关于java:面试官什么是对象池有什么用别说你还不会

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作者：Hai Xiang \
来自：https://www.cnblogs.com/haixi…

对象池顾名思义就是寄存对象的池，与咱们常听到的线程池、数据库连接池、http 连接池等一样，都是典型的池化设计思维。

对象池的长处就是能够集中管理池中对象，缩小频繁创立和销毁长期应用的对象，从而晋升复用性，以节约资源的耗费，能够无效防止频繁为对象分配内存和开释堆中内存，进而加重 jvm 垃圾收集器的累赘，防止内存抖动。

Apache Common Pool2 是 Apache 提供的一个通用对象池技术实现，能够不便定制化本人须要的对象池，赫赫有名的 Redis 客户端 Jedis 外部连接池就是基于它来实现的。

外围接口

Apache Common Pool2 的外围外部类如下：

  • ObjectPool：对象池接口，对象池实体，取用对象的中央
    • 对象的提供与偿还(工厂来操作)：borrowObject returnObject
    • 创建对象(应用工厂来创立)：addObject
    • 销毁对象(应用工厂来销毁)：invalidateObject
    • 池中闲暇对象数量、被应用对象数量：getNumActive getNumIdle
  • PooledObject：被包装的对象，是池中的对象，除了对象自身之外蕴含了创立工夫、上次被调用工夫等泛滥信息
  • PooledObjectFactory：对象工厂，治理对象的生命周期，提供了对象创立、销毁、验证、钝化、激活等一系列性能
  • BaseObjectPoolConfig：提供一些必要的配置，例如闲暇队列是否先进先出、工厂创建对象前是否须要测试、对象从对象池取出时是否测试等根底属性，GenericObjectPoolConfig继承了本类做了默认配置，咱们在理论应用中继承它即可，能够联合业务状况扩大对象池配置，例如数据库连接池线程前缀、字符串池长度或名称规定等
  • KeyedObjectPool<K,V>：键值对模式的对象池接口，应用场景很少
  • KeyedPooledObjectFactory<K,V>：同上，为键值对对象池治理对象的工厂

池对象的状态

查看源码 PooledObjectState 枚举下列出了池对象所有可能处于的状态。

public enum PooledObjectState {
    // 在闲暇队列中, 还未被应用
    IDLE,
    // 应用中
    ALLOCATED,
    // 在闲暇队列中, 以后正在测试是否满足被驱赶的条件
    EVICTION,
      // 不在闲暇队列中，目前正在测试是否可能被驱赶。因为在测试过程中，试图借用对象，并将其从队列中删除。// 回收测试实现后，它应该被返回到队列的头部。EVICTION_RETURN_TO_HEAD,
      // 在队列中，正在被校验
    VALIDATION,
      // 不在队列中，以后正在验证。该对象在验证时被借用，因为配置了 testOnBorrow，// 所以将其从队列中删除并事后调配。一旦验证实现，就应该调配它。VALIDATION_PREALLOCATED,
      // 不在队列中，以后正在验证。在之前测试是否将该对象从队列中移除时，曾尝试借用该对象。// 一旦验证实现，它应该被返回到队列的头部。VALIDATION_RETURN_TO_HEAD,
      // 有效状态(如驱赶测试或验证)，并将 / 已被销毁
    INVALID,
      // 断定为有效, 将会被设置为废除
    ABANDONED,
      // 正在应用结束, 返回池中
    RETURNING
}

状态了解

  • abandoned：被借出后，长时间未被应用则被标记为该状态。如代码所示，当该对象处于 ALLOCATED 状态，即被借出应用中，间隔上次被应用的工夫超过了设置的 getRemoveAbandonedTimeout 则被标记为废除。
private void removeAbandoned(final AbandonedConfig abandonedConfig) {
            // Generate a list of abandoned objects to remove
            final long now = System.currentTimeMillis();
            final long timeout =
                    now - (abandonedConfig.getRemoveAbandonedTimeout() * 1000L);
            final ArrayList<PooledObject<T>> remove = new ArrayList<>();
            final Iterator<PooledObject<T>> it = allObjects.values().iterator();
            while (it.hasNext()) {final PooledObject<T> pooledObject = it.next();
                synchronized (pooledObject) {if (pooledObject.getState() == PooledObjectState.ALLOCATED &&
                            pooledObject.getLastUsedTime() <= timeout) {pooledObject.markAbandoned();
                        remove.add(pooledObject);
                    }
                }
            }

流程了解

1. 对象实在是存储在哪里？

private PooledObject<T> create() throws Exception {
        .....
        final PooledObject<T> p;
        try {p = factory.makeObject();
        .....
        allObjects.put(new IdentityWrapper<>(p.getObject()), p);
        return p;
 }

咱们查看 allObjects，所有对象都存储于 ConcurrentHashMap，除了被杀掉的对象。

/*
     * All of the objects currently associated with this pool in any state. It
     * excludes objects that have been destroyed. The size of
     * {@link #allObjects} will always be less than or equal to {@link
     * #_maxActive}. Map keys are pooled objects, values are the PooledObject
     * wrappers used internally by the pool.
     */
    private final Map<IdentityWrapper<T>, PooledObject<T>> allObjects =
        new ConcurrentHashMap<>();

2. 取用对象的逻辑归纳如下

  • 首先依据 AbandonedConfig 配置判断是否取用对象前执行清理操作
  • 再从 idleObject 中尝试获取对象，获取不到就创立新的对象
    • 判断 blockWhenExhausted 是否设置为 true，(这个配置的意思是当对象池的active 状态的对象数量曾经达到最大值 maxinum 时是否进行阻塞直到有闲暇对象)
    • 是的话依照设置的 borrowMaxWaitMillis 属性期待可用对象
  • 有可用对象后调用工厂的 factory.activateObject 办法激活对象
  • 当 getTestOnBorrow 设置为 true 时，调用 factory.validateObject(p) 对对象进行校验，通过校验后执行下一步
  • 调用 updateStatsBorrow 办法，在对象被胜利借出后更新一些统计项，例如返回对象池的对象个数等
//....
private final LinkedBlockingDeque<PooledObject<T>> idleObjects;
//....
public T borrowObject(final long borrowMaxWaitMillis) throws Exception {assertOpen();
    final AbandonedConfig ac = this.abandonedConfig;
    if (ac != null && ac.getRemoveAbandonedOnBorrow() &&
            (getNumIdle() < 2) &&
            (getNumActive() > getMaxTotal() - 3) ) {removeAbandoned(ac);
    }
    PooledObject<T> p = null;
    // Get local copy of current config so it is consistent for entire
    // method execution
    final boolean blockWhenExhausted = getBlockWhenExhausted();
    boolean create;
    final long waitTime = System.currentTimeMillis();
    while (p == null) {
        create = false;
        p = idleObjects.pollFirst();
        if (p == null) {p = create();
            if (p != null) {create = true;}
        }
        if (blockWhenExhausted) {if (p == null) {if (borrowMaxWaitMillis < 0) {p = idleObjects.takeFirst();
                } else {
                    p = idleObjects.pollFirst(borrowMaxWaitMillis,
                            TimeUnit.MILLISECONDS);
                }
            }
            if (p == null) {
                throw new NoSuchElementException("Timeout waiting for idle object");
            }
        } else {if (p == null) {throw new NoSuchElementException("Pool exhausted");
            }
        }
        if (!p.allocate()) {p = null;}
        if (p != null) {
            try {factory.activateObject(p);
            } catch (final Exception e) {
                try {destroy(p, DestroyMode.NORMAL);
                } catch (final Exception e1) {// Ignore - activation failure is more important}
                p = null;
                if (create) {
                    final NoSuchElementException nsee = new NoSuchElementException("Unable to activate object");
                    nsee.initCause(e);
                    throw nsee;
                }
            }
            if (p != null && getTestOnBorrow()) {
                boolean validate = false;
                Throwable validationThrowable = null;
                try {validate = factory.validateObject(p);
                } catch (final Throwable t) {PoolUtils.checkRethrow(t);
                    validationThrowable = t;
                }
                if (!validate) {
                    try {destroy(p, DestroyMode.NORMAL);
                        destroyedByBorrowValidationCount.incrementAndGet();} catch (final Exception e) {// Ignore - validation failure is more important}
                    p = null;
                    if (create) {
                        final NoSuchElementException nsee = new NoSuchElementException("Unable to validate object");
                        nsee.initCause(validationThrowable);
                        throw nsee;
                    }
                }
            }
        }
    }
    updateStatsBorrow(p, System.currentTimeMillis() - waitTime);
    return p.getObject();}

3. 工厂的 passivateObject(PooledObject<T> p) 和passivateObject(PooledObject<T> p)即对象的激活和钝化办法有什么用？

如图在对象应用完被返回对象池时，如果校验失败间接销毁，如果校验通过须要先钝化对象再存入闲暇队列。至于激活对象的办法在上述取用对象时也会先激活再被取出。因而咱们能够发现处于闲暇和应用中的对象他们除了状态不统一，咱们也能够通过激活和钝化的形式在他们之间减少新的差别，例如咱们要做一个 Elasticsearch 连接池，每个对象就是一个带有 ip 和端口的连贯实例，很显然拜访 es 集群是多个不同的 ip，所以每次拜访的 ip 不肯定雷同，咱们则能够在激活操作为对象赋值 ip 和端口，钝化操作中将 ip 和端口归为默认值或者空，这样流程更为规范。

public void returnObject(final T obj) {final PooledObject<T> p = allObjects.get(new IdentityWrapper<>(obj));
        //....
    // 校验失败间接销毁 return
            //...
    try {factory.passivateObject(p);
    } catch (final Exception e1) {swallowException(e1);
        try {destroy(p, DestroyMode.NORMAL);
        } catch (final Exception e) {swallowException(e);
        }
        try {ensureIdle(1, false);
        } catch (final Exception e) {swallowException(e);
        }
        updateStatsReturn(activeTime);
        return;
    }
        //......
        // 返回闲暇队列
}

对象池相干配置项

对象池提供了许多配置项，在咱们应用的 GenericObjectPool 默认根底对象池中能够通过构造方法传参传入 GenericObjectPoolConfig，当然咱们也能够看GenericObjectPoolConfig 底层实现的根底类BaseObjectPoolConfig，具体蕴含如下配置:

  • maxTotal：对象池中最大应用数量，默认为 8
  • maxIdle：对象中闲暇对象最大数量，默认为 8
  • minIdle：对象池中闲暇对象最小数量，默认为 8
  • lifo：当去获取对象池中的闲暇实例时，是否须要遵循后进先出的准则，默认为true
  • blockWhenExhausted：当对象池处于 exhausted 状态，即可用实例为空时，是否阻塞来获取实例的线程，默认 true
  • fairness：当对象池处于 exhausted 状态，即可用实例为空时，大量线程在同时阻塞期待获取可用的实例，fairness配置来管制是否启用偏心锁算法，即先到先得，默认为 false。这一项的前提是blockWhenExhausted 配置为true
  • maxWaitMillis：最大阻塞工夫，当对象池处于 exhausted 状态，即可用实例为空时，大量线程在同时阻塞期待获取可用的实例，如果阻塞工夫超过了 maxWaitMillis 将会抛出异样。当此值为正数时，代表无限期阻塞直到可用。默认为-1
  • testOnCreate：创建对象前是否校验（即调用工厂的 validateObject() 办法），如果测验失败，那么 borrowObject() 返回将失败，默认为false
  • testOnBorrow：取用对象前是否测验，默认为false
  • testOnReturn：返回对象池前是否测验，即调用工厂的returnObject()，若测验失败会销毁对象而不是返回池中，默认为false
  • timeBetweenEvictionRunsMillis：驱赶周期，默认为 -1 代表不进行驱赶测试
  • testWhileIdle：处于 idle 队列中即闲置的对象是否被驱赶器进行驱赶验证，当该对象上次运行工夫距以后超过了 setTimeBetweenEvictionRunsMillis(long)) 设置的值，将会被驱赶验证，调用 validateObject() 办法，若验证胜利，对象将会销毁。默认为false

应用步骤

  1. 创立工厂类：通过继承 BaseGenericObjectPool 或者实现根底接口PooledObjectFactory, 并依照业务需要重写对象的创立、销毁、校验、激活、钝化办法，其中销毁多为连贯的敞开、置空等。
  2. 创立池：通过继承 GenericObjectPool 或者实现根底接口ObjectPool，倡议应用前者，它为咱们提供了闲暇对象驱赶检测机制（行将闲暇队列中长时间未应用的对象销毁，升高内存占用），以及提供了很多对象的根本信息，例如对象最初被应用的工夫、应用对象前是否测验等。
  3. 创立池相干配置（可选）：通过继承 GenericObjectPoolConfig 或者继承BaseObjectPoolConfig，来减少对线程池的配置管制，倡议应用前者，它为咱们实现了根本办法，只须要本人增加须要的属性即可。
  4. 创立包装类（可选）：即要存在于对象池中的对象，在理论对象之外增加许多根底属性，便于理解对象池中对象的实时状态。

注意事项

咱们尽管应用了默认实现，然而也应该结合实际生产状况进行优化，不能应用了线程池而性能却更低了。在应用中咱们应留神以下事项：

  • 要为对象池设置闲暇队列最大最小值，默认最大最小值，默认最大为 8 往往不能满足需要
private volatile int maxIdle = GenericObjectPoolConfig.DEFAULT_MAX_IDLE;
private volatile int minIdle = GenericObjectPoolConfig.DEFAULT_MIN_IDLE;
public static final int DEFAULT_MAX_IDLE = 8;
public static final int DEFAULT_MIN_IDLE = 0;
  • 对象池设置 maxWaitMillis 属性，即取用对象最大等待时间
  • 应用完对象及时开释对象，将对象返回池中，特地是产生了异样也要通过 try..chatch..finally 的形式确保开释，防止占用资源

咱们开展讲讲注意事项，首先为什么要设置maxWaitMillis，咱们取用对象应用的如下办法

public T borrowObject() throws Exception {return borrowObject(getMaxWaitMillis());
}

能够看到默认的最大等待时间为-1L

private volatile long maxWaitMillis =
    BaseObjectPoolConfig.DEFAULT_MAX_WAIT_MILLIS;
//....
public static final long DEFAULT_MAX_WAIT_MILLIS = -1L;

咱们再来查看取用对象逻辑,blockWhenExhausted默认为 true，意思是当池中不存在闲暇对象时，又来取用对象，线程将会被阻塞直到有新的可用对象。从上咱们得悉 -1L 将会执行idleObjects.takeFirst()

public T borrowObject(final long borrowMaxWaitMillis) throws Exception {
    //.......
    final boolean blockWhenExhausted = getBlockWhenExhausted();
    boolean create;
    final long waitTime = System.currentTimeMillis();
    while (p == null) {
      //.......
        if (blockWhenExhausted) {if (p == null) {if (borrowMaxWaitMillis < 0) {p = idleObjects.takeFirst();
                } else {
                    p = idleObjects.pollFirst(borrowMaxWaitMillis,
                            TimeUnit.MILLISECONDS);
                }
            }
        }
    }
}

如下，阻塞队列将会始终阻塞，直到有了闲暇对象才进行阻塞，这样的设定将会在吞吐进步时造成大面积阻塞影响

public E takeFirst() throws InterruptedException {lock.lock();
    try {
        E x;
        while ((x = unlinkFirst()) == null) {notEmpty.await();
        }
        return x;
    } finally {lock.unlock();
    }
}

还有一个注意事项就是要记得回收资源，即调用 public void returnObject(final T obj) 办法，起因不言而喻，对象池对咱们是否应用完了对象是无感知的，须要咱们调用该办法回收对象，特地是产生异样也要保障回收，因而最佳实际如下：

try{item = pool.borrowObject();
 } catch(Exception e) {log.error("....");
 } finally {pool.returnObject(item);
 }

实例应用

实例 1：实现一个简略的字符串池

创立字符串工厂

package com.anqi.demo.demopool2.pool.fac;

import org.apache.commons.pool2.BasePooledObjectFactory;
import org.apache.commons.pool2.PooledObject;
import org.apache.commons.pool2.impl.DefaultPooledObject;

/**
 * 字符串池工厂
 */
public class StringPoolFac extends BasePooledObjectFactory<String> {public StringPoolFac() {super();
    }

    @Override
    public String create() throws Exception {return "str-val-";}

    @Override
    public PooledObject<String> wrap(String s) {return new DefaultPooledObject<>(s);
    }

    @Override
    public void destroyObject(PooledObject<String> p) throws Exception { }

    @Override
    public boolean validateObject(PooledObject<String> p) {return super.validateObject(p);
    }

    @Override
    public void activateObject(PooledObject<String> p) throws Exception {super.activateObject(p);
    }

    @Override
    public void passivateObject(PooledObject<String> p) throws Exception {super.passivateObject(p);
    }
}

创立字符串池

package com.anqi.demo.demopool2.pool;

import org.apache.commons.pool2.PooledObjectFactory;
import org.apache.commons.pool2.impl.GenericObjectPool;
import org.apache.commons.pool2.impl.GenericObjectPoolConfig;

/**
 * 字符串池
 */
public class StringPool extends GenericObjectPool<String> {public StringPool(PooledObjectFactory<String> factory) {super(factory);
    }

    public StringPool(PooledObjectFactory<String> factory, GenericObjectPoolConfig<String> config) {super(factory, config);
    }
}

测试主类

首先咱们咱们设置 setMaxTotal 为 2，即最多有两个对象被取出应用，设置 setMaxWaitMillis 为 3S，即最多被阻塞 3S，咱们循环取用 3 次，并不开释资源

import com.anqi.demo.demopool2.pool.fac.StringPoolFac;
import org.apache.commons.pool2.impl.GenericObjectPoolConfig;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;

public class StringPoolTest {private static final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(StringPoolTest.class);

    public static void main(String[] args) {StringPoolFac fac = new StringPoolFac();
        GenericObjectPoolConfig<String> config = new GenericObjectPoolConfig<>();
        config.setMaxTotal(2);
        config.setMinIdle(1);
        config.setMaxWaitMillis(3000);
        StringPool pool = new StringPool(fac, config);
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            String s = "";
            try {s = pool.borrowObject();
                LOG.info("str:{}", s);
            } catch (Exception e) {e.printStackTrace();
            } finally {//                if (!s.equals("")) {//                    pool.returnObject(s);
//                }
            }
        }
    }
}

后果如下, 在两次胜利调用之后，阻塞 3S，接着程序报错进行。这是因为可用资源最多为 2，若不开释将会无资源可用，新来的调用者会被阻塞 3S，之后报错取用失败。

16:18:42.499 [main] INFO com.anqi.demo.demopool2.pool.StringPoolTest - str:str-val-
16:18:42.505 [main] INFO com.anqi.demo.demopool2.pool.StringPoolTest - str:str-val-
java.util.NoSuchElementException: Timeout waiting for idle object

咱们放开正文，开释资源后失去失常执行后果

16:20:52.384 [main] INFO com.anqi.demo.demopool2.pool.StringPoolTest - str:str-val-
16:20:52.388 [main] INFO com.anqi.demo.demopool2.pool.StringPoolTest - str:str-val-
16:20:52.388 [main] INFO com.anqi.demo.demopool2.pool.StringPoolTest - str:str-val-

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正文完
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发表至： java
2021-10-16
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