Java 手寫通用對象池：基於信號量與 Singleton 的線程安全實現

對象池透過復用昂貴對象（數據庫連接、線程、大對象）降低 GC 壓力與創建開銷。本文實現一個輕量級、線程安全、泛型通用的對象池，採用 ObjectUnit（單類型池）+ Provider（Singleton 目錄表）雙層架構。

核心設計

ObjectUnit<T>：單類型對象容器

• 雙列表：items 存對象，checkedOut 標記借用狀態。
• 信號量 semaphore：當前借出數，semaphore < items.size() 表示有空閒對象。
• 所有公共方法 synchronized 保證線程安全。

public synchronized T checkOut() {
    if (semaphore < items.size()) { // 有空閒
        semaphore++;
        return getItem(); // 尋找第一個未借出
    }
    return addItem(); // 池滿，創建新對象
}

public synchronized void checkIn(T x) {
    if (releaseItem(x)) semaphore--; // 歸還成功遞減
}

Provider：全局 Singleton 目錄表

• ConcurrentHashMap<Class<?>, ObjectUnit<?>> 存儲各類型池。
• 雙重檢查鎖實現懶漢式 Singleton。
• getObj(Class<T>) / renObj(T) 統一入口，內部委派給 ObjectUnit。

public <T> T getObj(Class<T> key) {
    ObjectUnit<?> unit = providers.get(key);
    if (unit != null) return (T) unit.checkOut();
    unit = new ObjectUnit<>(key);
    providers.put(key, unit);
    return (T) unit.addItem(); // 首次創建並直接借出
}

泛型擦除妥協： Map 使用 <?>，取出時需 @SuppressWarnings("unchecked") 強轉，屬無損運行時安全的編譯期妥協。

// 獲取連接池
Connection conn = Provider.getInstance().getObj(Connection.class);
try { ... } finally {
    Provider.getInstance().renObj(conn); // 必須歸還
}