设计模式 对象池疑问 为什么频繁创建和销毁会影响性能

博客主要探讨频繁创建销毁对象影响性能的原因。创建对象申请内存、销毁对象回收内存都会占用CPU资源,减少CPU做其他有效工作的时间。还介绍了C#中new操作符和CLR的GC过程,以及C++中new和delete操作的内存管理情况。

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基本的就不介绍了
都知道是减少创建和销毁,提高性能

为什么频繁创建销毁影响性能

百度半天都没有说清楚,也可能是说了但我没理解到

想明白了,就是浪费时间资源的问题
CPU资源宝贵,创建销毁会占用CPU的资源,减少CPU做其他有效工作的时间。
面试被问到半天没反应过来。我当时只记得有额外信息,忘了内存分配,CPU这些

创建对象,申请内存,会占用CPU资源

《CLR via C#》(第4版)第448页

C#的new操作符导致CLR执行以下步骤:
1.计算类型的字段(以及从基类型继承的字段)所需的字节数。

2.加上对象的开销所需的字节数。类型对象指针和同步块索引,在32位应用程序下,二者都要32位,所以每个对象要增加8字节;在64位应用程序下,二者都要64位,所以每个对象要增加16字节。

3.CLR检查区域中是否有分配对象所需的字节数。如果有,在NextObjPtr指针指向的地址处放入对象,为对象分配的字节会被清零。接着调用类型的构造器,new操作符返回对象引用。返回前NextObjPtr会更新,指向下一个对象放入托管堆时的地址。

销毁对象,回收内存,会占用CPU资源

第449页

CLR使用引用跟踪算法。只关心引用类型的变量,因为只有它们才能引用托管堆上面的对象。所有引用类型的变都量称为根。

CLR开始GC时,首先暂停进程中的所有线程,这样防止线程在CLR在检查期间访问对象并更改其状态。
然后进入GC的标记阶段,CLR遍历堆中的所有对象,将同步块索引字段中的一位设为0。这表明所有对象都应删除。然后CLR检查所有活动根,查看他们引用了哪些对象。这正是引用跟踪GC名称的由来。如果一个根包含null,CLR略过它检查下一个。

任何根如果引用了托管堆上的对象,CLR都会标记那个对象,也就是说将该对象的同步索引块的位设为1。一个对象被标记后,CLR会检查那个对象中的根,标记它们引用的对象。如果发现对象已经标记,就不重新检查对象的字段。这就避免了因为循环引用而产生死循环。

然后进入GC的压缩(compact)阶段。compact以前翻译为碎片整理。CLR对堆中已标记的对象进行压缩,使它们内存位置改变,变成连续的,紧凑的,恢复了引用的“局部化”,减小了应用程序的工作集,从而提高了将来访问这些对象时的性能。压缩意味着托管堆解决了本机(原生)堆的空间碎片化问题。

没有GC的语言回收内存是怎么做的呢

C++中delete和new的所需要的时间,哪个高,为什么 - 开源中国 https://www.oschina.net/question/253717_75423
明月照大江 2012/10/20 05:49
我从《现代操作系统》来看,new分配内存的时候,操作系统从管理内存的链表(先这么定吧)从拿出一块符合要求大小的内存来(不管是最佳适配还是首次适配)最差也是扫描一遍管理内存的链表,而delete操作归还内存空间的时候,还要去寻找和这个被释放的内存地址相近的内存空间,判断他们是否也是空闲的,如果是空闲的还要将他们进行合并,合并成一块连续的空闲空间。为了保证能够充分的利用内存空间,确保在内存分配的时候能快速的找出一个合理的空间,那么在删除的时候是要多花一点时间的。不知道我这个解释对不对。

这似乎又涉及到操作系统,基本全忘了,有空复习
申请内存要CPU计算,回收也要计算,难怪影响性能。

<think>好的,用户现在想了解单例模式在设计模式中的意义用途。我需要先回顾之前的对话,确保回答的一致性连贯性。用户之前询问了C++运算符重载的意义,现在转向设计模式中的单例模式,可能是在学习设计模式的基础知识,或者是在项目中遇到了相关问题。 首先,用户的当前问题明确:单例模式的意义用途。我需要结合提供的四个引用内容来组织回答。引用12提到了单例模式的核心定义,即确保一个类只有一个实例,并提供全局访问点。引用34分别讨论了饿汉模式懒汉模式,以及JavaScript中的单例实现。 接下来,我需要确定回答的结构。根据用户之前的回答格式,他们喜欢分点阐述,清晰的结构,比如基本概念、核心意义、应用场景、实现方式、注意事项等。同时,用户希望生成相关问题,所以最后要添加相关问题部分。 需要注意引用来源的标注。用户提供的引用[1]到[4]需要适当融入回答中,但不要直接复制,而是用自己的话总结,并在适当位置添加引用标记。例如,引用[1][2]都提到了单例模式的应用场景,如任务管理器,文件操作,这些可以作为例子。引用[3]中的饿汉模式懒汉模式需要解释,但用户可能不需要代码示例,不过可能还是需要简要说明两者的区别。引用[4]提到JavaScript中的全局变量作为单例的例子,这一点可以作为不同语言中的实现方式来提及。 用户可能的需求是理解单例模式为什么重要,何时使用它,以及如何正确应用。需要强调单例模式解决的问题:控制实例数量,避免资源浪费,保证一致性。同时,要提到可能的误用,比如过度使用导致全局状态难以管理,或者引入不必要的耦合。 在组织内容时,可能需要分几个部分:定义、意义、应用场景、实现方式、注意事项。每个部分下用简洁的条目,配合例子引用。例如,在应用场景中可以举数据库连接池、配置管理、日志记录器等例子,引用[2]中的任务管理器。在实现方式中区分饿汉懒汉,引用[3]的代码示例。 需要确保语言口语化,避免过于技术化的术语,但保持专业性。同时,检查是否有必要添加更多例子,帮助用户理解。比如,引用[4]的JavaScript例子,可以说明单例在不同语言中的普遍性。 最后,生成的相关问题要针对用户可能进一步想了解的内容,比如如何实现线程安全的单例,单例模式的优缺点,与其他设计模式的对比等。确保问题覆盖用户可能的后续疑问。 总结步骤: 1. 定义单例模式,引用提供的资料。 2. 阐述其核心意义,如资源控制、全局访问。 3. 应用场景,结合例子。 4. 实现方式,区分饿汉懒汉。 5. 注意事项,如线程安全、过度使用的问题。 6. 相关问题部分,生成四个相关问题。</think>### 单例模式的意义与用途 #### 一、基本定义 单例模式(Singleton Pattern)是设计模式中的 **创建型模式**,其核心目标是 **确保一个类仅有一个实例**,并提供该实例的 **全局访问点**。这一设计模式通过限制类的实例化次数,避免重复创建对象,从而优化资源使用并保证系统行为的一致性[^1][^2]。 --- #### 二、核心意义 1. **资源控制与效率优化** 单例模式通过单一实例减少重复对象创建,节省内存计算资源。例如,数据库连接池若频繁创建销毁连接会极大降低性能,单例模式可统一管理连接[^2]。 2. **全局唯一性保证** 某些场景需要严格限制实例数量,如任务管理器、日志记录器或配置管理器。单例模式确保这些关键组件全局唯一,避免多实例导致的数据冲突或状态混乱[^1][^4]。 3. **简化全局访问** 通过静态方法(如 `getInstance()`)提供全局访问入口,无需依赖对象传递,降低代码耦合度。例如,配置参数可在任何模块中直接调用 `ConfigManager.getInstance()` 获取[^3]。 --- #### 三、典型应用场景 1. **共享资源管理** - 数据库连接池、线程池等需全局共享的资源[^2]。 - 文件系统操作(如同一时间仅允许一个进程写入文件)。 2. **配置与状态管理** - 应用程序的全局配置(如主题、语言设置)。 - 用户登录状态或权限管理。 3. **工具类与公共服务** - 日志记录器(所有模块共享同一日志实例)。 - 缓存服务(统一管理缓存策略)。 --- #### 四、实现方式与示例 单例模式主要有两种实现思路: 1. **饿汉模式(Eager Initialization)** 在类加载时直接创建实例,线程安全但可能提前占用资源。 ```java public class Singleton { private static final Singleton instance = new Singleton(); private Singleton() {} // 私有构造方法 public static Singleton getInstance() { return instance; } } ``` **适用场景**:实例创建简单且程序启动后需立即使用[^3]。 2. **懒汉模式(Lazy Initialization)** 延迟实例化,首次调用 `getInstance()` 时创建对象,需处理多线程安全问题。 ```java public class Singleton { private static Singleton instance; private Singleton() {} public static synchronized Singleton getInstance() { if (instance == null) { instance = new Singleton(); } return instance; } } ``` **适用场景**:实例初始化耗时或资源敏感的场景[^3]。 3. **其他变体** - 双重检查锁(Double-Checked Locking):优化懒汉模式的性能。 - 静态内部类:结合饿汉模式的线程安全与懒加载特性。 - 枚举单例:Java 中防止反射攻击的推荐方式。 --- #### 五、注意事项 1. **线程安全** 多线程环境下需通过同步机制(如 `synchronized`)或原子操作确保唯一性。 2. **避免过度使用** 单例模式本质是全局状态,滥用可能导致代码耦合度高、测试困难。 3. **防止反射与序列化破坏** 某些语言(如 Java)需额外处理反射调用构造方法或序列化生成新实例的问题。 4. **跨语言特性** 单例模式在不同语言中实现方式不同。例如,JavaScript 中全局变量 `let config = {}` 可视为单例[^4]。 --- ### 总结 单例模式通过 **控制实例数量** **提供统一访问入口**,解决了资源共享、全局状态管理等核心问题。它在系统关键组件中扮演重要角色,但需谨慎使用以避免设计僵化。 --- ### 相关问题 1. 如何实现线程安全的懒汉模式(Lazy Initialization)? 2. 单例模式在分布式系统中是否仍然有效? 3. 单例模式与静态类的区别是什么? 4. 为什么枚举单例在 Java 中被认为是安全的? [^1]: 单例模式的定义与典型应用场景 [^2]: 单例模式在资源管理中的作用 [^3]: 饿汉模式与懒汉模式的实现对比 [^4]: JavaScript 中的单例模式实现
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