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程序员的福音 - Apache Commons Pool

此文是系列文章第十三篇,前几篇请点击链接查看

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Apache Commons Pool 开源软件库提供了一个对象池 API 和许多对象池实现。

Pool 有两个版本,目前主流的是 Pool2,与 1.x 系列相比,Apache Commons Pool2 重新编写了对象池实现。除了性能和可伸缩性改进之外,版本2还包括健壮的实例跟踪和对象池监控。

后续文章出现的 Commons-Pool 指的就是 Pool2。

Commons-Net目前最新版本是2.9.0,最低要求Java8以上。

maven坐标如下:

<dependency>
    <groupId>org.apache.commons</groupId>
    <artifactId>commons-pool2</artifactId>
    <version>2.9.0</version>
</dependency>
复制代码

包结构如下:

org.apache.commons.pool2org.apache.commons.pool2.implorg.apache.commons.pool2.proxy
复制代码

下面简单介绍一下其用法。

01. 简介

为什么要有对象池呢,假如一个对象创建耗时 500 毫秒,而我们调用它的方法仅耗时 10 毫秒,这种情况每次使用都 new 的话性价比很低,相当于每次都要耗费 550 毫秒。 对象池就是为了解决此类问题而诞生的,对于这些昂贵的对象来说,提前创建若干个对象用对象池管理起来,用的时候从对象池借来一个,用完后归还 可以大大提升性能。

对象池是一种享元模式的实现,常用于各种连接池的实现。 比如我们常见的数据库连接池 DBCP,Redis 客户端 Jedis 等都依赖 Commons-Pool。

Commons-Pool 主要有三个角色:

PooledObject池化对象,用于包装实际的对象,提供一些附件的功能。如 Commons-Pool 自带的 DefaultPooledObject 会记录对象的创建时间,借用时间,归还时间,对象状态等,PooledSoftReference 使用 Java 的软引用来持有对象,便于 JVM 内存不够时回收对象。当然我们也可以实现 PooledObject 接口来定义我们自己的对象包装器。

PooledObjectFactory对象工厂,ObjectPool 对于每个对象的核心操作会代理给 PooledObjectFactory。

需要一个新实例时,就调用 makeObject 方法。

需要借用对象时会调用 activateObject 方法激活对象,并且根据配置情况决定是否验证对象有效性,通过 validateObject 方法验证。

归还对象时会调用 passivateObject 方法钝化对象。

需要销毁对象时候调用 destroyObject 方法。

PooledObjectFactory 必须是线程安全的。

ObjectPool对象池接口,用于管理池中的所有对象,对于每个对象的操作会代理给 ObjectFactory。ObjectPool 有多个实现,GenericObjectPool 提供了多种配置选项,包括限制空闲或活动实例的数量、在实例处于池中空闲时将其逐出等。从版本 2 开始,GenericObjectPool 还提供了废弃实例跟踪和删除功能。SoftReferenceObjectPool 可以根据需要增长,但允许垃圾收集器根据需要从池中逐出空闲实例。

以下是部分类图

图片

图片

02. 使用方式

Commons-Pool 用起来很简单,下面我用一个例子简单介绍下其用法

首先我们创建一个对象用于测试,对象构造函数使用随机延迟模拟创建的复杂

/**
 * 复杂的对象,创建出来比较耗时间
 */
public class ComplexObject {

    private String name;

    public ComplexObject(String name) {
        try {
            long t1 = System.currentTimeMillis();
            // 模拟创建耗时操作
            ThreadLocalRandom tlr = ThreadLocalRandom.current();
            Thread.sleep(4000 + tlr.nextInt(2000));
            long t2 = System.currentTimeMillis();
            System.out.println(name + " 创建耗时: " + (t2-t1) + "ms");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        this.name = name;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }
}
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其次创建一个 ComplexPooledObjectFactory 实现。当我们有复杂的操作,比如激活对象,钝化对象,销毁对象(需要释放资源)等就需要实现 PooledObjectFactory 来定制,如果没有这些操作选择继承 BasePooledObjectFactory 抽象类更方便。下面分别给出两种创建的代码示例

1. 继承 BasePooledObjectFactory

public class SimplePooledObjectFactory extends BasePooledObjectFactory<ComplexObject> {
    @Override
    public ComplexObject create() {
        // 随机指定一个名称,用于区分ComplexObject
        String name = "test" + ThreadLocalRandom.current().nextInt(100);
        return new ComplexObject(name);
    }
    @Override
    public PooledObject<ComplexObject> wrap(ComplexObject obj) {
        // 使用默认池化对象包装ComplexObject
        return new DefaultPooledObject(obj);
    }
}
复制代码

2. 实现 PooledObjectFactory

public class ComplexPooledObjectFactory implements PooledObjectFactory<ComplexObject> {

    @Override
    public PooledObject<ComplexObject> makeObject() {
        // 随机指定一个名称,用于区分ComplexObject并使用默认池化对象包装ComplexObject
        String name = "test" + ThreadLocalRandom.current().nextInt(100);
        return new DefaultPooledObject<>(new ComplexObject(name));
    }

    @Override
    public void destroyObject(PooledObject<ComplexObject> p) {
        // 销毁对象,当清空,空闲对象大于配置值等会销毁多余对象
        // 此处应释放掉对象占用的资源,如关闭连接,关闭IO等
    }

    @Override
    public boolean validateObject(PooledObject<ComplexObject> p) {
        // 验证对象状态是否正常,是否可用
        return true;
    }

    @Override
    public void activateObject(PooledObject<ComplexObject> p) {
        // 激活对象,使其可用
    }

    @Override
    public void passivateObject(PooledObject<ComplexObject> p) {
        // 钝化对象,使其不可用
    }
}
复制代码

最后编写测试代码

public static void main(String[] args) throws Exception {
    // 创建配置对象
    GenericObjectPoolConfig<ComplexObject> poolConfig = new GenericObjectPoolConfig<>();
    // 最大空闲实例数,空闲超过此值将会被销毁淘汰
    poolConfig.setMaxIdle(5);
    // 最大对象数量,包含借出去的和空闲的
    poolConfig.setMaxTotal(20);
    // 最小空闲实例数,对象池将至少保留2个空闲对象
    poolConfig.setMinIdle(2);
    // 对象池满了,是否阻塞获取(false则借不到直接抛异常)
    poolConfig.setBlockWhenExhausted(true);
    // BlockWhenExhausted为true时生效,对象池满了阻塞获取超时,不设置则阻塞获取不超时,也可在borrowObject方法传递第二个参数指定本次的超时时间
    poolConfig.setMaxWaitMillis(3000);
    // 创建对象后是否验证对象,调用objectFactory#validateObject
    poolConfig.setTestOnCreate(false);
    // 借用对象后是否验证对象 validateObject
    poolConfig.setTestOnBorrow(true);
    // 归还对象后是否验证对象 validateObject
    poolConfig.setTestOnReturn(true);
    // 每30秒定时检查淘汰多余的对象, 启用单独的线程处理
    poolConfig.setTimeBetweenEvictionRunsMillis(1000 * 60 * 30);
    // 每30秒定时检查期间是否验证对象 validateObject
    poolConfig.setTestWhileIdle(false);
    // jmx监控,和springboot自带的jmx冲突,可以选择关闭此配置或关闭springboot的jmx配置
    poolConfig.setJmxEnabled(false);

    ComplexPooledObjectFactory objectFactory = new ComplexPooledObjectFactory();
    GenericObjectPool<ComplexObject> objectPool = new GenericObjectPool<>(objectFactory, poolConfig);
    // 申请对象
    ComplexObject obj1 = objectPool.borrowObject();
    println("第一次申请对象:" + obj1.getName());
    // returnObject应该放在finally中 避免业务异常没有归还对象,demo仅做示例
    objectPool.returnObject(obj1);
    // 申请对象, 由于之前归还了,借用的还是之前的对象
    ComplexObject obj2 = objectPool.borrowObject();
    println("第二次申请对象:" + obj2.getName());
    // 再次申请对象,由于之前没有归还,借用的是新创建的
    ComplexObject obj3 = objectPool.borrowObject();
    println("第三次申请对象:" + obj3.getName());

    // returnObject应该放在finally中 避免业务异常没有归还对象,demo仅做示例
    objectPool.returnObject(obj2);
    objectPool.returnObject(obj3);
}
复制代码

运行结果如下

test41 创建耗时: 5400ms
第一次申请对象:test41
第二次申请对象:test41
test58 创建耗时: 5349ms
第三次申请对象:test58
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当然如果借用次数越多,节省下来的时间就越多。

由于示例比较简单粗暴,在对象池刚刚创建还没提前创建好对象,我们就去使用了,所以效果不是很理想,正常使用效果会比较好。

03. KeyedObjectPool

Commons-Pool 还有 KeyedPooledObjectFactory,KeyedObjectPool 接口,它支持 Key Value 形式。

public interface KeyedPooledObjectFactory<K, V> {
    // 通过参数创建对象
    PooledObject<V> makeObject(K key);
    // 通过参数激活对象,使其可用
    void activateObject(K key, PooledObject<V> obj);
    // 通过参数钝化对象,使其不可用
    void passivateObject(K key, PooledObject<V> obj);
    // 通过参数验证对象状态是否正常,是否可用
    boolean validateObject(K key, PooledObject<V> obj);
    // 通过参数销毁对象,当清空,空闲对象大于配置值等会销毁多余对象
    // 此处应释放掉对象占用的资源,如关闭连接,关闭IO等
    void destroyObject(K key, PooledObject<V> obj);
}
复制代码

具体使用方式就不做介绍了,用法和第二节的类似,区别是对象借用和归还操作需要额外传递自定义的 Key 参数。

04. 总结

Commons-Pool 作为对象池工具包,支持对象的管理、跟踪和监控,并且支持自定义池化对象来扩展对象管理的行为,如果有相关需求可以使用。

后续章节我将继续给大家介绍 commons 中其他好用的工具类库,期待你的关注。

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