
索引
意图
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。
Object pooling can offer a significant performance boost; it is most effective in situations where the cost of initializing a class instance is high, the rate of instantiation of a class is high.
结构
参与者
Reusable
- 类的实例与其他对象进行有限时间的交互。
ReusablePool
- 管理类的实例。
Client
- 使用类的实例。
适用性
当以下情况成立时可以使用 Object Pool 模式：
- 类的实例可重用于交互。
- 类的实例化过程开销较大。
- 类的实例化的频率较高。
- 类参与交互的时间周期有限。
效果
- 节省了创建类的实例的开销。
- 节省了创建类的实例的时间。
- 存储空间随着对象的增多而增大。
相关模式
- 通常，可以使用 Singleton 模式实现 ReusablePool 类。
- Factory Method 模式封装了对象的创建的过程，但其不负责管理对象。Object Pool 负责管理对象。
实现
实现方式（一）：实现 DatabaseConnectionPool 类。
如果 Client 调用 ObjectPool 的 AcquireReusable() 方法来获取 Reusable 对象，当在 ObjectPool 中存在可用的 Reusable 对象时，其将一个 Reusable 从池中移除，然后返回该对象。如果池为空，则 ObjectPool 会创建一个新的 Reusable 对象。
1 namespace ObjectPoolPattern.Implementation1
2 {
3 public abstract class ObjectPool<T>
4 {
5 private TimeSpan _expirationTime;
6 private Dictionary<T, DateTime> _unlocked;
7 private Dictionary<T, DateTime> _locked;
8 private readonly object _sync = new object();
9
10 public ObjectPool()
11 {
12 _expirationTime = TimeSpan.FromSeconds(30);
13 _locked = new Dictionary<T, DateTime>();
14 _unlocked = new Dictionary<T, DateTime>();
15 }
16
17 public ObjectPool(TimeSpan expirationTime)
18 : this()
19 {
20 _expirationTime = expirationTime;
21 }
22
23 protected abstract T Create();
24
25 public abstract bool Validate(T reusable);
26
27 public abstract void Expire(T reusable);
28
29 public T CheckOut()
30 {
31 lock (_sync)
32 {
33 T reusable = default(T);
34
35 if (_unlocked.Count > 0)
36 {
37 foreach (var item in _unlocked)
38 {
39 if ((DateTime.UtcNow - item.Value) > _expirationTime)
40 {
41 // object has expired
42 _unlocked.Remove(item.Key);
43 Expire(item.Key);
44 }
45 else
46 {
47 if (Validate(item.Key))
48 {
49 // find a reusable object
50 _unlocked.Remove(item.Key);
51 _locked.Add(item.Key, DateTime.UtcNow);
52 reusable = item.Key;
53 break;
54 }
55 else
56 {
57 // object failed validation
58 _unlocked.Remove(item.Key);
59 Expire(item.Key);
60 }
61 }
62 }
63 }
64
65 // no object available, create a new one
66 if (reusable == null)
67 {
68 reusable = Create();
69 _locked.Add(reusable, DateTime.UtcNow);
70 }
71
72 return reusable;
73 }
74 }
75
76 public void CheckIn(T reusable)
77 {
78 lock (_sync)
79 {
80 _locked.Remove(reusable);
81 _unlocked.Add(reusable, DateTime.UtcNow);
82 }
83 }
84 }
85
86 public class DatabaseConnection : IDisposable
87 {
88 // do some heavy works
89 public DatabaseConnection(string connectionString)
90 {
91 }
92
93 public bool IsOpen { get; set; }
94
95 // release something
96 public void Dispose()
97 {
98 }
99 }
100
101 public class DatabaseConnectionPool : ObjectPool<DatabaseConnection>
102 {
103 private string _connectionString;
104
105 public DatabaseConnectionPool(string connectionString)
106 : base(TimeSpan.FromMinutes(1))
107 {
108 this._connectionString = connectionString;
109 }
110
111 protected override DatabaseConnection Create()
112 {
113 return new DatabaseConnection(_connectionString);
114 }
115
116 public override void Expire(DatabaseConnection connection)
117 {
118 connection.Dispose();
119 }
120
121 public override bool Validate(DatabaseConnection connection)
122 {
123 return connection.IsOpen;
124 }
125 }
126
127 public class Client
128 {
129 public static void TestCase1()
130 {
131 // Create the ConnectionPool:
132 DatabaseConnectionPool pool = new DatabaseConnectionPool(
133 "Data Source=DENNIS;Initial Catalog=TESTDB;Integrated Security=True;");
134
135 // Get a connection:
136 DatabaseConnection connection = pool.CheckOut();
137
138 // Use the connection
139
140 // Return the connection:
141 pool.CheckIn(connection);
142 }
143 }
144 }
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