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  • apache-common pool的使用

    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:

    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  
    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  
    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  
    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  
    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(测试类):

    Java代码  
    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. }  
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