【Java】連接池、線程池 各種池【轉+整理】與享元模式。

談談連接池、線程池技術原理

參考微信公眾號 2017-12-14 杉楓 

 

這個是原文鏈接：互聯網開發者Club

 

　　做互聯網研發，最早接觸使用jdbc技術，為了數據庫連接能夠復用，會用到c3p0、dbcp等數據庫連接池。應該是研發人員最早接觸的數據庫連接池，再到httpclient http連接池，再到微服務netty連接池，redis客戶端連接池，以及jdk中線程池技術。

   這么多數據庫、http、netty連接池，jdk線程池，本質上都是連接池技術，連接池技術核心是連接或者說創建的資源復用。

   連接池技術核心：通過減少連接創建、關閉來提升性能。用於用戶后續使用，好處是后續使用不用在創建連接以及線程，因為這些都需要相關很多文件、連接資源、操作系統內核資源支持來完成構建，會消耗大量資源，並且創建、關閉會消耗應用程序大量性能。

   網絡連接本身會消耗大量內核資源，在linux系統下，網絡連接創建本身tcp/ip協議棧在內核里面，連接創建關閉會消耗大量文件句柄（linux中萬物皆文件，一種厲害抽象手段）系統資源。當下更多是應用tcp技術完成網絡傳輸，反復打開關閉，需要操作系統維護大量tcp協議棧狀態。

   連接池本質上是構建一個容器，容器來存儲創建好的線程、http連接、數據庫連接、netty連接等。對於使用方相當於黑盒，按照接口進行使用就可以了。各個連接池構建、使用管理詳細過程大概分成以下三部分。

   第一部分：首先初始化連接池，根據設置相應參數，連接池大小、核心線程數、核心連接數等參數，初始化創建數據庫、http、netty連接以及jdk線程。

   第二部分：連接池使用，前邊初始化好的連接池、線程池，直接從連接池、線程中取出資源即可進行使用，使用完后要記得交還連接池、線程池，通過池容器來對資源進行管理。

   第三部分：對於連接池維護，連接池、線程池來維護連接、線程狀態，不可用連接、線程進行銷毀，正在使用連接、線程進行狀態標注，連接、線程不夠后並且少於設置最大連接、線程數，要進行新連接、線程創建。

   通過上邊可以了解到各種連接池技術以及線程池原理或者說套路，理解原理才能不被紛繁復雜表象掩蓋。

   下面談談構建自己連接池，其實理解了連接池、線程原理，可以使用ArrayList來構建自己連接池、線程池。初始化時創建配置連接數、線程，存儲在ArrayList容器中，使用時從ArrayList從取出連接、線程進行使用，執行完任務后，提交回ArrayList容器。前提條件是單線程，在多線程狀態下要用線程安全容器。

   前邊根據原理介紹了一個簡單連接池、線程池怎樣構建，實際工業級別線程池還要考慮到連接狀態，短連接重連，線程池維護管理高效，線程池穩定等多個因素。

   需要用到連接池而又沒有相關開源產品可用時，java連接池可以使用common-pool2來構建，比如google開源gRPC技術，本身是高性能跨平台技術，但目前作為微服務使用，沒有連接池、負載均衡等相應配套，這時可以根據需要自己基於Java容器構建自己連接池。也可以利用common-pool2構建連接池來提升應用性能，以及保持高可用。common-pool2本身不僅僅可以構建連接池使用，還可以用來構建對象池。

   連接池還有一個副作用就是實現了高可用，在微服務場景下一個連接不可用，那么再從netty連接池中取出一個進行使用，避免了連接不可用問題。

   掌握原理從比較全面掌握各種池技術，避免數據庫連接池，再到httpclient http連接池，再到微服務netty連接池，redis客戶端連接池，以及jdk中線程池，對象池各種各樣池技術，使我們眼花繚亂，花費過多時間，掌握原理機制以不變應萬變。

   推廣一下這個方法，其他技術也是類似，深入掌握其原理，就可以明白其他類似技術相似原理，避免疲於應對各種新技術。但每一種架構設計與實現又與領域有着關系，也不可講原理不顧實際情況擴展。理論與架構設計、源碼學習相結合才是最好的，希望有幫助。

 

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 享元模式的主要目的是實現對象的共享，即共享池，當系統中對象多的時候可以減少內存的開銷，通常與工廠模式一起使用。

FlyWeightFactory負責創建和管理享元單元，當一個客戶端請求時，工廠需要檢查當前對象池中是否有符合條件的對象，如果有，就返回已經存在的對象，如果沒有，則創建一個新對象，FlyWeight是超類。

一提到共享池，我們很容易聯想到Java里面的JDBC連接池，想想每個連接的特點，我們不難總結出：適用於作共享的一些個對象，他們有一些共有的屬性，就拿數據庫連接池來說，url、driverClassName、username、password及dbname，這些屬性對於每個連接來說都是一樣的，所以就適合用享元模式來處理，建一個工廠類，將上述類似屬性作為內部數據，其它的作為外部數據，在方法調用時，當做參數傳進來，這樣就節省了空間，減少了實例的數量。

看個例子：

 

看下數據庫連接池的代碼：

[java] view plaincopy

1. public class ConnectionPool {  
2.       
3.     private Vector<Connection> pool;  
4.       
5.     /*公有屬性*/  
6.     private String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/test";  
7.     private String username = "root";  
8.     private String password = "root";  
9.     private String driverClassName = "com.mysql.jdbc.Driver";  
10.   
11.     private int poolSize = 100;  
12.     private static ConnectionPool instance = null;  
13.     Connection conn = null;  
14.   
15.     /*構造方法，做一些初始化工作*/  
16.     private ConnectionPool() {  
17.         pool = new Vector<Connection>(poolSize);  
18.   
19.         for (int i = 0; i < poolSize; i++) {  
20.             try {  
21.                 Class.forName(driverClassName);  
22.                 conn = DriverManager.getConnection(url, username, password);  
23.                 pool.add(conn);  
24.             } catch (ClassNotFoundException e) {  
25.                 e.printStackTrace();  
26.             } catch (SQLException e) {  
27.                 e.printStackTrace();  
28.             }  
29.         }  
30.     }  
31.   
32.     /* 返回連接到連接池 */  
33.     public synchronized void release() {  
34.         pool.add(conn);  
35.     }  
36.   
37.     /* 返回連接池中的一個數據庫連接 */  
38.     public synchronized Connection getConnection() {  
39.         if (pool.size() > 0) {  
40.             Connection conn = pool.get(0);  
41.             pool.remove(conn);  
42.             return conn;  
43.         } else {  
44.             return null;  
45.         }  
46.     }  
47. }  

通過連接池的管理，實現了數據庫連接的共享，不需要每一次都重新創建連接，節省了數據庫重新創建的開銷，提升了系統的性能！