Java中物件池怎麼實現-java教程-PHP中文網

1. 什麼是物件池

池化並不是什麼新鮮的技術，它更像一種軟體設計模式，主要功能是快取一組已經初始化的對象，以便隨時可以使用。物件池大多數場景下都是緩存著創建成本過高或需要重複創建使用的對象，從池子中取對象的時間是可以預測的，但是新建一個對象的時間是不確定的。

當需要一個新物件時，就向池中藉出一個，然後物件池標記當前物件正在使用，使用完畢後歸還到物件池，以便再次借出。

常見的使用物件池化場景：

1. 物件建立成本過高。
2. 需要頻繁的創建大量重複對象，會產生很多記憶體碎片。
3. 同時使用的物件不會太多。
4. 常見的特定場景如資料庫連線池、執行緒池等。

2. 為什麼需要物件池

如果一個物件的建立成本很高，例如建立資料庫的連線時耗時過長，在不使用池化技術的情況下，我們的查詢過程可能是這樣的。

查詢 1：建立資料庫連線 -> 發起查詢 -> 收到回應 -> 關閉連線
#查詢 2：建立資料庫連線 -> 發起查詢 -> 收到回應 -> 關閉連線
查詢 3：建立資料庫連線 -> 發起查詢 -> 收到回應 ->關閉連接

在這種模式下，每次查詢都要重新建立關閉連接，因為建立連接是一個耗時的操作，所以這種模式會影響程式的整體效能。

那麼使用池化思想是怎麼樣的呢？同樣的過程會轉變成下面的步驟。

初始化：建立 N 個資料庫連線 -> 快取起來
查詢 1：從快取借到資料庫連線 -> 發起查詢-> 收到回應 -> 歸還資料庫連線物件到快取
查詢 2：從快取借到資料庫連線 -> 發起查詢 -> 收到回應 ->歸還資料庫連線物件到快取
查詢 3：從快取借到資料庫連線 -> 發起查詢 -> 收到回應 -> 歸還資料庫連線物件到快取

使用池化思想後，資料庫連接並不會頻繁的創建關閉，而是啟動後就初始化了N 個連接以供後續使用，使用完畢後歸還對象，這樣程式的總體性能得到提升。

3. 物件池的實作

透過上面的範例也可以發現池化思想的幾個關鍵步驟：初始化、借出、歸還。上面沒有展示銷毀在步驟，某些場景下還需要物件的銷毀這一過程，例如釋放連線。

下面我們手動實作一個簡陋的物件池，加深下對物件池的理解。主要是定一個物件池管理類，然後在裡面實現物件的初始化、借出、歸還、銷毀等操作。

package com.wdbyet.tool.objectpool.mypool;

import java.io.Closeable;
import java.io.IOException;
import java.util.HashSet;
import java.util.Stack;

/**
 * @author https://www.wdbyte.com
 */
public class MyObjectPool<T extends Closeable> {

    // 池子大小
    private Integer size = 5;
    // 对象池栈。后进先出
    private Stack<T> stackPool = new Stack<>();
    // 借出的对象的 hashCode 集合
    private HashSet<Integer> borrowHashCodeSet = new HashSet<>();

    /**
     * 增加一个对象
     *
     * @param t
     */
    public synchronized void addObj(T t) {
        if ((stackPool.size() + borrowHashCodeSet.size()) == size) {
            throw new RuntimeException("池中对象已经达到最大值");
        }
        stackPool.add(t);
        System.out.println("添加了对象:" + t.hashCode());
    }

    /**
     * 借出一个对象
     *
     * @return
     */
    public synchronized T borrowObj() {
        if (stackPool.isEmpty()) {
            System.out.println("没有可以被借出的对象");
            return null;
        }
        T pop = stackPool.pop();
        borrowHashCodeSet.add(pop.hashCode());
        System.out.println("借出了对象:" + pop.hashCode());
        return pop;
    }

    /**
     * 归还一个对象
     *
     * @param t
     */
    public synchronized void returnObj(T t) {
        if (borrowHashCodeSet.contains(t.hashCode())) {
            stackPool.add(t);
            borrowHashCodeSet.remove(t.hashCode());
            System.out.println("归还了对象:" + t.hashCode());
            return;
        }
        throw new RuntimeException("只能归还从池中借出的对象");
    }

    /**
     * 销毁池中对象
     */
    public synchronized void destory() {
        if (!borrowHashCodeSet.isEmpty()) {
            throw new RuntimeException("尚有未归还的对象，不能关闭所有对象");
        }
        while (!stackPool.isEmpty()) {
            T pop = stackPool.pop();
            try {
                pop.close();
            } catch (IOException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
        }
        System.out.println("已经销毁了所有对象");
    }
}

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程式碼還是比較簡單的，只是簡單的範例，下面我們透過池化一個 Redis 連接物件 Jedis 來示範如何使用。

其實 Jedis 中已經有對應的 Jedis 池化管理對象了 JedisPool 了，不過我們這裡為了演示對像池的實現，就不使用官方提供的 JedisPool 了。

啟動一個 Redis 服務這裡不做介紹，假設你已經有了一個 Redis 服務，下面引入 Java 中連接 Redis 需要用到的 Maven 依賴。

<dependency>
    <groupId>redis.clients</groupId>
    <artifactId>jedis</artifactId>
    <version>4.2.0</version>
</dependency>

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正常情況下 Jedis 物件的使用方式：

Jedis jedis = new Jedis("localhost", 6379);
String name = jedis.get("name");
System.out.println(name);
jedis.close();

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如果使用上面的物件池，就可以像下面這樣使用。

package com.wdbyet.tool.objectpool.mypool;

import redis.clients.jedis.Jedis;

/**
 * @author niulang
 * @date 2022/07/02
 */
public class MyObjectPoolTest {

    public static void main(String[] args) {
        MyObjectPool<Jedis> objectPool = new MyObjectPool<>();
        // 增加一个 jedis 连接对象
        objectPool.addObj(new Jedis("127.0.0.1", 6379));
        objectPool.addObj(new Jedis("127.0.0.1", 6379));
        // 从对象池中借出一个 jedis 对象
        Jedis jedis = objectPool.borrowObj();
        // 一次 redis 查询
        String name = jedis.get("name");
        System.out.println(String.format("redis get:" + name));
        // 归还 redis 连接对象
        objectPool.returnObj(jedis);
        // 销毁对象池中的所有对象
        objectPool.destory();
        // 再次借用对象
        objectPool.borrowObj();
    }
}

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輸出日誌：

新增了物件:1556956098
新增了物件:1252585652
借出了物件:1252585652
redis get:www.wdbyte .com
歸還了物件:1252585652
已經銷毀了所有物件
沒有可以被借出的物件

如果使用JMH 對使用物件池化進行Redis 查詢，和正常建立Redis 連接然後查詢關閉連接的方式進行效能對比，會發現兩者的效能差異很大。下面是測試結果，可以發現使用物件池化後的效能是非池化方式的 5 倍左右。

Benchmark Mode Cnt Score Error Units
MyObjectPoolTest.test thrpt 15 2612.689 ± 358.767 ops/s
MyObjectPoolTest.testPool thrpt 9 12414.228 ± 11669.484 ops/s

4. 开源的对象池工具

上面自己实现的对象池总归有些简陋了，其实开源工具中已经有了非常好用的对象池的实现，如 Apache 的 commons-pool2 工具，很多开源工具中的对象池都是基于此工具实现，下面介绍这个工具的使用方式。

maven 依赖：

<dependency>
    <groupId>org.apache.commons</groupId>
    <artifactId>commons-pool2</artifactId>
    <version>2.11.1</version>
</dependency>

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在 commons-pool2 对象池工具中有几个关键的类。

• PooledObjectFactory 类是一个工厂接口，用于实现想要池化对象的创建、验证、销毁等操作。
• GenericObjectPool 类是一个通用的对象池管理类，可以进行对象的借出、归还等操作。
• GenericObjectPoolConfig 类是对象池的配置类，可以进行对象的最大、最小等容量信息进行配置。

下面通过一个具体的示例演示 commons-pool2 工具类的使用，这里依旧选择 Redis 连接对象 Jedis 作为演示。

实现 PooledObjectFactory 工厂类，实现其中的对象创建和销毁方法。

public class MyPooledObjectFactory implements PooledObjectFactory<Jedis> {

    @Override
    public void activateObject(PooledObject<Jedis> pooledObject) throws Exception {

    }

    @Override
    public void destroyObject(PooledObject<Jedis> pooledObject) throws Exception {
        Jedis jedis = pooledObject.getObject();
        jedis.close();
          System.out.println("释放连接");
    }

    @Override
    public PooledObject<Jedis> makeObject() throws Exception {
        return new DefaultPooledObject(new Jedis("localhost", 6379));
    }

    @Override
    public void passivateObject(PooledObject<Jedis> pooledObject) throws Exception {
    }

    @Override
    public boolean validateObject(PooledObject<Jedis> pooledObject) {
        return false;
    }
}

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继承 GenericObjectPool 类，实现对对象的借出、归还等操作。

public class MyGenericObjectPool extends GenericObjectPool<Jedis> {

    public MyGenericObjectPool(PooledObjectFactory factory) {
        super(factory);
    }

    public MyGenericObjectPool(PooledObjectFactory factory, GenericObjectPoolConfig config) {
        super(factory, config);
    }

    public MyGenericObjectPool(PooledObjectFactory factory, GenericObjectPoolConfig config,
        AbandonedConfig abandonedConfig) {
        super(factory, config, abandonedConfig);
    }
}

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可以看到 MyGenericObjectPool 类的构造函数中的入参有 GenericObjectPoolConfig 对象，这是个对象池的配置对象，可以配置对象池的容量大小等信息，这里就不配置了，使用默认配置。

通过 GenericObjectPoolConfig 的源码可以看到默认配置中，对象池的容量是 8 个。

public class GenericObjectPoolConfig<T> extends BaseObjectPoolConfig<T> {

    /**
     * The default value for the {@code maxTotal} configuration attribute.
     * @see GenericObjectPool#getMaxTotal()
     */
    public static final int DEFAULT_MAX_TOTAL = 8;

    /**
     * The default value for the {@code maxIdle} configuration attribute.
     * @see GenericObjectPool#getMaxIdle()
     */
    public static final int DEFAULT_MAX_IDLE = 8;

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下面编写一个对象池使用测试类。

public class ApachePool {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        MyGenericObjectPool objectMyObjectPool = new MyGenericObjectPool(new MyPooledObjectFactory());
        Jedis jedis = objectMyObjectPool.borrowObject();
        String name = jedis.get("name");
        System.out.println(name);
        objectMyObjectPool.returnObject(jedis);
        objectMyObjectPool.close();
    }

}

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输出日志：

redis get:www.wdbyte.com
释放连接

上面已经演示了 commons-pool2 工具中的对象池的使用方式，从上面的例子中可以发现这种对象池中只能存放同一种初始化条件的对象，如果这里的 Redis 我们需要存储一个本地连接和一个远程连接的两种 Jedis 对象，就不能满足了。那么怎么办呢？

其实 commons-pool2 工具已经考虑到了这种情况，通过增加一个 key 值可以在同一个对象池管理中进行区分，代码和上面类似，直接贴出完整的代码实现。

package com.wdbyet.tool.objectpool.apachekeyedpool;

import org.apache.commons.pool2.BaseKeyedPooledObjectFactory;
import org.apache.commons.pool2.KeyedPooledObjectFactory;
import org.apache.commons.pool2.PooledObject;
import org.apache.commons.pool2.impl.AbandonedConfig;
import org.apache.commons.pool2.impl.DefaultPooledObject;
import org.apache.commons.pool2.impl.GenericKeyedObjectPool;
import org.apache.commons.pool2.impl.GenericKeyedObjectPoolConfig;
import redis.clients.jedis.Jedis;

/**
 * @author https://www.wdbyte.com
 * @date 2022/07/07
 */
public class ApacheKeyedPool {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        String key = "local";
        MyGenericKeyedObjectPool objectMyObjectPool = new MyGenericKeyedObjectPool(new MyKeyedPooledObjectFactory());
        Jedis jedis = objectMyObjectPool.borrowObject(key);
        String name = jedis.get("name");
        System.out.println("redis get :" + name);
        objectMyObjectPool.returnObject(key, jedis);
    }
}

class MyKeyedPooledObjectFactory extends BaseKeyedPooledObjectFactory<String, Jedis> {

    @Override
    public Jedis create(String key) throws Exception {
        if ("local".equals(key)) {
            return new Jedis("localhost", 6379);
        }
        if ("remote".equals(key)) {
            return new Jedis("192.168.0.105", 6379);
        }
        return null;
    }

    @Override
    public PooledObject<Jedis> wrap(Jedis value) {
        return new DefaultPooledObject<>(value);
    }
}

class MyGenericKeyedObjectPool extends GenericKeyedObjectPool<String, Jedis> {

    public MyGenericKeyedObjectPool(KeyedPooledObjectFactory<String, Jedis> factory) {
        super(factory);
    }

    public MyGenericKeyedObjectPool(KeyedPooledObjectFactory<String, Jedis> factory,
        GenericKeyedObjectPoolConfig<Jedis> config) {
        super(factory, config);
    }

    public MyGenericKeyedObjectPool(KeyedPooledObjectFactory<String, Jedis> factory,
        GenericKeyedObjectPoolConfig<Jedis> config, AbandonedConfig abandonedConfig) {
        super(factory, config, abandonedConfig);
    }
}

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输出日志：

redis get :www.wdbyte.com

5. JedisPool 对象池实现分析

这篇文章中的演示都使用了 Jedis 连接对象，其实在 Jedis SDK 中已经实现了相应的对象池，也就是我们常用的 JedisPool 类。那么这里的 JedisPool 是怎么实现的呢？我们先看一下 JedisPool 的使用方式。

package com.wdbyet.tool.objectpool;

import redis.clients.jedis.Jedis;
import redis.clients.jedis.JedisPool;

/**
 * @author https://www.wdbyte.com
 */
public class JedisPoolTest {

    public static void main(String[] args) {
        JedisPool jedisPool = new JedisPool("localhost", 6379);
        // 从对象池中借一个对象
        Jedis jedis = jedisPool.getResource();
        String name = jedis.get("name");
        System.out.println("redis get :" + name);
        jedis.close();
        // 彻底退出前，关闭 Redis 连接池
        jedisPool.close();
    }
}

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代码中添加了注释，可以看到通过 jedisPool.getResource() 拿到了一个对象，这里和上面 commons-pool2 工具中的 borrowObject 十分相似，继续追踪它的代码实现可以看到下面的代码。

// redis.clients.jedis.JedisPool
// public class JedisPool extends Pool<Jedis> {
public Jedis getResource() {
    Jedis jedis = (Jedis)super.getResource();
    jedis.setDataSource(this);
    return jedis;
}
// 继续追踪 super.getResource()
// redis.clients.jedis.util.Pool
public T getResource() {
    try {
        return super.borrowObject();
    } catch (JedisException var2) {
        throw var2;
    } catch (Exception var3) {
        throw new JedisException("Could not get a resource from the pool", var3);
    }
}

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竟然看到了 super.borrowObject() ，多么熟悉的方法，继续分析代码可以发现 Jedis 对象池也是使用了 commons-pool2 工具作为实现。既然如此，那么 jedis.close() 方法的逻辑我们应该也可以猜到了，应该有一个归还的操作，查看代码发现果然如此。

// redis.clients.jedis.JedisPool
// public class JedisPool extends Pool<Jedis> {
public void close() {
    if (this.dataSource != null) {
        Pool<Jedis> pool = this.dataSource;
        this.dataSource = null;
        if (this.isBroken()) {
            pool.returnBrokenResource(this);
        } else {
            pool.returnResource(this);
        }
    } else {
        this.connection.close();
    }
}
// 继续追踪 super.getResource()
// redis.clients.jedis.util.Pool
public void returnResource(T resource) {
    if (resource != null) {
        try {
            super.returnObject(resource);
        } catch (RuntimeException var3) {
            throw new JedisException("Could not return the resource to the pool", var3);
        }
    }
}

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通过上面的分析，可见 Jedis 确实使用了 commons-pool2 工具进行对象池的管理，通过分析 JedisPool 类的继承关系图也可以发现。

Java中物件池怎麼實現