面試官：什麼是對象池？有什麼用？别說你還不會！

對象池顧名思義就是存放對象的池，與我們常聽到的線程池、資料庫連接配接池、http連接配接池等一樣，都是典型的池化設計思想。

對象池的優點就是可以集中管理池中對象，減少頻繁建立和銷毀長期使用的對象，進而提升複用性，以節約資源的消耗，可以有效避免頻繁為對象配置設定記憶體和釋放堆中記憶體，進而減輕jvm垃圾收集器的負擔，避免記憶體抖動。

Apache Common Pool2 是Apache提供的一個通用對象池技術實作，可以友善定制化自己需要的對象池，大名鼎鼎的 Redis 用戶端 Jedis 内部連接配接池就是基于它來實作的。

核心接口

Apache Common Pool2 的核心内部類如下：

ObjectPool：對象池接口，對象池實體，取用對象的地方

對象的提供與歸還(工廠來操作)：borrowObject returnObject

建立對象(使用工廠來建立)：addObject

銷毀對象(使用工廠來銷毀)：invalidateObject

池中空閑對象數量、被使用對象數量：getNumActive getNumIdle

PooledObject：被包裝的對象，是池中的對象，除了對象本身之外包含了建立時間、上次被調用時間等衆多資訊

PooledObjectFactory：對象工廠，管理對象的生命周期，提供了對象建立、銷毀、驗證、鈍化、激活等一系列功能

BaseObjectPoolConfig：提供一些必要的配置，例如空閑隊列是否先進先出、工廠建立對象前是否需要測試、對象從對象池取出時是否測試等基礎屬性，GenericObjectPoolConfig繼承了本類做了預設配置，我們在實際使用中繼承它即可，可以結合業務情況擴充對象池配置，例如資料庫連接配接池線程字首、字元串池長度或名稱規則等

KeyedObjectPool：鍵值對形式的對象池接口，使用場景很少

KeyedPooledObjectFactory：同上，為鍵值對對象池管理對象的工廠

池對象的狀态

檢視源碼PooledObjectState枚舉下列出了池對象所有可能處于的狀态。

public enum PooledObjectState {
    //在空閑隊列中,還未被使用
    IDLE,
    //使用中
    ALLOCATED,
    //在空閑隊列中,目前正在測試是否滿足被驅逐的條件
    EVICTION,
      //不在空閑隊列中，目前正在測試是否可能被驅逐。因為在測試過程中，試圖借用對象，并将其從隊列中删除。
    //回收測試完成後，它應該被傳回到隊列的頭部。
    EVICTION_RETURN_TO_HEAD,
      //在隊列中，正在被校驗
    VALIDATION,
      //不在隊列中，目前正在驗證。該對象在驗證時被借用，由于配置了testOnBorrow，
    //是以将其從隊列中删除并預先配置設定。一旦驗證完成，就應該配置設定它。
    VALIDATION_PREALLOCATED,
      //不在隊列中，目前正在驗證。在之前測試是否将該對象從隊列中移除時，曾嘗試借用該對象。
    //一旦驗證完成，它應該被傳回到隊列的頭部。
    VALIDATION_RETURN_TO_HEAD,
      //無效狀态(如驅逐測試或驗證)，并将/已被銷毀
    INVALID,
      //判定為無效,将會被設定為廢棄
    ABANDONED,
      //正在使用完畢,傳回池中
    RETURNING
}

狀态了解

abandoned ：被借出後，長時間未被使用則被标記為該狀态。如代碼所示，當該對象處于 ALLOCATED 狀态，即被借出使用中，距離上次被使用的時間超過了設定的 getRemoveAbandonedTimeout 則被标記為廢棄。

private void removeAbandoned(final AbandonedConfig abandonedConfig) {
            // Generate a list of abandoned objects to remove
            final long now = System.currentTimeMillis();
            final long timeout =
                    now - (abandonedConfig.getRemoveAbandonedTimeout() * 1000L);
            final ArrayList<PooledObject<T>> remove = new ArrayList<>();
            final Iterator<PooledObject<T>> it = allObjects.values().iterator();
            while (it.hasNext()) {
                final PooledObject<T> pooledObject = it.next();
                synchronized (pooledObject) {
                    if (pooledObject.getState() == PooledObjectState.ALLOCATED &&
                            pooledObject.getLastUsedTime() <= timeout) {
                        pooledObject.markAbandoned();
                        remove.add(pooledObject);
                    }
                }
            }
            ```

## 流程了解
1.對象真實是存儲在哪裡？

```java
private PooledObject<T> create() throws Exception {
        .....
        final PooledObject<T> p;
        try {
            p = factory.makeObject();
        .....
        allObjects.put(new IdentityWrapper<>(p.getObject()), p);
        return p;
 }

我們檢視allObjects，所有對象都存儲于ConcurrentHashMap，除了被殺掉的對象。

/*
     * All of the objects currently associated with this pool in any state. It
     * excludes objects that have been destroyed. The size of
     * {@link #allObjects} will always be less than or equal to {@link
     * #_maxActive}. Map keys are pooled objects, values are the PooledObject
     * wrappers used internally by the pool.
     */
    private final Map<IdentityWrapper<T>, PooledObject<T>> allObjects =
        new ConcurrentHashMap<>();

2.取用對象的邏輯歸納如下

首先根據AbandonedConfig配置判斷是否取用對象前執行清理操作

再從idleObject中嘗試擷取對象，擷取不到就建立新的對象

判斷blockWhenExhausted是否設定為true，(這個配置的意思是當對象池的active狀态的對象數量已經達到最大值maxinum時是否進行阻塞直到有空閑對象)

是的話按照設定的borrowMaxWaitMillis屬性等待可用對象

有可用對象後調用工廠的factory.activateObject方法激活對象

當getTestOnBorrow設定為true時，調用factory.validateObject(p)對對象進行校驗，通過校驗後執行下一步

調用updateStatsBorrow方法，在對象被成功借出後更新一些統計項，例如傳回對象池的對象個數等

//....
private final LinkedBlockingDeque<PooledObject<T>> idleObjects;
//....
public T borrowObject(final long borrowMaxWaitMillis) throws Exception {
    assertOpen();
    final AbandonedConfig ac = this.abandonedConfig;
    if (ac != null && ac.getRemoveAbandonedOnBorrow() &&
            (getNumIdle() < 2) &&
            (getNumActive() > getMaxTotal() - 3) ) {
        removeAbandoned(ac);
    }
    PooledObject<T> p = null;
    // Get local copy of current config so it is consistent for entire
    // method execution
    final boolean blockWhenExhausted = getBlockWhenExhausted();
    boolean create;
    final long waitTime = System.currentTimeMillis();
    while (p == null) {
        create = false;
        p = idleObjects.pollFirst();
        if (p == null) {
            p = create();
            if (p != null) {
                create = true;
            }
        }
        if (blockWhenExhausted) {
            if (p == null) {
                if (borrowMaxWaitMillis < 0) {
                    p = idleObjects.takeFirst();
                } else {
                    p = idleObjects.pollFirst(borrowMaxWaitMillis,
                            TimeUnit.MILLISECONDS);
                }
            }
            if (p == null) {
                throw new NoSuchElementException(
                        "Timeout waiting for idle object");
            }
        } else {
            if (p == null) {
                throw new NoSuchElementException("Pool exhausted");
            }
        }
        if (!p.allocate()) {
            p = null;
        }
        if (p != null) {
            try {
                factory.activateObject(p);
            } catch (final Exception e) {
                try {
                    destroy(p, DestroyMode.NORMAL);
                } catch (final Exception e1) {
                    // Ignore - activation failure is more important
                }
                p = null;
                if (create) {
                    final NoSuchElementException nsee = new NoSuchElementException(
                            "Unable to activate object");
                    nsee.initCause(e);
                    throw nsee;
                }
            }
            if (p != null && getTestOnBorrow()) {
                boolean validate = false;
                Throwable validationThrowable = null;
                try {
                    validate = factory.validateObject(p);
                } catch (final Throwable t) {
                    PoolUtils.checkRethrow(t);
                    validationThrowable = t;
                }
                if (!validate) {
                    try {
                        destroy(p, DestroyMode.NORMAL);
                        destroyedByBorrowValidationCount.incrementAndGet();
                    } catch (final Exception e) {
                        // Ignore - validation failure is more important
                    }
                    p = null;
                    if (create) {
                        final NoSuchElementException nsee = new NoSuchElementException(
                                "Unable to validate object");
                        nsee.initCause(validationThrowable);
                        throw nsee;
                    }
                }
            }
        }
    }
    updateStatsBorrow(p, System.currentTimeMillis() - waitTime);
    return p.getObject();
}

3.工廠的passivateObject(PooledObject p)和passivateObject(PooledObject p)即對象的激活和鈍化方法有什麼用？

如圖在對象使用完被傳回對象池時，如果校驗失敗直接銷毀，如果校驗通過需要先鈍化對象再存入空閑隊列。至于激活對象的方法在上述取用對象時也會先激活再被取出。是以我們可以發現處于空閑和使用中的對象他們除了狀态不一緻，我們也可以通過激活和鈍化的方式在他們之間增加新的差異，例如我們要做一個Elasticsearch連接配接池，每個對象就是一個帶有ip和端口的連接配接執行個體，很顯然通路es叢集是多個不同的ip，是以每次通路的ip不一定相同，我們則可以在激活操作為對象指派ip和端口，鈍化操作中将ip和端口歸為預設值或者空，這樣流程更為标準。

public void returnObject(final T obj) {
    final PooledObject<T> p = allObjects.get(new IdentityWrapper<>(obj));
        //....
    //校驗失敗直接銷毀 return
            //...
    try {
        factory.passivateObject(p);
    } catch (final Exception e1) {
        swallowException(e1);
        try {
            destroy(p, DestroyMode.NORMAL);
        } catch (final Exception e) {
            swallowException(e);
        }
        try {
            ensureIdle(1, false);
        } catch (final Exception e) {
            swallowException(e);
        }
        updateStatsReturn(activeTime);
        return;
    }
        //......
        //傳回空閑隊列
}

對象池相關配置項

對象池提供了許多配置項，在我們使用的GenericObjectPool預設基礎對象池中可以通過構造方法傳參傳入GenericObjectPoolConfig，當然我們也可以看GenericObjectPoolConfig底層實作的基礎類BaseObjectPoolConfig，具體包含如下配置:

maxTotal：對象池中最大使用數量，預設為8

maxIdle：對象中空閑對象最大數量，預設為8

minIdle：對象池中空閑對象最小數量，預設為8

lifo：當去擷取對象池中的空閑執行個體時，是否需要遵循後進先出的原則，預設為true

blockWhenExhausted：當對象池處于exhausted狀态，即可用執行個體為空時，是否阻塞來擷取執行個體的線程，預設 true

fairness：當對象池處于exhausted狀态，即可用執行個體為空時，大量線程在同時阻塞等待擷取可用的執行個體，fairness配置來控制是否啟用公平鎖算法，即先到先得，預設為false。這一項的前提是blockWhenExhausted配置為true

maxWaitMillis：最大阻塞時間，當對象池處于exhausted狀态，即可用執行個體為空時，大量線程在同時阻塞等待擷取可用的執行個體，如果阻塞時間超過了maxWaitMillis将會抛出異常。當此值為負數時，代表無限期阻塞直到可用。預設為-1

testOnCreate：建立對象前是否校驗（即調用工廠的validateObject()方法），如果檢驗失敗，那麼borrowObject()傳回将失敗，預設為false

testOnBorrow：取用對象前是否檢驗，預設為false

testOnReturn：傳回對象池前是否檢驗，即調用工廠的returnObject()，若檢驗失敗會銷毀對象而不是傳回池中，預設為false

timeBetweenEvictionRunsMillis：驅逐周期，預設為-1代表不進行驅逐測試

testWhileIdle：處于idle隊列中即閑置的對象是否被驅逐器進行驅逐驗證，當該對象上次運作時間距目前超過了setTimeBetweenEvictionRunsMillis(long))設定的值，将會被驅逐驗證，調用validateObject()方法，若驗證成功，對象将會銷毀。預設為false

使用步驟

建立工廠類：通過繼承BaseGenericObjectPool或者實作基礎接口PooledObjectFactory,并按照業務需求重寫對象的建立、銷毀、校驗、激活、鈍化方法，其中銷毀多為連接配接的關閉、置空等。

建立池：通過繼承GenericObjectPool或者實作基礎接口ObjectPool，建議使用前者，它為我們提供了空閑對象驅逐檢測機制（即将空閑隊列中長時間未使用的對象銷毀，降低記憶體占用），以及提供了很多對象的基本資訊，例如對象最後被使用的時間、使用對象前是否檢驗等。

建立池相關配置（可選）：通過繼承GenericObjectPoolConfig或者繼承BaseObjectPoolConfig，來增加對線程池的配置控制，建議使用前者，它為我們實作了基本方法，隻需要自己添加需要的屬性即可。

建立包裝類（可選）：即要存在于對象池中的對象，在實際對象之外添加許多基礎屬性，便于了解對象池中對象的實時狀态。

注意事項

我們雖然使用了預設實作，但是也應該結合實際生産情況進行優化，不能使用了線程池而性能卻更低了。在使用中我們應注意以下事項：

要為對象池設定空閑隊列最大最小值，預設最大最小值，預設最大為8往往不能滿足需要

private volatile int maxIdle = GenericObjectPoolConfig.DEFAULT_MAX_IDLE;
private volatile int minIdle = GenericObjectPoolConfig.DEFAULT_MIN_IDLE;
public static final int DEFAULT_MAX_IDLE = 8;
public static final int DEFAULT_MIN_IDLE = 0;

對象池設定maxWaitMillis屬性，即取用對象最大等待時間

使用完對象及時釋放對象，将對象傳回池中，特别是發生了異常也要通過try..chatch..finally的方式確定釋放，避免占用資源

我們展開講講注意事項，首先為什麼要設定maxWaitMillis，我們取用對象使用的如下方法

public T borrowObject() throws Exception {
    return borrowObject(getMaxWaitMillis());
}

我們再來檢視取用對象邏輯,

blockWhenExhausted

預設為true，意思是當池中不存在空閑對象時，又來取用對象，線程将會被阻塞直到有新的可用對象。從上我們得知

-1L

将會執行

idleObjects.takeFirst()

public T borrowObject(final long borrowMaxWaitMillis) throws Exception {
    //.......
    final boolean blockWhenExhausted = getBlockWhenExhausted();
    boolean create;
    final long waitTime = System.currentTimeMillis();
    while (p == null) {
      //.......
        if (blockWhenExhausted) {
            if (p == null) {
                if (borrowMaxWaitMillis < 0) {
                    p = idleObjects.takeFirst();
                } else {
                    p = idleObjects.pollFirst(borrowMaxWaitMillis,
                            TimeUnit.MILLISECONDS);
                }
            }
        }
    }
}

如下，阻塞隊列将會一直阻塞，直到有了空閑對象才停止阻塞，這樣的設定将會在吞吐提高時造成大面積阻塞影響

public E takeFirst() throws InterruptedException {
    lock.lock();
    try {
        E x;
        while ( (x = unlinkFirst()) == null) {
            notEmpty.await();
        }
        return x;
    } finally {
        lock.unlock();
    }
}

還有一個注意事項就是要記得回收資源，即調用

public void returnObject(final T obj)

方法，原因顯而易見，對象池對我們是否使用完了對象是無感覺的，需要我們調用該方法回收對象，特别是發生異常也要保證回收，是以最佳實踐如下：

try{
   item = pool.borrowObject();
 } catch(Exception e) {
   log.error("....");
 } finally {
   pool.returnObject(item);
 }

執行個體使用

執行個體1：實作一個簡單的字元串池

建立字元串工廠

package com.anqi.demo.demopool2.pool.fac;

import org.apache.commons.pool2.BasePooledObjectFactory;
import org.apache.commons.pool2.PooledObject;
import org.apache.commons.pool2.impl.DefaultPooledObject;

/**
 * 字元串池工廠
 */
public class StringPoolFac extends BasePooledObjectFactory<String> {
    public StringPoolFac() {
        super();
    }

    @Override
    public String create() throws Exception {
        return "str-val-";
    }

    @Override
    public PooledObject<String> wrap(String s) {
        return new DefaultPooledObject<>(s);
    }

    @Override
    public void destroyObject(PooledObject<String> p) throws Exception {
    }

    @Override
    public boolean validateObject(PooledObject<String> p) {
        return super.validateObject(p);
    }

    @Override
    public void activateObject(PooledObject<String> p) throws Exception {
        super.activateObject(p);
    }

    @Override
    public void passivateObject(PooledObject<String> p) throws Exception {
        super.passivateObject(p);
    }
}

建立字元串池

package com.anqi.demo.demopool2.pool;

import org.apache.commons.pool2.PooledObjectFactory;
import org.apache.commons.pool2.impl.GenericObjectPool;
import org.apache.commons.pool2.impl.GenericObjectPoolConfig;

/**
 * 字元串池
 */
public class StringPool extends GenericObjectPool<String> {
    public StringPool(PooledObjectFactory<String> factory) {
        super(factory);
    }

    public StringPool(PooledObjectFactory<String> factory, GenericObjectPoolConfig<String> config) {
        super(factory, config);
    }
}

測試主類

首先我們我們設定

setMaxTotal

為2，即最多有兩個對象被取出使用，設定

setMaxWaitMillis

為3S，即最多被阻塞3S，我們循環取用3次，并不釋放資源

import com.anqi.demo.demopool2.pool.fac.StringPoolFac;
import org.apache.commons.pool2.impl.GenericObjectPoolConfig;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;

public class StringPoolTest {
    private static final Logger LOG = LoggerFactory.getLogger(StringPoolTest.class);

    public static void main(String[] args) {
        StringPoolFac fac = new StringPoolFac();
        GenericObjectPoolConfig<String> config = new GenericObjectPoolConfig<>();
        config.setMaxTotal(2);
        config.setMinIdle(1);
        config.setMaxWaitMillis(3000);
        StringPool pool = new StringPool(fac, config);
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            String s = "";
            try {
                s = pool.borrowObject();
                LOG.info("str:{}", s);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
//                if (!s.equals("")) {
//                    pool.returnObject(s);
//                }
            }
        }
    }
}

結果如下,在兩次成功調用之後，阻塞3S，接着程式報錯停止。這是因為可用資源最多為2，若不釋放将會無資源可用，新來的調用者會被阻塞3S，之後報錯取用失敗。

16:18:42.499 [main] INFO com.anqi.demo.demopool2.pool.StringPoolTest - str:str-val-
16:18:42.505 [main] INFO com.anqi.demo.demopool2.pool.StringPoolTest - str:str-val-
java.util.NoSuchElementException: Timeout waiting for idle object

我們放開注釋，釋放資源後得到正常執行結果

16:20:52.384 [main] INFO com.anqi.demo.demopool2.pool.StringPoolTest - str:str-val-
16:20:52.388 [main] INFO com.anqi.demo.demopool2.pool.StringPoolTest - str:str-val-
16:20:52.388 [main] INFO com.anqi.demo.demopool2.pool.StringPoolTest - str:str-val-

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