Apache-common pool 对象池的使用

Jun 7, 2017 阅读(319)

标签: Apache-common

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


apache-common pool的使用
 

 

二.Config详解:

  • maxActive: 链接池中最大连接数,默认为8.

  • maxIdle: 链接池中最大空闲的连接数,默认为8.

  • minIdle: 连接池中最少空闲的连接数,默认为0.

  • 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.

  • 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。

  • 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.

  • 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.

  • 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.

  • 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.

  • 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.

  • 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.

  •  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.

if ((getMinEvictableIdleTimeMillis() > 0) &&  
        (idleTimeMilis > getMinEvictableIdleTimeMillis())) {  
    removeObject = true;  
}  
...  
if (removeObject) {  
    try {  
        _factory.destroyObject(pair.value);  
    } catch(Exception e) {  
        // ignored  
    }  
}

    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:

public Object borrowObject() throws Exception {  
    Object value = null;  
    synchronized (this) {  
        if(!_pool.isEmpty()){  
            value = _pool.remove();  
        }  
          
    }         
    for(;;) {       
        //如果Pool中没有"对象",则根据相应的"耗尽"策略  
        if(value == null) {  
            switch(whenExhaustedAction) {  
                //如果耗尽,仍继续创建新"对象"  
                case WHEN_EXHAUSTED_GROW:  
                    value = _factory.makeObject();  
                    break;  
                //如果耗尽,则终止,此时以异常的方式退出.  
                case WHEN_EXHAUSTED_FAIL:  
                    throw new NoSuchElementException("Pool exhausted");  
                //如果耗尽,则阻塞,直到有"对象"归还  
                case WHEN_EXHAUSTED_BLOCK:  
                    try {  
                        synchronized (value) {  
                            if (value == null) {  
                                //maxWait为Config中指定的"最大等待时间"  
                                if(maxWait <= 0) {  
                                    latch.wait();  
                                } else {  
                                        latch.wait(waitTime);  
                                }  
                            } else {  
                                break;  
                            }  
                        }  
                    } catch(InterruptedException e) {         
                        //  
                        break;  
                    }  
                      
                default://  
            }  
        }  
  
        try {  
            _factory.activateObject(latch.getPair().value);  
            if(_testOnBorrow &&  
                    !_factory.validateObject(latch.getPair().value)) {  
                throw new Exception("ValidateObject failed");  
            }  
           return value;  
        }  
        catch (Throwable e) {  
            try {  
                _factory.destroyObject(latch.getPair().value);  
            } catch (Throwable e2) {  
                //  
            }  
        }  
    }  
}
  • 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:

public void returnObject(Object obj) throws Exception {  
    try {  
        boolean success = true;//  
        if(_testOnReturn && !(_factory.validateObject(obj))) {  
            success = false;  
        } else {  
            _factory.passivateObject(obj);  
        }  
  
        synchronized (this) {  
            //检测pool中已经空闲的对象个数是否达到阀值.  
            if((_maxIdle >= 0) && (_pool.size() >= _maxIdle)) {  
                success = false;  
            } else if(success) {  
                _pool.addFirst(new ObjectTimestampPair(obj));  
            }  
        }  
  
        // Destroy the instance if necessary  
        if(!success) {  
            try {  
                _factory.destroyObject(obj);  
            } catch(Exception e) {  
                // ignored  
            }  
        }  
    } catch (Exception e) {  
        //  
    }  
}
  • 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:

import org.apache.commons.pool.BasePoolableObjectFactory;  
import org.apache.commons.pool.impl.GenericObjectPool;  
import org.apache.commons.pool.impl.GenericObjectPool.Config;  
  
public class ConnectionPoolFactory {  
  
    private GenericObjectPool pool;  
  
    public ConnectionPoolFactory(Config config,String ip,int port){  
        ConnectionFactory factory = new ConnectionFactory(ip, port);  
        pool = new GenericObjectPool(factory, config);  
    }  
      
    public Socket getConnection() throws Exception{  
        return (Socket)pool.borrowObject();  
    }  
      
    public void releaseConnection(Socket socket){  
        try{  
            pool.returnObject(socket);  
        }catch(Exception e){  
            if(socket != null){  
                try{  
                    socket.close();  
                }catch(Exception ex){  
                    //  
                }  
            }  
        }  
    }  
      
    /** 
     * inner  
     * @author qing 
     * 
     */  
    class ConnectionFactory extends BasePoolableObjectFactory {  
  
        private InetSocketAddress address;  
          
        public ConnectionFactory(String ip,int port){  
            address = new InetSocketAddress(ip, port);  
        }  
          
        @Override  
        public Object makeObject() throws Exception {  
            Socket socket = new Socket();  
            socket.connect(address);  
            return socket;  
        }  
          
        public void destroyObject(Object obj) throws Exception  {  
            if(obj instanceof Socket){  
                ((Socket)obj).close();  
            }  
        }  
  
        public boolean validateObject(Object obj) {  
            if(obj instanceof Socket){  
                Socket socket = ((Socket)obj);  
                if(!socket.isConnected()){  
                    return false;  
                }  
                if(socket.isClosed()){  
                    return false;  
                }  
                return true;  
            }  
            return false;  
        }  
  
  
    }  
      
}

2) TestMain.java(测试类):

public class TestMain {  
  
    /** 
     * @param args 
     */  
    public static void main(String[] args) {  
        Config config = new Config();  
        config.maxActive = 16;  
        config.maxWait = 30000;  
        ConnectionPoolFactory poolFactory = new ConnectionPoolFactory(config, "127.0.0.1", 8011);  
        Socket socket = null ;  
        try{  
            socket = poolFactory.getConnection();  
            ////  
        }catch(Exception e){  
            e.printStackTrace();  
        }finally{  
            if(socket != null){  
                poolFactory.releaseConnection(socket);  
            }  
        }  
  
    }  
  
}