如何快速实现一个连接池？

Posted 2021-05-27 陈树义

文章首发于公众号「架构师指南」及个人博客 shuyi.tech，欢迎关注访问。

在实际工作中，我们经常会用到各种连接池，例如：连接 FTP 服务器的连接数有限，需要建立一个连接池；连接数据库的连接数有限，需要建立一个连接池。那我们如何去快速实现一个连接池呢？

无论是 FTP 连接池，还是数据库连接池，我们会发现它们都有相同的地方，它们都需要：生命周期管理、连接创建管理等等。如果我们从零开始去实现这些功能，那我们要耗费的时间就很长了！那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：告诉 ACP 如何创建你要的对象。
• 创建对象池：告诉 ACP 你想创建一个怎样的对象池。
• 使用对象池：ACP 告诉你如何使用你的对象。

创建对象工厂

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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");
    }
}

没有意外的话，你会看到一条绿线，文件已经被成功下载了！

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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：

• 创建对象工厂：告诉 ACP 如何创建你要的对象。
• 创建对象池：告诉 ACP 你想创建一个怎样的对象池、设置驱逐策略。
• 使用对象池：ACP 告诉你如何使用你的对象。

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。

谢谢大家的阅读。如果文章对你有帮助，点个「点赞」 ，或者分享到朋友圈 吧。

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参考资料

• Apache Commons 系列简介 之 Pool-阿里云开发者社区
• Apache Common Pool2 对象池应用浅析 - 知乎
• Pool – Project Information