apache-common-pool2简单使用和源码分析

为什么要用连接池

相关jdbc客户端连接服务端过程

     String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/test" ;     
     String username = "root" ;    
     String password = "root" ;    
     try{    
          Connection con = DriverManager.getConnection(url , username , password ) ;    
     }catch(SQLException se){    
          System.out.println("数据库连接失败！");    
          se.printStackTrace() ;    
     }

一次客户端sql执行过程

TCP建立连接的三次握手（客户端与MySQL服务器的连接基于TCP协议）

1. MySQL认证的三次握手
2. 真正的SQL执行
3. MySQL的关闭
4. TCP的四次握手关闭

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。

apache-common-pool2是什么

apache-common-pool2是一个对象池管理框架，任何需要对象池这种概念的都可以利用这个框架来实现，例如redis的客户端jedis和dbcp都是基于common-pool2实现的。

如何使用

引入依赖

    
        org.apache.commons
        commons-pool2
        2.7.0
    

01自定义对象工厂实现BasePooledObjectFactory，重写 create() 和wrap()

public class SimplePooledObjectFactory extends BasePooledObjectFactory<ComplexObject> {
    @Override
    public SftpClient create() throws Exception {
      return new SftpClient(sftpPoolProperties);
    }
    @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);
    }
}

02 创建对象池

public class SimplePool {
  private final GenericObjectPool<ComplexObject> internalPool;
  public SftpPool(Proproties p) {
    this.internalPool = new GenericObjectPool<>(new SimplePooledObjectFactory (),SimplePooledObjectFactory.getConfig(p));
  }

  public ComplexObject borrowObject() {
      try {
          return this.internalPool.borrowObject();
      } catch (Exception e) {
          throw new PoolException("获取连接对象失败!",e);
      }
  }

  @PreDestroy
  public void close() {
      try {
          this.internalPool.close();
      } catch (Exception e) {
          throw new PoolException("销毁对象池失败!",e);
      }
  }


  public void invalidateObject(ComplexObject obj) {
      try {
          this.internalPool.invalidateObject(obj);
      } catch (Exception e) {
          throw new PoolException("销毁连接对象失败!",e);
      }
  }

  public void returnObject(ComplexObject obj) {
      try {
          this.internalPool.returnObject(obj);
      } catch (Exception e) {
          throw new PoolException("回收连接对象失败!",e);
      }
  }

03 对象池配置

  private GenericObjectPoolConfig<SftpClient> getPoolConfig(Properties p) {
    GenericObjectPoolConfig<SftpClient> config = new GenericObjectPoolConfig<>();
    config.setMinIdle(p.getMinIdle());
    config.setMaxIdle(p.getMaxIdle());
    config.setMaxTotal(p.getMaxActive());
    config.setMaxWaitMillis(p.getMaxWait());
    config.setTestOnBorrow(p.isTestOnBorrow());
    config.setTestOnReturn(p.isTestOnReturn());
    config.setTestWhileIdle(p.isTestWhileIdle());
    config.setTimeBetweenEvictionRunsMillis(p.getTimeBetweenEvictionRuns());
    return config;
  }

04 api调用

public static void main(String[] args) throws Exception {
    // 创建配置对象
   SimplePool pool = new  SimplePool(new Properties);
   //借用对象
   pool.borrowObject();
   //归还对象
   pool.returnObject();
}

至此commmon-pool2的对象池使用演示结束，common-pool2还吃支持key-value的对象池KeyedObjectPool，以支持多客户端，具体的使用方式可以自行探索

源码解析（基于obejectPool）

对象池里3个重点组件

01
对象池（ObjectPool）：
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。


对象池相关api

• borrowObject：从对象池中获取对象
• returnObject：把对象归还给对象池
• invalidateObject：清理作废一个对象（释放池中一个资源）
• addObject：往对象池中添加一个对象
• getNumIdle：获取空闲对象的数量
• getNumActive：获取活跃对象的数量
• clear：目的是为了清理所有空闲对象
• close：关闭连接池，释放所有池中的资源。

02
对象工厂（PooledObjectFactory）：
负责对象的创建，验证，销毁，ObjectPool 对于每个对象的核心操作会代理给 PooledObjectFactory。

对象工厂相关api

• makeObject 制造对象
• destroyObject 销毁对象
• validateObject 验证对象
• activateObject 激活对象
• passivateObject 钝化对象

03
池化的对象（PooledObject）：
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。
PooledObject有多种状态，在不同的环节或经过处理后状态会发生变化:

状态	描述
IDLE	空闲
ALLOCATED	在使用
EVICTION	位于队列中，当前正在测试，可能会被回收
EVICTION_RETURN_TO_HEAD	不在队列中，当前正在测试，可能会被回收。从池中借出对象时需要从队列出移除并进行测试
VALIDATION	位于队列中，当前正在验证
VALIDATION_PREALLOCATION	不在队列中，当前正在验证。当对象从池中被借出，在配置了testOnBorrow的情况下，对像从队列移除和进行预分配的时候会进行验证
VALIDATION_RETURN_TO_HEAD	不在队列中，正在进行验证。从池中借出对象时，从队列移除对象时会先进行测试。返回到队列头部的时候应该做一次完整的验证
INVALID	回收或验证失败，将销毁
ABANDONED	即将无效
RETURN	返还到池中

对象池关系图解析

我们对象池关系图可以看到，objectPool是一个抽象接口，具体的实现方式

• ErodingObjectPool 对象池工具类， 返回一个当不再需要空闲对象时，自适应减小其大小的对象池
• GenericObjectPool 通用对象池 目前常用的实现接口，本文重点介绍
• ProxiedObjectPool 代理对象池
• SynchronizedObjectPool 对象池工具类，提高操作时+锁
• SoftReferenceObjectPool 软引用对象池，包裹软引用对象

重点：GenericObjectPool 通用对象池

构造一

    public GenericObjectPool(PooledObjectFactory<T> factory, GenericObjectPoolConfig<T> config) {
        super(config, "org.apache.commons.pool2:type=GenericObjectPool,name=", config.getJmxNamePrefix());
        this.factoryType = null;
        this.maxIdle = 8;
        this.minIdle = 0;
        this.allObjects = new ConcurrentHashMap();
        this.createCount = new AtomicLong(0L);
        this.makeObjectCount = 0L;
        this.makeObjectCountLock = new Object();
        this.abandonedConfig = null;
        if (factory == null) {
            this.jmxUnregister();
            throw new IllegalArgumentException("factory may not be null");
        } else {
            this.factory = factory;
            //对象列表的存储容器使用的是双向并发阻塞队列，该阻塞队列同时支持FIFO和FILO两种操作方式，即可以从队列的头和尾同时操作(插入/删除)；并且，该阻塞队列是支持线程安全。还有，LinkedBlockingDeque还是可选容量的(防止过度膨胀)，即可以指定队列的容量。如果不指定，默认容量大小等于Integer.MAX_VALUE
            // config.getFairness()是否公平，内部使用retrantLock实现阻塞
            this.idleObjects = new LinkedBlockingDeque(config.getFairness());
            this.setConfig(config);
        }
    }

构造二

    public GenericObjectPool(PooledObjectFactory<T> factory, GenericObjectPoolConfig<T> config, AbandonedConfig abandonedConfig) {
        this(factory, config);
        this.setAbandonedConfig(abandonedConfig);
    }

借对象

public T borrowObject(long borrowMaxWaitMillis) throws Exception {
      .......省略
        while(p == null) {
            boolean create = false;
            //从空闲队列获取
            p = (PooledObject)this.idleObjects.pollFirst();
            if (p == null) {
            //没有获取到就创建
                p = this.create();
                if (p != null) {
                //创建成功
                    create = true;
                }
            }
//当对象池没有空闲对象时，新的获取对象的请求是否阻塞（true 阻塞，配置了maxWaitMillis 才生效；
// false 连接池没有资源立马抛异常）
//默认值 DEFAULT_BLOCK_WHEN_EXHAUSTED = true
            if (blockWhenExhausted) {
                if (p == null) {
                //borrowMaxWaitMillis  默认=-1
                    if (borrowMaxWaitMillis < 0L) {
                    //一直等待直到有空闲对象
                        p = (PooledObject)this.idleObjects.takeFirst();
                    } else {
                    //在指定的等待时间等待可用元素，超时返回Null
                        p = (PooledObject)this.idleObjects.pollFirst(borrowMaxWaitMillis, TimeUnit.MILLISECONDS);
                    }
                }
                //返回null
                if (p == null) {
                    throw new NoSuchElementException("Timeout waiting for idle object");
                }
                //没有对象可用，也没有设置没有对象可用时等待，抛出异常
            } else if (p == null) {
                throw new NoSuchElementException("Pool exhausted");
            }
			//获取到的对象属于不可用状态
            if (!p.allocate()) {
                p = null;
            }
			//获取到对象
            if (p != null) {
                try {
                //激活对象
                    this.factory.activateObject(p);
                } catch (Exception var15) {
                    try {
                    //异常销毁
                        this.destroy(p);
                    } catch (Exception var14) {
                    }
					//置为null
                    p = null;
                    if (create) {
                    //如果此元素时本次创建获取的，抛出激活不了对象异常
                        NoSuchElementException nsee = new NoSuchElementException("Unable to activate object");
                        nsee.initCause(var15);
                        throw nsee;
                    }
                }
				//判断连接对象是否可用
                if (p != null && this.getTestOnBorrow()) {
                    boolean validate = false;
                    Throwable validationThrowable = null;

                    try {
                    //验证连接是否可用
                        validate = this.factory.validateObject(p);
                    } catch (Throwable var13) {
                        PoolUtils.checkRethrow(var13);
                        validationThrowable = var13;
                    }
					//如果连接不可用
                    if (!validate) {
                        try {
                        //销毁
                            this.destroy(p);
                            //销毁连接次数+1
                            this.destroyedByBorrowValidationCount.incrementAndGet();
                        } catch (Exception var12) {
                        }

                        p = null;
                        if (create) {
                            NoSuchElementException nsee = new NoSuchElementException("Unable to validate object");
                            nsee.initCause(validationThrowable);
                            throw nsee;
                        }
                    }
                }
            }
        }
		更新获取对象的耗时
        this.updateStatsBorrow(p, System.currentTimeMillis() - waitTime);
        return p.getObject();
    }

创建对象

private PooledObject<T> create() throws Exception {
        int localMaxTotal = this.getMaxTotal();
        //获取最大创建对象数，如果没有设置，默认Integer.maxvalue()
        if (localMaxTotal < 0) {
            localMaxTotal = 2147483647;
        }
        long localStartTimeMillis = System.currentTimeMillis();
        //最大等待时间
        long localMaxWaitTimeMillis = Math.max(this.getMaxWaitMillis(), 0L);
        Boolean create = null;

        while(create == null) {
        //创建对象lock
            synchronized(this.makeObjectCountLock) {
            //创建次数+1
                long newCreateCount = this.createCount.incrementAndGet();
                //如果创建次数>最大允许创建次数
                if (newCreateCount > (long)localMaxTotal) {
                //不再创建，创建次数-1
                    this.createCount.decrementAndGet();
                    //创建对象次数=0
                    if (this.makeObjectCount == 0L) {
                    //不再创建
                    create = Boolean.FALSE;
                    } else {
                     //可能在创建过程中，等待
                     this.makeObjectCountLock.wait(localMaxWaitTimeMillis);
                    }
                } else {
					//创建次数+1
                    ++this.makeObjectCount;
                    //允许创建
                    create = Boolean.TRUE;
                }
            }
			//如果在等待创建，设置了最大等待时间，并且当前耗时>=等待时间，返回null，不再创建
            if (create == null && localMaxWaitTimeMillis > 0L && System.currentTimeMillis() - localStartTimeMillis >= localMaxWaitTimeMillis) {
                create = Boolean.FALSE;
            }
        }

        if (!create) {
            return null;
        } else {
            boolean var22 = false;

            AbandonedConfig ac;
            label190: {
                PooledObject p;
                try {
                    var22 = true;
                    //创建对象
                    p = this.factory.makeObject();
                    //创建完成校验，如果失败
                    if (this.getTestOnCreate()) {
                        if (!this.factory.validateObject(p)) {
                            this.createCount.decrementAndGet();
                            ac = null;
                            var22 = false;
                            break label190;
                        }

                        var22 = false;
                    } else {
                        var22 = false;
                    }
                } catch (Throwable var27) {
                    this.createCount.decrementAndGet();
                    throw var27;
                } finally {
                //没有创建成功对象解锁
                    if (var22) {
                        synchronized(this.makeObjectCountLock) {
                            --this.makeObjectCount;
                            this.makeObjectCountLock.notifyAll();
                        }
                    }
                }
				//解锁
                synchronized(this.makeObjectCountLock) {
                    --this.makeObjectCount;
                    this.makeObjectCountLock.notifyAll();
                }
				//给对象+回收配置
                ac = this.abandonedConfig;
                if (ac != null && ac.getLogAbandoned()) {
                    p.setLogAbandoned(true);
                    p.setRequireFullStackTrace(ac.getRequireFullStackTrace());
                }
				//创建次数+1
                this.createdCount.incrementAndGet();
                //添加到对象池
                this.allObjects.put(new IdentityWrapper(p.getObject()), p);
                return p;
            }
			//对象校验失败，释放锁
            synchronized(this.makeObjectCountLock) {
                --this.makeObjectCount;
                this.makeObjectCountLock.notifyAll();
                return ac;
            }
        }
    }

还对象

 public void returnObject(T obj) {
        PooledObject<T> p = (PooledObject)this.allObjects.get(new IdentityWrapper(obj));
        //没有获取到对象
        if (p == null) {
        //如果对象没有回收配置
            if (!this.isAbandonedConfig()) {
                throw new IllegalStateException("Returned object not currently part of this pool");
            }
        } else {
	        //标记归还状态
            this.markReturningState(p);
            long activeTime = p.getActiveTimeMillis();
            //配置了，返回时校验，同时校验不通过
            if (this.getTestOnReturn() && !this.factory.validateObject(p)) {
                try {
                //销毁对象
                    this.destroy(p);
                } catch (Exception var10) {
                    this.swallowException(var10);
                }

                try {
					//如果没有空闲对象，确保有一个空闲对象
                    this.ensureIdle(1, false);
                } catch (Exception var9) {
                    this.swallowException(var9);
                }
				 //更新活动时间
                this.updateStatsReturn(activeTime);
            } else {
                try {
                //钝化对象，自我实现
                    this.factory.passivateObject(p);
                } catch (Exception var12) {
                    this.swallowException(var12);

                    try {
                    //钝化出错，销毁对象
                        this.destroy(p);
                    } catch (Exception var8) {
                        this.swallowException(var8);
                    }

                    try {
					//如果没有空闲对象，确保有一个空闲对象
                        this.ensureIdle(1, false);
                    } catch (Exception var7) {
                        this.swallowException(var7);
                    }
					//更新累计活动时间
                    this.updateStatsReturn(activeTime);
                    return;
                }
				//将对象变为空闲状态
                if (!p.deallocate()) {
                    throw new IllegalStateException("Object has already been returned to this pool or is invalid");
                } else {
                //获取最大空闲数
                    int maxIdleSave = this.getMaxIdle();
                    //如果对象池已经关闭，或者最大空闲数>-1 同时最大空闲数<=空闲数
                    if (this.isClosed() || maxIdleSave > -1 && maxIdleSave <= this.idleObjects.size()) {
                        try {
                        //销毁对象
                            this.destroy(p);
                        } catch (Exception var11) {
                            this.swallowException(var11);
                        }
                    } else {
                    //否则就将此对象添加到空闲队列
                        if (this.getLifo()) {
                            this.idleObjects.addFirst(p);
                        } else {
                            this.idleObjects.addLast(p);
                        }
						//如果池子关闭了，清空
                        if (this.isClosed()) {
                            this.clear();
                        }
                    }
					//更新累计活动时间
                    this.updateStatsReturn(activeTime);
                }
            }
        }
    }

总结

至此apache-common-pool2的相关的使用和分析结束，对连接池有了更多的理解，个人使用案例参考之前做过另一篇笔记common-pool2实现sftp连接池

官方文档：https://javadoc.io/doc/org.apache.commons/commons-pool2/latest/index.html