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Java 如何快速实现一个连接池

作者：陈树义

有没有一个通用的库可以快速实现一个线程池呢？得益于 Java 完善的生态，前人们针对这种需要开发了一个通用库：Apache Commons Pool（下文简称 ACP）。本质上来说，ACP 库提供的是管理对象池的通用能力，当然也可以用来管理连接池了！

什么是 ACP？

ACP 库提供了一整套用于实现对象池化的 API，以及若干种各具特色的对象池实现。目前最常用的版本是 2.0 版本，相对于 1.x 版本而言，并不是简单升级。2.0 版本是对象池实现的完全重写，显著的提升了性能和可伸缩性，并且包含可靠的实例跟踪和池监控。

Apache Commons Pool 的官网地址为：Pool – Overview，想翻找相关文档资料，到这里去是最权威、最全面的。

如何使用 ACP？

要使用 ACP 实现一个线程池，首先需要先引入 ACP 的依赖包，这里以 Maven 为例。

<dependency>
	<groupId>org.apache.commons</groupId>
	<artifactId>commons-pool2</artifactId>
	<version>2.0</version>
</dependency>

要使用 ACP 实现一个对象池，大致可以分为三个步骤：

创建对象工厂

对象工厂告诉 ACP，它应该如何去创建、激活、钝化、销毁你的对象。创建对象工厂非常简单，只需要实现 ACP 的 PooledObjectFactory 接口即可。PooledObjectFactory 接口的定义如下：

public interface PooledObjectFactory<T> {
  PooledObject<T> makeObject() throws Exception;
  void destroyObject(PooledObject<T> p) throws Exception;
  boolean validateObject(PooledObject<T> p);
  void activateObject(PooledObject<T> p) throws Exception;
  void passivateObject(PooledObject<T> p) throws Exception;
}

但更多情况下，我们会继承 BasePooledObjectFactory 类来实现对象工厂。因为 BasePooledObjectFactory 类是 PooledObjectFactory 的基础实现类，使用它可以帮我们省了很多麻烦。通过继承这个抽象类，我们只需要实现两个方法：create() 和 wrap() 方法。

// 告诉 ACP 如何创建对象
public abstract T create() throws Exception;
// 定义你要返回的对象
public abstract PooledObject<T> wrap(T obj);

create() 方法定义你的对象初始化过程，最后将初始化完成的对象返回。例如你想定义一个 SFTP 的连接，那么你首先需要定义一个 JSch 对象，之后设置账号密码，之后连接服务器，最后返回一个 ChannelSftp 对象。

public ChannelSftp create() {
    // SFTP 连接的创建过程
}

wrap() 方法定义你要返回的对象，对于一个 SFTP 的连接池来说，其实就是一个 ChannelSftp 对象。一般情况下可以使用类 DefaultPooledObject 替代，参考实现如下：

@Override
public PooledObject<Foo> wrap(Foo foo) {
    return new DefaultPooledObject<Foo>(foo);
}

创建对象池

创建好对象工厂之后，ACP 已经知道你需要的对象如何创建了。那么接下来，你需要根据你的实际需要，去创建一个对象池。在 ACP 中，我们通过 GenericObjectPool 以及 GenericObjectPoolConfig 来创建一个对象池。

// 声明一个对象池
private GenericObjectPool<ChannelSftp> sftpConnectPool;

// 设置连接池配置
        GenericObjectPoolConfig poolConfig = new GenericObjectPoolConfig();
        poolConfig.setEvictionPolicyClassName("tech.shuyi.javacodechip.acp.SftpEvictionPolicy");
        poolConfig.setBlockWhenExhausted(true);
        poolConfig.setJmxEnabled(false);
        poolConfig.setMaxWaitMillis(1000 * 10);
        poolConfig.setTimeBetweenEvictionRunsMillis(60 * 1000);
        poolConfig.setMinEvictableIdleTimeMillis(20 * 1000);
        poolConfig.setTestWhileIdle(true);
        poolConfig.setTestOnReturn(true);
        poolConfig.setTestOnBorrow(true);
        poolConfig.setMaxTotal(3);
        // 设置抛弃策略
        AbandonedConfig abandonedConfig = new AbandonedConfig();
        abandonedConfig.setRemoveAbandonedOnMaintenance(true);
        abandonedConfig.setRemoveAbandonedOnBorrow(true);
        this.sftpConnectPool = new GenericObjectPool<>(sftpConnectFactory, poolConfig, abandonedConfig);

在上面创建 SFTP 连接池的代码中，我们配置了一些线程池的参数以及设置了抛弃策略。抛弃策略是非常重要的，如果没有设置抛弃策略，那么会拿到失效的连接从而导致获取文件失败。抛弃策略是通过 poolConfig.setEvictionPolicyClassName 来设置的，我们这里设置的是 SftpEvictionPolicy 类，其代码内容如下：

@Slf4j
@Component
public class SftpEvictionPolicy implements EvictionPolicy<com.jcraft.jsch.ChannelSftp> {
    @Override
    public boolean evict(EvictionConfig config, PooledObject<com.jcraft.jsch.ChannelSftp> underTest, int idleCount) {
        try {
            // 连接失效时进行驱逐
            if (!underTest.getObject().isConnected()) {
                log.warn("connect time out, evict the connection. time={}",System.currentTimeMillis() - underTest.getLastReturnTime());
                return true;
            }
        }catch (Exception e){
            return true;
        }
        return false;
    }
}

看到这里，创建线程池的代码就结束了，SftpConnectPool 文件的全部内容如下：

@Slf4j
public class SftpConnectPool {

    private GenericObjectPool<ChannelSftp> sftpConnectPool;

    public SftpConnectPool(SftpConnectFactory sftpConnectFactory) {
        // 设置连接池配置
        GenericObjectPoolConfig poolConfig = new GenericObjectPoolConfig();
        poolConfig.setEvictionPolicyClassName("tech.shuyi.javacodechip.acp.SftpEvictionPolicy");
        poolConfig.setBlockWhenExhausted(true);
        poolConfig.setJmxEnabled(false);
        poolConfig.setMaxWaitMillis(1000 * 10);
        poolConfig.setTimeBetweenEvictionRunsMillis(60 * 1000);
        poolConfig.setMinEvictableIdleTimeMillis(20 * 1000);
        poolConfig.setTestWhileIdle(true);
        poolConfig.setTestOnReturn(true);
        poolConfig.setTestOnBorrow(true);
        poolConfig.setMaxTotal(3);
        // 设置抛弃策略
        AbandonedConfig abandonedConfig = new AbandonedConfig();
        abandonedConfig.setRemoveAbandonedOnMaintenance(true);
        abandonedConfig.setRemoveAbandonedOnBorrow(true);
        this.sftpConnectPool = new GenericObjectPool<>(sftpConnectFactory, poolConfig, abandonedConfig);
    }

    public ChannelSftp borrowObject() {
        try {
            return sftpConnectPool.borrowObject();
        } catch (Exception e) {
            log.error("borrowObject error", e);
            return null;
        }
    }

    public void returnObject(ChannelSftp channelSftp) {
        if (channelSftp!=null) {
            sftpConnectPool.returnObject(channelSftp);
        }
    }
}

为了方便使用，我还增加了 borrowObject 和 returnObject 方法，但这两个并不是必须的。在这两个方法中，我们分别调用了 GenericObjectPool 类的 borrowObject 方法和 returnObject 方法。这正是 ACP 提供的、使用线程池对象的方法，先借一个对象，之后归还对象。

注：其实在这一步，已经包含了对象池的使用了。但实际使用的时候，我们经常是将对象池的声明与使用放在同一个类中，因此为了讲解方便，这里没有分开。因此下文的使用对象池，本质上是对对象池做进一步封装。

使用对象池

到这里我们的 SFTP 对象池就已经创建完毕了，是不是非常简单呢！但在实际的工作中，我们通常会在这基础上，做一些封装。对于我们这次的 SFTP 连接池来说，我们会对外直接提供下载文件的服务，将 SFTP 对象池进一步封装起来，不需要关心怎么获取文件。

public class SftpFileHelper {

    @Autowired
    private SftpConnectPool sftpConnectPool;

    public void download(String dir, String file, String saveUrl)throws IOException {
        ChannelSftp sftp = sftpConnectPool.borrowObject();
        log.info("begin to download file, dir={}, file={}, saveUrl={}", dir, file, saveUrl);
        try {
            if (!StringUtils.isEmpty(dir)) {
                sftp.cd(dir);
            }
            File downloadFile = new File(saveUrl);
            sftp.get(file, new FileOutputStream(downloadFile));
        }catch (Exception e){
            log.warn("下载文件失败", e);
        }finally {
            sftpConnectPool.returnObject(sftp);
        }
        log.info("file:{} is download successful", file);
    }
}

最后我们写一个测试用例来试一试，是否能正常下载文件。

@RunWith(SpringRunner.class)
@SpringBootTest
@Slf4j
public class SftpFileHelperTest {

    @Autowired
    private SftpFileHelper sftpFileHelper;

    @Test
    public void testDownloadFtpFile() throws Exception {
        sftpFileHelper.download("dir", "fileName", "fileName");
    }
}

总结

本文针对 Apache Commons Pool 库最常用的对象池功能做了演示。看完这篇文章，我们知道创建一个线程池需要三个步骤，分别是：

本文相关代码存放在博主 Github 项目：java-code-chip 中，可以点击地址获取：java-code-chip/src/main/java/tech/shuyi/javacodechip/acp at master · chenyurong/java-code-chip

ACP 库能够让读者朋友们快速地创建一个对象池，更加专注于业务内容。但事实上，ACP 提供的内容远不止如此，它还有更多更高级的功能。

例如当我们连接的 SFTP 服务器有多个时，我们需要通过不同地址来获得不同的连接对象。此时最笨的办法是每个不同的地址，都复制多一份代码，然后通过不同类的不同方法来实现。但这样的情况工作量相当可观，并且也会有很多重复代码。这种时候就可以使用BaseKeyedPooledObjectFactory 来替代 BasePooledObjectFactory，从而实现通过 key 来实现不同地址的连接对象管理。

更多关于 ACP 的内容，感兴趣的同学可以自行探索，这里就不深入讲解了。

另一种实现方式：

泛型接口ConnectionPool.java

public interface ConnectionPool&lt;T&gt; {

    /**
     * 初始化池资源
     * @param maxActive 池中最大活动连接数
     * @param maxWait 最大等待时间
     */
    void init(Integer maxActive, Long maxWait);

    /**
     * 从池中获取资源
     * @return 连接资源
     */
    T getResource() throws Exception;

    /**
     * 释放连接
     * @param connection 正在使用的连接
     */
    void release(T connection) throws Exception;

    /**
     * 释放连接池资源
     */
    void close();


}

以zookeeper为例，实现zookeeper连接池，ZookeeperConnectionPool.java

public class ZookeeperConnectionPool implements ConnectionPool&lt;ZooKeeper&gt; {
    //最大活动连接数
    private Integer maxActive; 
    //最大等待时间
    private Long maxWait; 
    //空闲队列
    private LinkedBlockingQueue&lt;ZooKeeper&gt; idle = new LinkedBlockingQueue&lt;&gt;();
    //繁忙队列
    private LinkedBlockingQueue&lt;ZooKeeper&gt; busy = new LinkedBlockingQueue&lt;&gt;();
    //连接池活动连接数
    private AtomicInteger activeSize = new AtomicInteger(0);
    //连接池关闭标记
    private AtomicBoolean isClosed = new AtomicBoolean(false);
    //总共获取的连接记数
    private AtomicInteger createCount = new AtomicInteger(0);
    //等待zookeeper客户端创建完成的计数器
    private static ThreadLocal&lt;CountDownLatch&gt; latchThreadLocal = ThreadLocal.withInitial(() -&gt; new CountDownLatch(1));

    public ZookeeperConnectionPool(Integer maxActive, Long maxWait) {
        this.init(maxActive, maxWait);
    }

    @Override
    public void init(Integer maxActive, Long maxWait) {
        this.maxActive = maxActive;
        this.maxWait = maxWait;
    }

    @Override
    public ZooKeeper getResource() throws Exception {
        ZooKeeper zooKeeper;
        Long nowTime = System.currentTimeMillis();
        final CountDownLatch countDownLatch = latchThreadLocal.get();
        
        //空闲队列idle是否有连接
        if ((zooKeeper = idle.poll()) == null) {
            //判断池中连接数是否小于maxActive
            if (activeSize.get() &lt; maxActive) {
                //先增加池中连接数后判断是否小于等于maxActive
                if (activeSize.incrementAndGet() &lt;= maxActive) {
                    //创建zookeeper连接
                    zooKeeper = new ZooKeeper("localhost", 5000, (watch) -&gt; {
                        if (watch.getState() == Watcher.Event.KeeperState.SyncConnected) {
                            countDownLatch.countDown();
                        }
                    });
                    countDownLatch.await();
                    System.out.println("Thread:" + Thread.currentThread().getId() + "获取连接：" + createCount.incrementAndGet() + "条");
                    busy.offer(zooKeeper);
                    return zooKeeper;
                } else {
                    //如增加后发现大于maxActive则减去增加的
                    activeSize.decrementAndGet();
                }
            }
            //若活动线程已满则等待busy队列释放连接
            try {
                System.out.println("Thread:" + Thread.currentThread().getId() + "等待获取空闲资源");
                Long waitTime = maxWait - (System.currentTimeMillis() - nowTime);
                zooKeeper = idle.poll(waitTime, TimeUnit.MILLISECONDS);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new Exception("等待异常");
            }
            //判断是否超时
            if (zooKeeper != null) {
                System.out.println("Thread:" + Thread.currentThread().getId() + "获取连接：" + createCount.incrementAndGet() + "条");
                busy.offer(zooKeeper);
                return zooKeeper;
            } else {
                System.out.println("Thread:" + Thread.currentThread().getId() + "获取连接超时，请重试！");
                throw new Exception("Thread:" + Thread.currentThread().getId() + "获取连接超时，请重试！");
            }
        }
        //空闲队列有连接，直接返回
        busy.offer(zooKeeper);
        return zooKeeper;
    }

    @Override
    public void release(ZooKeeper connection) throws Exception {
        if (connection == null) {
            System.out.println("connection 为空");
            return;
        }
        if (busy.remove(connection)){
            idle.offer(connection);
        } else {
            activeSize.decrementAndGet();
            throw new Exception("释放失败");
        }
    }

    @Override
    public void close() {
        if (isClosed.compareAndSet(false, true)) {
            idle.forEach((zooKeeper) -&gt; {
                try {
                    zooKeeper.close();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            });
            busy.forEach((zooKeeper) -&gt; {
                try {
                    zooKeeper.close();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            });
        }
    }
}

测试用例

这里创建20个线程并发测试连接池，Test.java

public class Test {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        int threadCount = 20;
        Integer maxActive = 10;
        Long maxWait = 10000L;
        ZookeeperConnectionPool pool = new ZookeeperConnectionPool(maxActive, maxWait);
        CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(20);
        for (int i = 0; i &lt; threadCount; i++) {
            new Thread(() -&gt; {
                countDownLatch.countDown();
                try {
                    countDownLatch.await();
                    ZooKeeper zooKeeper = pool.getResource();
                    Thread.sleep(2000);
                    pool.release(zooKeeper);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }

            }).start();
        }
        while (true){

        }
    }
}

以上就是Java 如何快速实现一个连接池的详细内容，更多关于Java 连接池的资料请关注脚本之家其它相关文章！

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