Apache commons-pool对象池原理分析

客官°小女子只卖身不卖艺 2022-06-13 03:08 214阅读 0赞

** Apache commons-pool**本质上是"对象池",即通过一定的规则来维护对象集合的容器;commos-pool在很多场景中,用来实现"连接池"/"任务worker池"等,大家常用的dbcp[数据库][Link 1]连接池,也是基于commons-pool实现.

commons-pool实现思想非常简单,它主要的作用就是将"对象集合"池化,任何通过pool进行对象存取的操作,都会严格按照"pool配置"(比如池的大小)实时的创建对象/阻塞控制/销毁对象等.它在一定程度上,实现了对象集合的管理以及对象的分发.

1) 将创建对象的方式,使用工厂模式;

2) 通过"pool配置"来约束对象存取的时机

3) 将对象列表保存在队列中(LinkedList)

首选需要声明,不同的"对象池"(或者连接池)在设计上可能存在很大的区别,但是在思想上大同小异,本文主要讲解commons-pool,它和其他"连接池"的区别在此不多讨论.

**一.对象生命周期**

![e781608a-8e5f-3ac6-b4da-79db7e1e9cd0.jpg][]

**二.Config详解:**

1.  maxActive: 链接池中最大连接数,默认为8.
2.  maxIdle: 链接池中最大空闲的连接数,默认为8.
3.  minIdle: 连接池中最少空闲的连接数,默认为0.
4.  maxWait: 当连接池资源耗尽时，调用者最大阻塞的时间，超时将跑出异常。单位，毫秒数;默认为-1.表示永不超时.
5.  minEvictableIdleTimeMillis: 连接空闲的最小时间，达到此值后空闲连接将可能会被移除。负值(-1)表示不移除。
6.  softMinEvictableIdleTimeMillis: 连接空闲的最小时间，达到此值后空闲链接将会被移除，且保留“minIdle”个空闲连接数。默认为-1.
7.  numTestsPerEvictionRun: 对于“空闲链接”检测线程而言，每次检测的链接资源的个数。默认为3.
8.  testOnBorrow: 向调用者输出“链接”资源时，是否检测是有有效，如果无效则从连接池中移除，并尝试获取继续获取。默认为false。建议保持默认值.
9.  testOnReturn:  向连接池“归还”链接时，是否检测“链接”对象的有效性。默认为false。建议保持默认值.
10. testWhileIdle:  向调用者输出“链接”对象时，是否检测它的空闲超时；默认为false。如果“链接”空闲超时，将会被移除。建议保持默认值.
11. timeBetweenEvictionRunsMillis:  “空闲链接”检测线程，检测的周期，毫秒数。如果为负值，表示不运行“检测线程”。默认为-1.
12.  whenExhaustedAction: 当“连接池”中active数量达到阀值时，即“链接”资源耗尽时，连接池需要采取的手段, 默认为1：  
     -> 0 : 抛出异常，  
     -> 1 : 阻塞，直到有可用链接资源  
     -> 2 : 强制创建新的链接资源

这些属性均可以在org.apache.commons.pool.impl.GenericObjectPool.Config中进行设定。

**三.原理解析**

***1) 对象池创建(参考GenericObjectPool):***

*  *public GenericObjectPool(PoolableObjectFactory factory, GenericObjectPool.Config config)* :此方法创建一个GenericObjectPool实例,GenericObjectPool类已经实现了和对象池有关的所有核心操作,开发者可以通过继承或者封装的方式来使用它.通过此构造函数,我们能够清晰的看到,一个Pool中需要指定PoolableObjectFactory 实例,以及此对象池的Config信息.PoolableObjectFactory主要用来"创建新对象",比如当对象池中的对象不足时,可以使用PoolableObjectFactory.makeObject()方法来创建对象,并交付给Pool管理.

此构造函数实例化了一个*LinkedList作为"对象池"容器*,用来存取"对象".此外还会根据timeBetweenEvictionRunsMillis的值来决定是否启动一个后台线程,此线程用来周期性扫描pool中的对象列表,已检测"对象池中的对象"空闲(idle)的时间是否达到了阀值,如果是,则移除此对象.

Java代码   ![收藏代码][icon_star.png]

1.  **if** ((getMinEvictableIdleTimeMillis() > 0) &&  
2.          (idleTimeMilis > getMinEvictableIdleTimeMillis())) \{  
3.      removeObject = **true**;  
4.  \}  
5.  ...  
6.  **if** (removeObject) \{  
7.      **try** \{  
8.          \_factory.destroyObject(pair.value);  
9.      \} **catch**(Exception e) \{  
10.         // ignored  
11.     \}  
12. \}

***2) 对象工厂PoolableObjectFactory接口:***

commons-pool通过使用ObjectFactory(工厂模式)的方式将"对象池中的对象"的创建/检测/销毁等特性解耦出来,这是一个非常良好的设计思想.此接口有一个抽象类BasePoolableObjectFactory,可供开发者继承和实现.

*  *Object makeObject()* : 创建一个新对象;当对象池中的对象个数不足时,将会使用此方法来"输出"一个新的"对象",并交付给对象池管理.
 *  *void destroyObject(Object obj)* : 销毁对象,如果对象池中检测到某个"对象"idle的时间超时,或者操作者向对象池"归还对象"时检测到"对象"已经无效,那么此时将会导致"对象销毁";"销毁对象"的操作设计相差甚远,但是必须明确:当调用此方法时,"对象"的生命周期必须结束.如果object是线程,那么此时线程必须退出;如果object是socket操作,那么此时socket必须关闭;如果object是文件流操作,那么此时"数据flush"且正常关闭.
 *  *boolean validateObject(Object obj)* : 检测对象是否"有效";Pool中不能保存无效的"对象",因此"后台检测线程"会周期性的检测Pool中"对象"的有效性,如果对象无效则会导致此对象从Pool中移除,并destroy;此外在调用者从Pool获取一个"对象"时,也会检测"对象"的有效性,确保不能讲"无效"的对象输出给调用者;当调用者使用完毕将"对象归还"到Pool时,仍然会检测对象的有效性.所谓有效性,就是此"对象"的状态是否符合预期,是否可以对调用者直接使用;如果对象是Socket,那么它的有效性就是socket的通道是否畅通/阻塞是否超时等.
 *  *void activateObject(Object obj)* : "激活"对象,当Pool中决定移除一个对象交付给调用者时额外的"激活"操作,比如可以在activateObject方法中"重置"参数列表让调用者使用时感觉像一个"新创建"的对象一样;如果object是一个线程,可以在"激活"操作中重置"线程中断标记",或者让线程从阻塞中唤醒等;如果object是一个socket,那么可以在"激活操作"中刷新通道,或者对socket进行链接重建(假如socket意外关闭)等.
 *  *void void passivateObject(Object obj)* : "钝化"对象,当调用者"归还对象"时,Pool将会"钝化对象";钝化的言外之意,就是此"对象"暂且需要"休息"一下.如果object是一个socket,那么可以passivateObject中清除buffer,将socket阻塞;如果object是一个线程,可以在"钝化"操作中将线程sleep或者将线程中的某个对象wait.需要注意的时,activateObject和passivateObject两个方法需要对应,避免死锁或者"对象"状态的混乱.

*** 3) ObjectPool接口与实现:***

对象池是commons-pool的核心接口,用来维护"对象列表"的存取;其中GenericObjectPool是其实现类,它已经实现了相关的功能.

*  *Object borrowObject()* : 从Pool获取一个对象,此操作将导致一个"对象"从Pool移除(脱离Pool管理),调用者可以在获得"对象"引用后即可使用,且需要在使用结束后"归还".如下为伪代码:

Java代码   ![收藏代码][icon_star.png]

1.  **public** Object borrowObject() **throws** Exception \{  
2.      Object value = **null**;  
3.      **synchronized** (**this**) \{  
4.          **if**(!\_pool.isEmpty())\{  
5.              value = \_pool.remove();  
6.          \}  
7.            
8.      \}         
9.      **for**(;;) \{       
10.         //如果Pool中没有"对象",则根据相应的"耗尽"策略  
11.         **if**(value == **null**) \{  
12.             **switch**(whenExhaustedAction) \{  
13.                 //如果耗尽,仍继续创建新"对象"  
14.                 **case** WHEN\_EXHAUSTED\_GROW:  
15.                     value = \_factory.makeObject();  
16.                     **break**;  
17.                 //如果耗尽,则终止,此时以异常的方式退出.  
18.                 **case** WHEN\_EXHAUSTED\_FAIL:  
19.                     **throw** **new** NoSuchElementException("Pool exhausted");  
20.                 //如果耗尽,则阻塞,直到有"对象"归还  
21.                 **case** WHEN\_EXHAUSTED\_BLOCK:  
22.                     **try** \{  
23.                         **synchronized** (value) \{  
24.                             **if** (value == **null**) \{  
25.                                 //maxWait为Config中指定的"最大等待时间"  
26.                                 **if**(maxWait <= 0) \{  
27.                                     latch.wait();  
28.                                 \} **else** \{  
29.                                         latch.wait(waitTime);  
30.                                 \}  
31.                             \} **else** \{  
32.                                 **break**;  
33.                             \}  
34.                         \}  
35.                     \} **catch**(InterruptedException e) \{         
36.                         //  
37.                         **break**;  
38.                     \}  
39.                       
40.                 **default**://  
41.             \}  
42.         \}  
43.   
44.         **try** \{  
45.             \_factory.activateObject(latch.getPair().value);  
46.             **if**(\_testOnBorrow &&  
47.                     !\_factory.validateObject(latch.getPair().value)) \{  
48.                 **throw** **new** Exception("ValidateObject failed");  
49.             \}  
50.            **return** value;  
51.         \}  
52.         **catch** (Throwable e) \{  
53.             **try** \{  
54.                 \_factory.destroyObject(latch.getPair().value);  
55.             \} **catch** (Throwable e2) \{  
56.                 //  
57.             \}  
58.         \}  
59.     \}  
60. \}

*  *void returnObject(Object obj) : *"归还"对象,当"对象"使用结束后,需要归还到Pool中,才能维持Pool中对象的数量可控,如果不归还到Pool,那么将意味着在Pool之外,将有大量的"对象"存在,那么就使用了"对象池"的意义.如下为伪代码:

Java代码   ![收藏代码][icon_star.png]

1.  **public** **void** returnObject(Object obj) **throws** Exception \{  
2.      **try** \{  
3.          **boolean** success = **true**;//  
4.          **if**(\_testOnReturn && !(\_factory.validateObject(obj))) \{  
5.              success = **false**;  
6.          \} **else** \{  
7.              \_factory.passivateObject(obj);  
8.          \}  
9.    
10.         **synchronized** (**this**) \{  
11.             //检测pool中已经空闲的对象个数是否达到阀值.  
12.             **if**((\_maxIdle >= 0) && (\_pool.size() >= \_maxIdle)) \{  
13.                 success = **false**;  
14.             \} **else** **if**(success) \{  
15.                 \_pool.addFirst(**new** ObjectTimestampPair(obj));  
16.             \}  
17.         \}  
18.   
19.         // Destroy the instance if necessary  
20.         **if**(!success) \{  
21.             **try** \{  
22.                 \_factory.destroyObject(obj);  
23.             \} **catch**(Exception e) \{  
24.                 // ignored  
25.             \}  
26.         \}  
27.     \} **catch** (Exception e) \{  
28.         //  
29.     \}  
30. \}

*  *void invalidateObject(Object obj)* : 销毁对象,直接调用ObjectFactory.destroyObject(obj);.
 *  *void addObject()* : 开发者可以直接调用addObject方法用于直接创建一个"对象"并添加到Pool中.

**四.代码实例.**

本实例主要用来演示一个"TCP连接池".

***1) ConnectionPoolFactory.[Java][]:***

Java代码   ![收藏代码][icon_star.png]

1.  **import** org.apache.commons.pool.BasePoolableObjectFactory;  
2.  **import** org.apache.commons.pool.impl.GenericObjectPool;  
3.  **import** org.apache.commons.pool.impl.GenericObjectPool.Config;  
4.    
5.  **public** **class** ConnectionPoolFactory \{  
6.    
7.      **private** GenericObjectPool pool;  
8.    
9.      **public** ConnectionPoolFactory(Config config,String ip,**int** port)\{  
10.         ConnectionFactory factory = **new** ConnectionFactory(ip, port);  
11.         pool = **new** GenericObjectPool(factory, config);  
12.     \}  
13.       
14.     **public** Socket getConnection() **throws** Exception\{  
15.         **return** (Socket)pool.borrowObject();  
16.     \}  
17.       
18.     **public** **void** releaseConnection(Socket socket)\{  
19.         **try**\{  
20.             pool.returnObject(socket);  
21.         \}**catch**(Exception e)\{  
22.             **if**(socket != **null**)\{  
23.                 **try**\{  
24.                     socket.close();  
25.                 \}**catch**(Exception ex)\{  
26.                     //  
27.                 \}  
28.             \}  
29.         \}  
30.     \}  
31.       
32.     /\*\* 
33.      \* inner  
34.      \* @author qing 
35.      \* 
36.      \*/  
37.     **class** ConnectionFactory **extends** BasePoolableObjectFactory \{  
38.   
39.         **private** InetSocketAddress address;  
40.           
41.         **public** ConnectionFactory(String ip,**int** port)\{  
42.             address = **new** InetSocketAddress(ip, port);  
43.         \}  
44.           
45.         @Override  
46.         **public** Object makeObject() **throws** Exception \{  
47.             Socket socket = **new** Socket();  
48.             socket.connect(address);  
49.             **return** socket;  
50.         \}  
51.           
52.         **public** **void** destroyObject(Object obj) **throws** Exception  \{  
53.             **if**(obj **instanceof** Socket)\{  
54.                 ((Socket)obj).close();  
55.             \}  
56.         \}  
57.   
58.         **public** **boolean** validateObject(Object obj) \{  
59.             **if**(obj **instanceof** Socket)\{  
60.                 Socket socket = ((Socket)obj);  
61.                 **if**(!socket.isConnected())\{  
62.                     **return** **false**;  
63.                 \}  
64.                 **if**(socket.isClosed())\{  
65.                     **return** **false**;  
66.                 \}  
67.                 **return** **true**;  
68.             \}  
69.             **return** **false**;  
70.         \}  
71.   
72.   
73.     \}  
74.       
75. \}

***2) TestMain.java([测试][Link 2]类):***

Java代码   ![收藏代码][icon_star.png]

1.  **public** **class** TestMain \{  
2.    
3.      /\*\* 
4.       \* @param args 
5.       \*/  
6.      **public** **static** **void** main(String\[\] args) \{  
7.          Config config = **new** Config();  
8.          config.maxActive = 16;  
9.          config.maxWait = 30000;  
10.         ConnectionPoolFactory poolFactory = **new** ConnectionPoolFactory(config, "127.0.0.1", 8011);  
11.         Socket socket = **null** ;  
12.         **try**\{  
13.             socket = poolFactory.getConnection();  
14.               
15.         \}**catch**(Exception e)\{  
16.             e.printStackTrace();  
17.         \}**finally**\{  
18.             **if**(socket != **null**)\{  
19.                 poolFactory.releaseConnection(socket);  
20.             \}  
21.         \}  
22.   
23.     \}  
24.   
25. \}

[Link 1]: http://lib.csdn.net/base/mysql
[e781608a-8e5f-3ac6-b4da-79db7e1e9cd0.jpg]: /images/20220613/f5d55f1aa876449fb94bfb4ad31e5896.png
[icon_star.png]: /images/20220613/0a985e0d239042428910713fb7bf43ef.png
[Java]: http://lib.csdn.net/base/java
[Link 2]: http://lib.csdn.net/base/softwaretest