java对象池框架实战分析版 Java中对象池的本质是什么？

简介对象池顾名思义就是存放对象的池，与我们常听到的线程池、数据库连接池、http连接池等一样，都是典型的池化设计思想。
对象池的优点就是可以集中管理池中对象，减少频繁创建和销毁长期使用的对象，从而提升复用性，以节约资源的消耗，可以有效避免频繁为对象分配内存和释放堆中内存，进而减轻jvm垃圾收集器的负担，避免内存抖动。
Apache Common Pool2 是Apache提供的一个通用对象池技术实现，可以方便定制化自己需要的对象池，大名鼎鼎的 Redis 客户端 Jedis 内部连接池就是基于它来实现的。
核心接口Apache Common Pool2 的核心内部类如下：

ObjectPool：对象池接口，对象池实体，取用对象的地方

对象的提供与归还(工厂来操作)：borrowObject returnObject
创建对象(使用工厂来创建)：addObject
销毁对象(使用工厂来销毁)：invalidateObject
池中空闲对象数量、被使用对象数量：getNumActive getNumIdle

PooledObject：被包装的对象，是池中的对象，除了对象本身之外包含了创建时间、上次被调用时间等众多信息
PooledObjectFactory：对象工厂，管理对象的生命周期，提供了对象创建、销毁、验证、钝化、激活等一系列功能
BaseObjectPoolConfig：提供一些必要的配置，例如空闲队列是否先进先出、工厂创建对象前是否需要测试、对象从对象池取出时是否测试等基础属性， GenericObjectPoolConfig继承了本类做了默认配置，我们在实际使用中继承它即可，可以结合业务情况扩展对象池配置，例如数据库连接池线程前缀、字符串池长度或名称规则等
KeyedObjectPool<K,V>：键值对形式的对象池接口，使用场景很少
KeyedPooledObjectFactory<K,V>：同上，为键值对对象池管理对象的工厂

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 {//在空闲队列中,还未被使用IDLE,//使用中ALLOCATED,//在空闲队列中,当前正在测试是否满足被驱逐的条件EVICTION,//不在空闲队列中，目前正在测试是否可能被驱逐。因为在测试过程中，试图借用对象，并将其从队列中删除。//回收测试完成后，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，当前正在验证。该对象在验证时被借用，由于配置了testOnBorrow ， //所以将其从队列中删除并预先分配。一旦验证完成，就应该分配它。VALIDATION_PREALLOCATED,//不在队列中，当前正在验证。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。//一旦验证完成，它应该被返回到队列的头部。VALIDATION_RETURN_TO_HEAD,//无效状态(如驱逐测试或验证) ，并将/已被销毁INVALID,//判定为无效,将会被设置为废弃ABANDONED,//正在使用完毕,返回池中RETURNING}状态理解

abandoned ：被借出后，长时间未被使用则被标记为该状态。如代码所示，当该对象处于ALLOCATED状态，即被借出使用中，距离上次被使用的时间超过了设置的getRemoveAbandonedTimeout则被标记为废弃。

private void removeAbandoned(final AbandonedConfig abandonedConfig) {// Generate a list of abandoned objects to removefinal 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);}}}流程理解【java对象池框架实战分析版 Java中对象池的本质是什么？】1.对象真实是存储在哪里？
private PooledObject<T> create() throws Exception {.....final PooledObject<T> p;try {p = factory.makeObject();.....allObjects.put(new IdentityWrapper<>(p.getObject()), p);return p; }我们查看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

首先根据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，获取不到就创建新的对象

判断blockWhenExhausted是否设置为true ， (这个配置的意思是当对象池的active状态的对象数量已经达到最大值maxinum时是否进行阻塞直到有空闲对象)
是的话按照设置的borrowMaxWaitMillis属性等待可用对象

有可用对象后调用工厂的factory.activateObject方法激活对象
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方法，在对象被成功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 executionfinal 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方法有什么用？
如以下源码所示，在对象使用完被返回对象池时，如果校验失败直接销毁，如果校验通过需要先钝化对象再存入空闲队列。至于激活对象的方法在上述取用对象时也会先激活再被取出。
因此我们可以发现处于空闲和使用中的对象他们除了状态不一致，我们也可以通过激活和钝化的方式在他们之间增加新的差异，例如我们要做一个Elasticsearch连接池，每个对象就是一个带有ip和端口的连接实例，很显然访问es集群是多个不同的ip ，所以每次访问的ip不一定相同，我们则可以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，这样流程更为标准。
public void returnObject(final T obj) {final PooledObject<T> p = allObjects.get(new IdentityWrapper<>(obj));//....//校验失败直接销毁 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;}//......//返回空闲队列}
对象池相关配置项对象池提供了许多配置项，在我们使用的GenericObjectPool默认基础对象池中可以通过构造方法传参传入GenericObjectPoolConfig ，当然我们也可以看GenericObjectPoolConfig底层实现的基础类BaseObjectPoolConfig ，具体包含如下配置:

maxTotal：对象池中最大使用数量，默认为8
maxIdle：对象中空闲对象最大数量，默认为8
minIdle：对象池中空闲对象最小数量，默认为8
lifo：当去获取对象池中的空闲实例时，是否需要遵循后进先出的原则，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等待获取可用的实例， fairness配置来控制是否启用公平锁算法，即先到先得，默认为false 。这一项的前提是blockWhenExhausted配置为true
maxWaitMillis：最大阻塞时间，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等待获取可用的实例，如果阻塞时间超过了maxWaitMillis将会抛出异常。当此值为负数时，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()方法），如果检验失败，那么borrowObject()返回将失败，默认为false
testOnBorrow：取用对象前是否检验，默认为false
testOnReturn：返回对象池前是否检验，即调用工厂的returnObject() ，若检验失败会销毁对象而不是返回池中，默认为false
timeBetweenEvictionRunsMillis：驱逐周期，默认为-1代表不进行驱逐测试
testWhileIdle：处于idle队列中即闲置的对象是否被驱逐器进行驱逐验证，当该对象上次运行时间距当前超过了setTimeBetweenEvictionRunsMillis(long))设置的值，将会被驱逐验证，调用validateObject()方法，若验证成功，对象将会销毁。默认为false

使用步骤

创建工厂类：通过继承BaseGenericObjectPool或者实现基础接口PooledObjectFactory,并按照业务需求重写对象的创建、销毁、校验、激活、钝化方法，其中销毁多为连接的关闭、置空等。
创建池：通过继承GenericObjectPool或者实现基础接口ObjectPool ，建议使用前者，它为我们提供了空闲对象驱逐检测机制（即将空闲队列中长时间未使用的对象销毁，降低内存占用），以及提供了很多对象的基本信息，例如对象最后被使用的时间、使用对象前是否检验等。
创建池相关配置（可选）：通过继承GenericObjectPoolConfig或者继承BaseObjectPoolConfig ，来增加对线程池的配置控制，建议使用前者，它为我们实现了基本方法，只需要自己添加需要的属性即可。
创建包装类（可选）：即要存在于对象池中的对象，在实际对象之外添加许多基础属性，便于了解对象池中对象的实时状态。

注意事项我们虽然使用了默认实现，但是也应该结合实际生产情况进行优化，不能使用了线程池而性能却更低了。在使用中我们应注意以下事项：

要为对象池设置空闲队列最大最小值，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
使用完对象及时释放对象，将对象返回池中，特别是发生了异常也要通过try..chatch..finally的方式确保释放，避免占用资源

我们展开讲讲注意事项，首先为什么要设置maxWaitMillis ，我们取用对象使用的如下方法
public T borrowObject() throws Exception {return borrowObject(getMaxWaitMillis());}
可以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;
我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空闲对象时，又来取用对象，线程将会被阻塞直到有新的可用对象。从上我们得知-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，阻塞队列将会一直阻塞，直到有了空闲对象才停止阻塞，这样的设定将会在吞吐提高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)方法，原因显而易见，对象池对我们是否使用完了对象是无感知的，需要我们调用该方法回收对象，特别是发生异常也要保证回收，因此最佳实践如下：
try{item = pool.borrowObject(); } catch(Exception e) {log.error("...."); } finally {pool.returnObject(item); }实例使用实例1：实现一个简单的字符串池创建字符串工厂
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();}@Overridepublic String create() throws Exception {return "str-val-";}@Overridepublic PooledObject<String> wrap(String s) {return new DefaultPooledObject<>(s);}@Overridepublic void destroyObject(PooledObject<String> p) throws Exception {}@Overridepublic boolean validateObject(PooledObject<String> p) {return super.validateObject(p);}@Overridepublic void activateObject(PooledObject<String> p) throws Exception {super.activateObject(p);}@Overridepublic void passivateObject(PooledObject<String> p) throws Exception {super.passivateObject(p);}}创建字符串池
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
首先我们我们设置setMaxTotal为2 ，即最多有两个对象被取出使用，设置setMaxWaitMillis为3S ，即最多被阻塞3S ，我们循环取用3次，并不释放资源
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);//}}}}}结果如下,在两次成功调用之后，阻塞3S ，接着程序报错停止。这是因为可用资源最多为2 ，若不释放将会无资源可用，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我们放开注释，释放资源后得到正常执行结果
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-
全部代码地址
https://github.com/Motianshi/alldemo/tree/master/demo-pool2
【Java知音】公众号，每天早上8：30为您准时推送一篇技术文章在Java知音公众号内回复“面试题聚合” ，送你一份Java面试题宝典。

java对象池框架 实战分析版 Java中对象池的本质是什么？

java对象池框架实战分析版 Java中对象池的本质是什么？