使用Jakarta Commons Pool对象池技术
1. 为什么使用对象池技术 创建新的对象并初始化,可能会消耗很多时间。在这种对象的初始化工作中如果依赖一些rpc远程调用来创建对象,例如通过socket或者http连接远程服务资源,最典型的就是数据库服务以及远程队列(Remote Queue),建立连接 - 发送数据 -
1. 为什么使用对象池技术
创建新的对象并初始化,可能会消耗很多时间。在这种对象的初始化工作中如果依赖一些rpc远程调用来创建对象,例如通过socket或者http连接远程服务资源,最典型的就是数据库服务以及远程队列(Remote Queue),建立连接 -> 发送数据 -> 接收连接 -> 释放连接的过程无疑对于客服端来说相当繁重。在需要大量或者频繁生成这样的对象的时候,就可能会对性能造成一些不可忽略的影响。要解决这个问题在软件层面上可以使用对象池技术(Object Pooling),而Jakarta Commons Pool框架则是处理对象池化的有力外援。
2. 对象池技术解释
对象池的基本思路是:将用过的对象保存起来,等下一次需要这种对象的时候,再拿出来重复使用,从而在一定程度上减少频繁创建对象所造成的开销。用于充当保存对象的“容器”的对象,被称为“对象池”(Object Pool,或简称Pool)。
并非所有对象都适合拿来池化――因为维护对象池也要造成一定开销。对生成时开销不大的对象进行池化,反而可能会出现“维护对象池的开销”大于“生成新对象的开销”,从而使性能降低的情况。但是对于生成时开销可观的对象,池化技术就是提高性能的有效策略了。
3. Jakarta Commons Pool对象池框架
在该框架中,主要工作有两类对象:
PoolableObjectFactory:用于管理被池化的对象的产生、激活、挂起、校验和销毁;
ObjectPool:用于管理要被池化的对象的借出和归还,并通知PoolableObjectFactory完成相应的工作;
相应地,使用Pool框架的过程,也就划分成“创立PoolableObjectFactory”、“使用ObjectPool”两种动作。
3.1 使用PoolableObjectFactory
Pool框架利用PoolableObjectFactory来管理被池化的对象。ObjectPool的实例在需要处理被池化的对象的产生、激活、挂起、校验和销毁工作时,就会调用跟它关联在一起的PoolableObjectFactory实例的相应方法来操作。
PoolableObjectFactory是在org.apache.commons.pool包中定义的一个接口。实际使用的时候需要利用这个接口的一个具体实现。Pool框架本身没有包含任何一种PoolableObjectFactory实现,需要根据情况自行创立。
创立PoolableObjectFactory的大体步骤是:
创建一个实现了PoolableObjectFactory接口的类。
import org.apache.commons.pool.PoolableObjectFactory;
public class PoolableObjectFactorySample
implements PoolableObjectFactory {
private static int counter = 0;
}
为这个类添加一个Object makeObject()方法。这个方法用于在必要时产生新的对象。
public Object makeObject() throws Exception {
Object obj = String.valueOf(counter++);
System.err.println("Making Object " + obj);
return obj;
}
为这个类添加一个void activateObject(Object obj)方法。这个方法用于将对象“激活”――设置为适合开始使用的状态。
public void activateObject(Object obj) throws Exception {
System.err.println("Activating Object " + obj);
}
为这个类添加一个void passivateObject(Object obj)方法。这个方法用于将对象“挂起”――设置为适合开始休眠的状态。
public void passivateObject(Object obj) throws Exception {
System.err.println("Passivating Object " + obj);
}
为这个类添加一个boolean validateObject(Object obj)方法。这个方法用于校验一个具体的对象是否仍然有效,已失效的对象会被自动交给destroyObject方法销毁
public boolean validateObject(Object obj) {
boolean result = (Math.random() > 0.5);
System.err.println("Validating Object "
+ obj + " : " + result);
return result;
}
为这个类添加一个void destroyObject(Object obj)方法。这个方法用于销毁被validateObject判定为已失效的对象。
public void destroyObject(Object obj) throws Exception {
System.err.println("Destroying Object " + obj);
}
最后完成的PoolableObjectFactory类似这个样子:
import org.apache.commons.pool.PoolableObjectFactory; public class PoolableObjectFactorySample implements PoolableObjectFactory { private static int counter = 0; public Object makeObject() throws Exception { Object obj = String.valueOf(counter++); System.err.println("Making Object " + obj); return obj; } public void activateObject(Object obj) throws Exception { System.err.println("Activating Object " + obj); } public void passivateObject(Object obj) throws Exception { System.err.println("Passivating Object " + obj); } public boolean validateObject(Object obj) { /* 以1/2的概率将对象判定为失效 */ boolean result = (Math.random() > 0.5); System.err.println("Validating Object " + obj + " : " + result); return result; } public void destroyObject(Object obj) throws Exception { System.err.println("Destroying Object " + obj); } }
3.2 使用ObjectPool
有了合适的PoolableObjectFactory之后,便可以开始请出ObjectPool来与之同台演出了。
ObjectPool是在org.apache.commons.pool包中定义的一个接口,实际使用的时候也需要利用这个接口的一个具体实现。Pool框架本身包含了若干种现成的ObjectPool实现,可以直接利用。如果都不合用,也可以根据情况自行创建。具体的创建方法,可以参看Pool框架的文档和源码。
ObjectPool的使用方法类似这样:
生成一个要用的PoolableObjectFactory类的实例。
PoolableObjectFactory factory = new PoolableObjectFactorySample();
利用这个PoolableObjectFactory实例为参数,生成一个实现了ObjectPool接口的类(例如StackObjectPool)的实例,作为对象池。
ObjectPool pool = new StackObjectPool(factory);
需要从对象池中取出对象时,调用该对象池的Object borrowObject()方法。
Object obj = null;
obj = pool.borrowObject();
需要将对象放回对象池中时,调用该对象池的void returnObject(Object obj)方法。
pool.returnObject(obj);
当不再需要使用一个对象池时,调用该对象池的void close()方法,释放它所占据的资源。
pool.close();
这些操作都可能会抛出异常,需要另外处理。
比较完整的使用ObjectPool的全过程,可以参考这段代码:
import org.apache.commons.pool.ObjectPool; import org.apache.commons.pool.PoolableObjectFactory; import org.apache.commons.pool.impl.StackObjectPool; public class ObjectPoolSample { public static void main(String[] args) { Object obj = null; PoolableObjectFactory factory = new PoolableObjectFactorySample(); ObjectPool pool = new StackObjectPool(factory); try { for(long i = 0; i综上,UML图如下:
3.3 线程安全问题
有时候可能要在多线程环境下使用Pool框架,这时候就会遇到和Pool框架的线程安全程度有关的问题。
因为ObjectPool和KeyedObjectPool都是在org.apache.commons.pool中定义的接口,而在接口中无法使用“synchronized”来修饰方法,所以,一个ObjectPool下的各个方法是否是同步方法,完全要看具体的实现。而且,单纯地使用了同步方法,也并不能使对象就此在多线程环境里高枕无忧。
就Pool框架中自带的几个ObjectPool的实现而言,它们都在一定程度上考虑了在多线程环境中使用的情况。不过还不能说它们是完全“线程安全”的。
例如,这段代码有些时候就会有一些奇怪的表现,最后输出的结果比预期的要大:
import org.apache.commons.pool.ObjectPool; import org.apache.commons.pool.impl.StackObjectPool; class UnsafePicker extends Thread { private ObjectPool pool; public UnsafePicker(ObjectPool op) { pool = op; } public void run() { Object obj = null; try { /* 似乎…… */ if ( pool.getNumActive()要避免这种情况,就要进一步采取一些措施才行:
import org.apache.commons.pool.ObjectPool; import org.apache.commons.pool.impl.StackObjectPool; class SafePicker extends Thread { private ObjectPool pool; public SafePicker(ObjectPool op) { pool = op; } public void run() { Object obj = null; try { /* 略加处理 */ synchronized (pool) { if ( pool.getNumActive()基本上,可以说Pool框架是线程相容的。但是要在多线程环境中使用,还需要作一些特别的处理。
4. Jedis中线程池的实例
下面看一个实例,由于近期在研究Redis,所以需要找一个可靠的redis驱动,有很多开源项目,详见链接,Jedis便是其中历史较早的。相比于其他驱动,Jedis提供了一个JedisPool用于管理redis连接的池,其主要工作的包括Pool.java,JedisPool.java和JedisPoolConfig.java。
Pool.java封装了一个GenericObjectPool,负责Jedis连接的产生、校验和销毁。
package redis.clients.util; ? import org.apache.commons.pool.PoolableObjectFactory; import org.apache.commons.pool.impl.GenericObjectPool; import redis.clients.jedis.exceptions.JedisConnectionException; import redis.clients.jedis.exceptions.JedisException; ? public abstract class Pool { private final GenericObjectPool internalPool; ? public Pool(final GenericObjectPool.Config poolConfig, PoolableObjectFactory factory) { this.internalPool = new GenericObjectPool(factory, poolConfig); } ? @SuppressWarnings("unchecked") public T getResource() { try { return (T) internalPool.borrowObject(); } catch (Exception e) { throw new JedisConnectionException( "Could not get a resource from the pool", e); } } ? public void returnResourceObject(final Object resource) { try { internalPool.returnObject(resource); } catch (Exception e) { throw new JedisException( "Could not return the resource to the pool", e); } } ? public void returnBrokenResource(final T resource) { returnBrokenResourceObject(resource); } ? public void returnResource(final T resource) { returnResourceObject(resource); } ? protected void returnBrokenResourceObject(final Object resource) { try { internalPool.invalidateObject(resource); } catch (Exception e) { throw new JedisException( "Could not return the resource to the pool", e); } } ? public void destroy() { try { internalPool.close(); } catch (Exception e) { throw new JedisException("Could not destroy the pool", e); } } }JedisPool.java继承了Pool.java,内部写了一个Inner Class – BasePoolableObjectFactory,用于新建JedisPool实例时传入线程池建立、销毁、验证连接的基本方法。
package redis.clients.jedis; ? import org.apache.commons.pool.BasePoolableObjectFactory; import org.apache.commons.pool.impl.GenericObjectPool.Config; ? import redis.clients.util.Pool; ? public class JedisPool extends Pool { ? public JedisPool(final Config poolConfig, final String host) { this(poolConfig, host, Protocol.DEFAULT_PORT, Protocol.DEFAULT_TIMEOUT, null, Protocol.DEFAULT_DATABASE); } ? public JedisPool(String host, int port) { this(new Config(), host, port, Protocol.DEFAULT_TIMEOUT, null, Protocol.DEFAULT_DATABASE); } ? public JedisPool(final String host) { this(host, Protocol.DEFAULT_PORT); } ? public JedisPool(final Config poolConfig, final String host, int port, int timeout, final String password) { this(poolConfig, host, port, timeout, password, Protocol.DEFAULT_DATABASE); } ? public JedisPool(final Config poolConfig, final String host, final int port) { this(poolConfig, host, port, Protocol.DEFAULT_TIMEOUT, null, Protocol.DEFAULT_DATABASE); } ? public JedisPool(final Config poolConfig, final String host, final int port, final int timeout) { this(poolConfig, host, port, timeout, null, Protocol.DEFAULT_DATABASE); } ? public JedisPool(final Config poolConfig, final String host, int port, int timeout, final String password, final int database) { super(poolConfig, new JedisFactory(host, port, timeout, password, database)); } ? ? public void returnBrokenResource(final BinaryJedis resource) { returnBrokenResourceObject(resource); } ? public void returnResource(final BinaryJedis resource) { returnResourceObject(resource); } ? /** * PoolableObjectFactory custom impl. */ private static class JedisFactory extends BasePoolableObjectFactory { private final String host; private final int port; private final int timeout; private final String password; private final int database; ? public JedisFactory(final String host, final int port, final int timeout, final String password, final int database) { super(); this.host = host; this.port = port; this.timeout = timeout; this.password = password; this.database = database; } ? public Object makeObject() throws Exception { final Jedis jedis = new Jedis(this.host, this.port, this.timeout); ? jedis.connect(); if (null != this.password) { jedis.auth(this.password); } if( database != 0 ) { jedis.select(database); } ? return jedis; } ? public void destroyObject(final Object obj) throws Exception { if (obj instanceof Jedis) { final Jedis jedis = (Jedis) obj; if (jedis.isConnected()) { try { try { jedis.quit(); } catch (Exception e) { } jedis.disconnect(); } catch (Exception e) { ? } } } } ? public boolean validateObject(final Object obj) { if (obj instanceof Jedis) { final Jedis jedis = (Jedis) obj; try { return jedis.isConnected() && jedis.ping().equals("PONG"); } catch (final Exception e) { return false; } } else { return false; } } } }JedisPoolConfig继承了GenericObjectPool.Config,用于指定一些线程池初始化参数。
package redis.clients.jedis; ? import org.apache.commons.pool.impl.GenericObjectPool.Config; ? /** * Subclass of org.apache.commons.pool.impl.GenericObjectPool.Config that * includes getters/setters so it can be more easily configured by Spring and * other IoC frameworks. * * Spring example: * * * * * * * For information on parameters refer to: * * http://commons.apache.org/pool/apidocs/org/apache/commons/pool/impl/ * GenericObjectPool.html */ public class JedisPoolConfig extends Config { public JedisPoolConfig() { // defaults to make your life with connection pool easier :) setTestWhileIdle(true); setMinEvictableIdleTimeMillis(60000); setTimeBetweenEvictionRunsMillis(30000); setNumTestsPerEvictionRun(-1); } ? public int getMaxIdle() { return maxIdle; } ? public void setMaxIdle(int maxIdle) { this.maxIdle = maxIdle; } ? public int getMinIdle() { return minIdle; } ? public void setMinIdle(int minIdle) { this.minIdle = minIdle; } ? public int getMaxActive() { return maxActive; } ? public void setMaxActive(int maxActive) { this.maxActive = maxActive; } ? public long getMaxWait() { return maxWait; } ? public void setMaxWait(long maxWait) { this.maxWait = maxWait; } ? public byte getWhenExhaustedAction() { return whenExhaustedAction; } ? public void setWhenExhaustedAction(byte whenExhaustedAction) { this.whenExhaustedAction = whenExhaustedAction; } ? public boolean isTestOnBorrow() { return testOnBorrow; } ? public void setTestOnBorrow(boolean testOnBorrow) { this.testOnBorrow = testOnBorrow; } ? public boolean isTestOnReturn() { return testOnReturn; } ? public void setTestOnReturn(boolean testOnReturn) { this.testOnReturn = testOnReturn; } ? public boolean isTestWhileIdle() { return testWhileIdle; } ? public void setTestWhileIdle(boolean testWhileIdle) { this.testWhileIdle = testWhileIdle; } ? public long getTimeBetweenEvictionRunsMillis() { return timeBetweenEvictionRunsMillis; } ? public void setTimeBetweenEvictionRunsMillis( long timeBetweenEvictionRunsMillis) { this.timeBetweenEvictionRunsMillis = timeBetweenEvictionRunsMillis; } ? public int getNumTestsPerEvictionRun() { return numTestsPerEvictionRun; } ? public void setNumTestsPerEvictionRun(int numTestsPerEvictionRun) { this.numTestsPerEvictionRun = numTestsPerEvictionRun; } ? public long getMinEvictableIdleTimeMillis() { return minEvictableIdleTimeMillis; } ? public void setMinEvictableIdleTimeMillis(long minEvictableIdleTimeMillis) { this.minEvictableIdleTimeMillis = minEvictableIdleTimeMillis; } ? public long getSoftMinEvictableIdleTimeMillis() { return softMinEvictableIdleTimeMillis; } ? public void setSoftMinEvictableIdleTimeMillis( long softMinEvictableIdleTimeMillis) { this.softMinEvictableIdleTimeMillis = softMinEvictableIdleTimeMillis; } ? }1. 为什么使用对象池技术 创建新的对象并初始化,可能会消耗很多时间。在这种对象的初始化工作中如果依赖一些rpc远程调用来创建对象,例如通过socket或者http连接远程服务资源,最典型的就是数据库服务以及远程队列(Remote Queue),建立连接 -> 发送数据 -> 接收连接 [......]继续阅读
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