Java中的池化技术

一些废话

作为一名Java开发人员，池化技术或多或少在业务代码中使用。常见的包括线程池、连接池等。也是因为Java语言超级丰富的基建，基本上这些池化能力都有着相对成熟的“工具”。

比如，需要使用线程池的时候常常会选择Spring提供的 ThreadPoolTaskExecutor，工具内部替我们维护了线程的生命周期与任务的状态变化。

线程池的运转流程图

正文开始

在笔者的业务场景里，java服务需要通过命令行启动一个特殊进程，并在进程使用完后将其销毁。而业务对启动这个进程的整体耗时较为敏感，打算利用池化技术，将进程池化复用，去除启动进程的消耗，达到优化性能的目标。

认识 GenericObjectPool

池化技术的概念大家可能都比较熟悉了，但真正要从零开始实现池化能力，就会感觉困难很多。好在Java丰富的基建在提供ThreadPoolTaskExecutor的同时，也提供了GenericObjectPool这个辅助我们实现自定义对象池化的工具。

顺带提一句，JedisPool就是使用这个工具实现的。

GenericObjectPool构造方法一共就3个参数，只有PooledObjectFactory必传;

/**
 * Creates a new {@code GenericObjectPool} that tracks and destroys
 * objects that are checked out, but never returned to the pool.
 *
 * @param factory   The object factory to be used to create object instances
 *                  used by this pool
 * @param config    The base pool configuration to use for this pool instance.
 *                  The configuration is used by value. Subsequent changes to
 *                  the configuration object will not be reflected in the
 *                  pool.
 * @param abandonedConfig  Configuration for abandoned object identification
 *                         and removal.  The configuration is used by value.
 */
public GenericObjectPool(final PooledObjectFactory<T> factory,
        final GenericObjectPoolConfig<T> config, final AbandonedConfig abandonedConfig) {
}

PooledObjectFactory 按照方法注释的描述，它是专门负责给池子创建对象实例的。当然除了创建对象(makeObject)，还包括了检验、激活、销毁对象。基本涵盖了对象生命周期中的各个阶段。

void activateObject(PooledObject<T> p) throws Exception;

void destroyObject(PooledObject<T> p) throws Exception;

PooledObject<T> makeObject() throws Exception;

void passivateObject(PooledObject<T> p) throws Exception;

boolean validateObject(PooledObject<T> p);

更加详细的说明可以浏览 GenericObjectPool's apidocs。源码的注释也很详细值得一看。

使用 GenericObjectPool

先引入依赖

<dependency>
   <groupId>org.apache.commons</groupId>
   <artifactId>commons-pool2</artifactId>
   <version>${version}</version>
</dependency>

根据自身业务实现PooledObjectFactory接口；作者的业务场景是进程池化，那么对应的创建对象、销毁对象的方法就是创建进程和销毁进程的代码。

public class MyProcessFactory implements PooledObjectFactory<MyProcess> {
    @Override
    public void destroyObject(PooledObject<MyProcess> p) throws Exception {
        final MyProcess process = p.getObject();
        if (null != process) {
            // 销毁进程
            process.stop();
        }
    }

    @Override
    public PooledObject<MyProcess> makeObject() throws Exception {
        // 这里就是去创建一个进程
        MyProcess process = new MyProcess();
        process.start();
        return new DefaultPooledObject<>(process);
    }
    
    // 剩下几个方法也可以按需实现
}

下一步就是构建 GenericObjectPool 实例

PooledObjectFactory<MyProcess> factory = new MyProcessFactory();
GenericObjectPool<MyProcess> pool = new GenericObjectPool(factory);

使用GenericObjectPool

// 获取进程实例
MyProcess process = pool.borrowObject();

// 归还实例
pool.returnObject(process);

进阶使用 GenericObjectPoolConfig

顾名思义，GenericObjectPoolConfig是池化工具的配置类；它包含了池的最大容量、池的最大空闲数、最小空闲数等核心参数。除此之外在它的父类 BaseObjectPoolConfig 中，空闲对象检测规则，对象存放队列进出规则(LIFO)等更加细节的配置。

/**
 * 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;

/**
 * The default value for the {@code minIdle} configuration attribute.
 * @see GenericObjectPool#getMinIdle()
 */
public static final int DEFAULT_MIN_IDLE = 0;

通过调整这些参数值，就能创建符合业务要求的池子。下面就是能常驻4个进程的一套配置参数。

private GenericObjectPoolConfig<MyProcess> genericObjectPoolConfig() {
    final GenericObjectPoolConfig<MyProcess> config = new GenericObjectPoolConfig<>();
    config.setMaxTotal(20); // 池的最大容量
    config.setMaxIdle(4); // 最大空闲连接数
    config.setMinIdle(0); // 最小空闲连接数
    config.setMaxWait(Duration.ofSeconds(5)); // 获取对象时最大等待时间
    config.setTimeBetweenEvictionRuns(Duration.ofMinutes(1)); // 空闲对象检查间隔
    config.setMinEvictableIdleTime(Duration.ofMinutes(10)); // 空闲对象被移除的最小空闲时间
    config.setTestOnBorrow(true);
    config.setLifo(false);
    return config;
}

后续

当然真实的业务中还会有很多不相关的逻辑夹杂其中，上文基本涵盖了池化对象搭建与配置的实现方法。最终也实现了性能优化的目标。希望此文能为大家在池化运用多些帮助。