阿里华为技术专家教你如何实现一个Java连接池？（上）

2021-12-27 241

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本文涉及的产品

云原生内存数据库 Tair，内存型 2GB

云数据库 Redis 版，社区版 2GB

云数据库 Redis 版，经济版 1GB 1个月

简介： 阿里华为技术专家教你如何实现一个Java连接池？

什么是连接池？

结构

连接池对外提供接口：

获得连接
归还连接

并暴露客户端可配置的参数：

最小空闲连接数
最大连接数

在内部则实现功能：

连接建立
连接心跳保持
连接管理
空闲连接回收
连接可用性检测
连接池结构示意图

业务中经常也会用到各种连接池：

数据库连接池
Redis连接池
HTTP连接池

客户端SDK是否基于连接池

在使用三方客户端进行网络通信时，首要确定客户端SDK是否是基于连接池技术实现的。

若客户端SDK没有使用连接池，而直接是TCP连接，就需要考虑每次建立TCP连接的开销，因为TCP基于字节流，若在多线程下对同一连接操作，就有线程安全隐患。

TCP连接的客户端SDK，对外提供API的方式

连接池和连接分离的API

有一个XXXPool类负责连接池实现：

先从其获得连接XXXConnection
再用所获连接请求服务端
完成后归还连接

XXXPool必须是线程安全的，可并发获取和归还连接，而XXXConnection是非线程安全的。

对应到连接池结构示意图，XXXPool就是右边连接池那个框，左边客户端是我们自己的代码。

内部带有连接池的API

对外提供一个XXXClient类，通过该类可直接请求服务端。该类内部维护了连接池，SDK使用者无需考虑连接的获取和归还问题。

XXXClient是线程安全的。对应到连接池结构示意图中，整个API就是蓝框。

非连接池的API

一般命名为XXXConnection，以区分其是基于连接池or单连接，而不建议命名为XXXClient。直接连接方式的API基于单一连接，每次使用都需要创建和断开连接，性能一般，且通常不是线程安全的。对应到连接池的结构示意图中，这种形式相当于没有右边连接池那个框，客户端直接连接服务端创建连接。

不排除有一些客户端特立独行，因此在使用三方SDK时，一定要

查看官方文档了解其最佳实践
Stackoverflow搜索XXX threadsafe/singleton
看源码，直到定位到原始Socket来判断Socket和客户端API的对应关系

使用SDK的最佳实践

分离方式

连接池本身一般是线程安全的，可复用。每次使用需要从连接池获取连接，使用后归还，归还的工作由使用者负责。

内置连接池

大多数中间件、数据库的客户端SDK都会支持连接池，SDK负责连接的获取和归还，使用的时候直接复用客户端。

SDK没有实现连接池

那通常不是线程安全的，而且短连接的方式性能不会很高，使用的时候需要考虑是否自己封装一个连接池。

下面看Jedis类到底属于哪种类型的API，直接在多线程环境下复用一个连接会产生什么问题，以及如何用最佳实践来修复这个问题。

首先，向Redis初始化2组数据，Key=a、Value=1，Key=b、Value=2：

@PostConstruct
public void init() {
    try (Jedis jedis = new Jedis("127.0.0.1", 6379)) {
        Assert.isTrue("OK".equals(jedis.set("a", "1")), "set a = 1 return OK");
        Assert.isTrue("OK".equals(jedis.set("b", "2")), "set b = 2 return OK");
    }
}

然后，启动两个线程，共享操作同一个Jedis实例，每一个线程循环1000次，分别读取Key为a和b的Value，判断是否分别为1和2：

Jedis jedis = new Jedis("127.0.0.1", 6379);
new Thread(() -> {
    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
        String result = jedis.get("a");
        if (!result.equals("1")) {
            log.warn("Expect a to be 1 but found {}", result);
            return;
        }
    }
}).start();
new Thread(() -> {
    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
        String result = jedis.get("b");
        if (!result.equals("2")) {
            log.warn("Expect b to be 2 but found {}", result);
            return;
        }
    }
}).start();
TimeUnit.SECONDS.sleep(5);

执行程序多次，可以看到日志中出现了各种奇怪的异常信息，有的是读取Key为b的Value读取到了1，有的是流非正常结束，还有的是连接关闭异常：

//错误1
[14:56:19.069] [Thread-28] [WARN ] [.t.c.c.redis.JedisMisreuseController:45  ] - Expect b to be 2 but found 1
//错误2
redis.clients.jedis.exceptions.JedisConnectionException: Unexpected end of stream.
  at redis.clients.jedis.util.RedisInputStream.ensureFill(RedisInputStream.java:202)
  at redis.clients.jedis.util.RedisInputStream.readLine(RedisInputStream.java:50)
  at redis.clients.jedis.Protocol.processError(Protocol.java:114)
  at redis.clients.jedis.Protocol.process(Protocol.java:166)
  at redis.clients.jedis.Protocol.read(Protocol.java:220)
  at redis.clients.jedis.Connection.readProtocolWithCheckingBroken(Connection.java:318)
  at redis.clients.jedis.Connection.getBinaryBulkReply(Connection.java:255)
  at redis.clients.jedis.Connection.getBulkReply(Connection.java:245)
  at redis.clients.jedis.Jedis.get(Jedis.java:181)
  at org.geekbang.time.commonmistakes.connectionpool.redis.JedisMisreuseController.lambda$wrong$1(JedisMisreuseController.java:43)
  at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)
//错误3
java.io.IOException: Socket Closed
  at java.net.AbstractPlainSocketImpl.getOutputStream(AbstractPlainSocketImpl.java:440)
  at java.net.Socket$3.run(Socket.java:954)
  at java.net.Socket$3.run(Socket.java:952)
  at java.security.AccessController.doPrivileged(Native Method)
  at java.net.Socket.getOutputStream(Socket.java:951)
  at redis.clients.jedis.Connection.connect(Connection.java:200)
  ... 7 more