Java 中对象池的本质是什么？

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。

1 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。

2 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。

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 getRemoveAbandonedTimeou t则被标记为废弃。

3 流程理解

1. 对象真实是存储在哪里？

我们查看 allObjects，所有对象都存储于 ConcurrentHashMap，除了被杀掉的对象。

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) 为对象进行校验，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。

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。

4 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。

5 使用步骤

1. 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；
2. 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；
3. 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；
4. 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。

6 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。

• 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：

可以看到默认的最大等待时间为 -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()。

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。

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：

7 实例使用

7.1 实现一个简单的字符串池

创建字符串工厂

创建字符串池

测试主类

首先，我们设置 setMaxTotal 为 2，即最多有两个对象被取出使用。设置 setMaxWaitMillis 为 3 秒，即最多被阻塞 3 秒，我们循环取用3次，并不释放资源。

在两次成功调用之后，阻塞 3 秒，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 3 秒，之后报错取用失败。

结果如下：

我们放开注释，释放资源后得到正常执行结果：

全部代码地址：github.com/Motianshi/alldemo/tree/master/demo-pool2

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