应用场景：
在RPC框架中，使用Netty作为高性能的网络通信框架时，每一次服务调用，都需要与Netty服务端建立连接的话，很容易导致Netty服务器资源耗尽。所以，想到连接池技术，将与同一个Netty服务器地址建立的连接放入池中维护，同一个地址的连接确保只建立一次。这样，凡是连接同一个Netty服务器的客户端，拿到的都是同一个连接，不需要新建连接，就可以大大减少连接的个数，从而大幅度提升服务器性能。
用一张图说明一下设计思路：
解释一下，途中主要定义了两个类，ConnectClient是负责管理连接的，是一个抽象类，init和send是抽象方法，而NettyClient是负责与Netty服务器通信的，它继承了ConnectClient，并实现了它的几个抽象方法，init方法中会与Netty服务器建立连接，send方法会向Netty服务器发送消息。
值得注意的是，ConnectClient类中有一个非抽象方法，就是asyncSend()，它里面调用了自己的send()抽象方法。抽象方法不能直接调用，必须拿到NettyClient这个具体实现类的实例对象才能调。这个asyncSend()方法有一个关键的入参，即Class<? extends ConnectClient> netImpl，它是一个Class类型，是从外部传进来的，所以这就比较有灵活性了，好处就是这个ConnectClient类不需要依赖任何具体的实现，只要传进一个自己的子类的Class即可，它就可以用这个Class通过反射的方式创建出具体的实现类的实例对象，然后调用其send方法。可以理解成ConnectClient用asyncSend方法包装了NettyClient的send方法，目的是让外部不要直接调用NettyClient中的send方法，而是调用自己的asyncSend方法，然后在这个asyncSend方法中，会先获取连接，再调用NettyClient中的send方法发送消息。
模拟代码：
下面就通过几段代码来模拟Tcp客户端和Tcp服务器端建立连接并发送消息的场景。
这里并没有真的使用Netty框架，因为本文不是讲怎么使用Netty框架，而是分享如何管理连接。
首先，模拟一个Tcp服务端程序（就当做是Netty的服务器）：
1 /** 2 * 模拟TCP服务端 3 * 4 * @author syj 5 */ 6 public class NetChannel { 7 8 /** 9 * 建立连接 10 * 11 * @param host 12 * @param port 13 */ 14 public void connect(String host, int port) { 15 System.out.println("模拟连接TCP服务器成功: host=" + host + ",port=" + port); 16 } 17 18 /** 19 * 发送消息 20 * 21 * @param msg 22 */ 23 public void send(String msg) { 24 System.out.println("模拟向TCP服务器发送消息成功:" + msg); 25 } 26 }
定义一个Tcp客户端，负责与Netty服务器通信：
1 /** 2 * 模拟TCP客户端 3 * 4 * @author syj 5 */ 6 public class NetClient extends ConnectClient { 7 8 // 模拟TCP服务器 9 private NetChannel channel; 10 11 /** 12 * 建立连接 13 * 14 * @param address 格式 host:port, 例如 192.168.1.103:9999 15 * @throws Exception 16 */ 17 @Override 18 public void init(String address) throws Exception { 19 if (address == null || address.trim().length() == 0) { 20 throw new RuntimeException(">>>> address error"); 21 } 22 String[] split = address.split(":"); 23 if (split.length != 2) { 24 throw new RuntimeException(">>>> address error"); 25 } 26 String host = split[0]; 27 int port = Integer.valueOf(split[1]); 28 channel = new NetChannel(); 29 channel.connect(host, port); 30 } 31 32 /** 33 * 发送消息 34 * 35 * @param msg 36 * @throws Exception 37 */ 38 @Override 39 public void send(String msg) throws Exception { 40 channel.send(msg); 41 } 42 }
连接管理类：
该类使用一个ConcurrentHashMap作为连接池，来保存与TCP服务器建立的连接，key是TCP服务器的地址，value是连接对象。
由于是多线程环境，为保证线程安全问题，使用synchronized加锁，避免一个连接被创建多次。
由于可能会有很多针对同一个TCP服务器的连接请求，使用lockClientMap来管理锁，同一个TCP服务器的请求使用同一把锁，保证同一个TCP服务器的连接只创建一次。
这样既保证了线程安全，又能降低性能消耗。
1 import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap; 2 3 /** 4 * TCP连接管理 5 * 6 * @author syj 7 */ 8 public abstract class ConnectClient { 9 10 /** 11 * 建立连接 12 * 13 * @param address 14 * @throws Exception 15 */ 16 public abstract void init(String address) throws Exception; 17 18 /** 19 * 发送消息 20 * 21 * @param msg 22 * @throws Exception 23 */ 24 public abstract void send(String msg) throws Exception; 25 26 /** 27 * 发送消息 28 * 29 * @param address 30 * @param msg 31 * @param netImpl 32 * @throws Exception 33 */ 34 public static void asyncSend(String address, String msg, Class<? extends ConnectClient> netImpl) throws Exception { 35 ConnectClient connect = ConnectClient.getConnect(address, netImpl); 36 connect.send(msg); 37 } 38 39 // 连接池 40 private static volatile ConcurrentHashMap<String, ConnectClient> connectClientMap; 41 // 锁 42 private static volatile ConcurrentHashMap<String, Object> lockClientMap = new ConcurrentHashMap<>(); 43 44 /** 45 * 获取连接 46 * 确保同一个TCP服务器地址对应的连接只建立一次 47 * 48 * @param netImpl 49 * @return 50 * @throws Exception 51 */ 52 public static ConnectClient getConnect(String address, Class<? extends ConnectClient> netImpl) throws Exception { 53 // 创建连接池 54 if (connectClientMap == null) { 55 synchronized (ConnectClient.class) { 56 if (connectClientMap == null) { 57 connectClientMap = new ConcurrentHashMap<>(); 58 } 59 } 60 } 61 62 // 获取连接 63 ConnectClient connectClient = connectClientMap.get(address); 64 if (connectClient != null) { 65 return connectClient; 66 } 67 68 // 获取锁，同一个地址使用同一把锁 69 Object lock = lockClientMap.get(address); 70 if (lock == null) { 71 lockClientMap.putIfAbsent(address, new Object()); 72 lock = lockClientMap.get(address); 73 } 74 synchronized (lock) { 75 connectClient = connectClientMap.get(address); 76 if (connectClient != null) { 77 return connectClient; 78 } 79 80 // 新建连接 81 ConnectClient client = netImpl.newInstance(); 82 client.init(address); 83 // 放入连接池 84 connectClientMap.put(address, client); 85 } 86 connectClient = connectClientMap.get(address); 87 return connectClient; 88 } 89 }
任务类用于并发连接测试：
1 import java.util.UUID; 2 3 /** 4 * 任务 5 * 6 * @author syj 7 */ 8 public class Task implements Runnable { 9 10 private Class<? extends ConnectClient> netType;// 客户端类型 11 private String address; 12 private long count; 13 14 public Task(String address, long count, Class<? extends ConnectClient> netType) { 15 this.address = address; 16 this.count = count; 17 this.netType = netType; 18 } 19 20 @Override 21 public void run() { 22 try { 23 String uuid = UUID.randomUUID().toString().replace("-", ""); 24 String msg = String.format("%s %s %s %s", Thread.currentThread().getName(), count, address, uuid); 25 ConnectClient.asyncSend(address, msg, netType); 26 // 模拟业务耗时 27 Thread.sleep((long) (Math.random() * 1000)); 28 } catch (Exception e) { 29 e.printStackTrace(); 30 } 31 } 32 }
测试类（模拟了10个TCP服务器的地址和端口）：
通过一个死循环来模拟测试高并发场景下，连接的线程安全和性能表现。
1 import java.util.concurrent.ExecutorService; 2 import java.util.concurrent.Executors; 3 4 /** 5 * 模拟TCP客户端并发获取连接发送消息 6 * 7 * @author syj 8 */ 9 public class App { 10 11 // TCP服务器通信地址和端口 12 public static final String[] NET_ADDRESS_ARR = { 13 "192.168.1.101:9999", 14 "192.168.1.102:9999", 15 "192.168.1.103:9999", 16 "192.168.1.104:9999", 17 "192.168.1.105:9999", 18 "192.168.1.106:9999", 19 "192.168.1.107:9999", 20 "192.168.1.108:9999", 21 "192.168.1.109:9999", 22 "192.168.1.110:9999" 23 }; 24 25 public static ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool(); 26 public static volatile long count;// 统计任务执行总数 27 28 public static void main(String[] args) { 29 while (true) { 30 try { 31 Thread.sleep(5);// 防止 CPU 100% 32 } catch (InterruptedException e) { 33 e.printStackTrace(); 34 } 35 executorService.execute(new Task(NET_ADDRESS_ARR[(int) (Math.random() * 10)], ++count, NetClient.class)); 36 executorService.execute(new Task(NET_ADDRESS_ARR[(int) (Math.random() * 10)], ++count, NetClient.class)); 37 } 38 } 39 }
测试结果：
1 模拟连接TCP服务器成功: host=192.168.1.107,port=9999 2 模拟向TCP服务器发送消息成功:pool-1-thread-14 14 192.168.1.107:9999 3f31022b959e4962b00b0719fa206416 3 模拟连接TCP服务器成功: host=192.168.1.108,port=9999 4 模拟向TCP服务器发送消息成功:pool-1-thread-37 37 192.168.1.108:9999 2e4e4c6db63145f190f76d1dbe59f1c4 5 模拟连接TCP服务器成功: host=192.168.1.106,port=9999 6 模拟向TCP服务器发送消息成功:pool-1-thread-49 49 192.168.1.106:9999 e50ea4937c1c4425b647e4606ced7a1f 7 模拟连接TCP服务器成功: host=192.168.1.103,port=9999 8 模拟向TCP服务器发送消息成功:pool-1-thread-17 17 192.168.1.103:9999 21cfcd3665aa4688aea0ac90b68e5a22 9 模拟连接TCP服务器成功: host=192.168.1.102,port=9999 10 模拟向TCP服务器发送消息成功:pool-1-thread-25 25 192.168.1.102:9999 bbdbde3e28ab4ac0901c1447ac3ddd3f 11 模拟连接TCP服务器成功: host=192.168.1.101,port=9999 12 模拟向TCP服务器发送消息成功:pool-1-thread-10 10 192.168.1.101:9999 08cc445cc06a44f5823a8487d05e3e30 13 模拟连接TCP服务器成功: host=192.168.1.105,port=9999 14 模拟向TCP服务器发送消息成功:pool-1-thread-45 45 192.168.1.105:9999 3e925cf96b874ba09c59e63613e60662 15 模拟连接TCP服务器成功: host=192.168.1.104,port=9999 16 模拟向TCP服务器发送消息成功:pool-1-thread-53 53 192.168.1.104:9999 2408dab5c0ca480b8c2593311f3ec7d5 17 模拟向TCP服务器发送消息成功:pool-1-thread-13 13 192.168.1.105:9999 5a3c0f86046f4cb99986d0281e567e31 18 模拟向TCP服务器发送消息成功:pool-1-thread-36 36 192.168.1.107:9999 b85d9d79461d4345a2da8f8dd00a572a 19 模拟向TCP服务器发送消息成功:pool-1-thread-9 9 192.168.1.102:9999 c2895f68a33745d7a4370034b6474461 20 模拟向TCP服务器发送消息成功:pool-1-thread-41 41 192.168.1.102:9999 a303193a58204e7fadaf64cec8eaa86d 21 模拟向TCP服务器发送消息成功:pool-1-thread-59 59 192.168.1.101:9999 08785c0acfc14c618cf3762d35055e9b 22 模拟向TCP服务器发送消息成功:pool-1-thread-54 54 192.168.1.107:9999 6fa8e3939a904271b03b78204d4a146a 23 模拟向TCP服务器发送消息成功:pool-1-thread-15 15 192.168.1.102:9999 229989d1405b49cdb31052b081a33869 24 模拟向TCP服务器发送消息成功:pool-1-thread-7 7 192.168.1.107:9999 8e3c8d1007a34a01b166101fae30449c 25 模拟连接TCP服务器成功: host=192.168.1.109,port=9999 26 模拟向TCP服务器发送消息成功:pool-1-thread-8 8 192.168.1.109:9999 ca63dd93685641d19c875e4809e9a8dc 27 模拟向TCP服务器发送消息成功:pool-1-thread-1 1 192.168.1.106:9999 cd9f473797de46ef8361f3b8b0a6d575 28 模拟向TCP服务器发送消息成功:pool-1-thread-27 27 192.168.1.102:9999 872d825fd64e409d8b992e12e0372daa 29 模拟向TCP服务器发送消息成功:pool-1-thread-3 3 192.168.1.103:9999 baace7f8f06242f68cac0c43337e49cf 30 模拟向TCP服务器发送消息成功:pool-1-thread-39 39 192.168.1.108:9999 bc0d70348f574cbba449496b3142e518 31 模拟向TCP服务器发送消息成功:pool-1-thread-55 55 192.168.1.106:9999 95ba7c57a1d84c18a6ab328eb01e85f1 32 模拟向TCP服务器发送消息成功:pool-1-thread-38 38 192.168.1.108:9999 a571001c573c4851a4bb1e0dcb9a204a 33 模拟向TCP服务器发送消息成功:pool-1-thread-4 4 192.168.1.104:9999 dcdd6093afc345e39453883cf049fa21 34 模拟向TCP服务器发送消息成功:pool-1-thread-28 28 192.168.1.106:9999 0ba4362898f84335bb336d17780855fc 35 模拟向TCP服务器发送消息成功:pool-1-thread-47 47 192.168.1.108:9999 db993121a9934558942a09a9d9a8e03f 36 模拟向TCP服务器发送消息成功:pool-1-thread-30 30 192.168.1.102:9999 a0e50592deca471b9c5982c83d00f303 37 模拟连接TCP服务器成功: host=192.168.1.110,port=9999 38 模拟向TCP服务器发送消息成功:pool-1-thread-51 51 192.168.1.110:9999 41703aba37ca47148d23d6826264a05a 39 模拟向TCP服务器发送消息成功:pool-1-thread-5 5 192.168.1.102:9999 15f453cc0a7743f79dc105963f39f946 40 模拟向TCP服务器发送消息成功:pool-1-thread-52 52 192.168.1.105:9999 9ca521963bf84c418335e7702e471fa9 41 模拟向TCP服务器发送消息成功:pool-1-thread-40 40 192.168.1.101:9999 bec1d265b7dc46f5afebc42fea10a313 42 模拟向TCP服务器发送消息成功:pool-1-thread-26 26 192.168.1.104:9999 a44662dc498045e78eb531b6ee6fc27b 43 模拟向TCP服务器发送消息成功:pool-1-thread-11 11 192.168.1.109:9999 6104c4fd2dab4d44af86f0cd1e3e272d 44 模拟向TCP服务器发送消息成功:pool-1-thread-24 24 192.168.1.105:9999 344025da2a6c4190a87403c5d96b321e 45 模拟向TCP服务器发送消息成功:pool-1-thread-22 22 192.168.1.110:9999 aa0b4c48527446738d28e99eef4957f5 46 模拟向TCP服务器发送消息成功:pool-1-thread-23 23 192.168.1.107:9999 79f5fc4278164cd68ac1a260322e6f68 47 模拟向TCP服务器发送消息成功:pool-1-thread-56 56 192.168.1.109:9999 39c38939ced140058f25fe903a3b1f4f 48 模拟向TCP服务器发送消息成功:pool-1-thread-18 18 192.168.1.109:9999 c29ea09b5f264b488f3e15e91c5f2bd5
可见，与每个TCP服务器的连接只会建立一次，连接得到复用。