Java中对象池的本质是什么?(实战分析版)(上)

简介: Java中对象池的本质是什么?(实战分析版)(上)

简介


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。


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):borrowObjectreturnObject
  • 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:getNumActivegetNumIdle


  • 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


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。


public enum PooledObjectState {
    //在空闲队列中,还未被使用
    IDLE,
    //使用中
    ALLOCATED,
    //在空闲队列中,当前正在测试是否满足被驱逐的条件
    EVICTION,
   //不在空闲队列中,目前正在测试是否可能被驱逐。因为在测试过程中,试图借用对象,并将其从队列中删除。
    //回收测试完成后,它应该被返回到队列的头部。
    EVICTION_RETURN_TO_HEAD,
   //在队列中,正在被校验
    VALIDATION,
   //不在队列中,当前正在验证。该对象在验证时被借用,由于配置了testOnBorrow,
    //所以将其从队列中删除并预先分配。一旦验证完成,就应该分配它。
    VALIDATION_PREALLOCATED,
   //不在队列中,当前正在验证。在之前测试是否将该对象从队列中移除时,曾尝试借用该对象。
    //一旦验证完成,它应该被返回到队列的头部。
    VALIDATION_RETURN_TO_HEAD,
   //无效状态(如驱逐测试或验证),并将/已被销毁
    INVALID,
   //判定为无效,将会被设置为废弃
    ABANDONED,
   //正在使用完毕,返回池中
    RETURNING
}


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getRemoveAbandonedTimeout则被标记为废弃。


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);
            }
        }
    }


流程理解


1.对象真实是存储在哪里?


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


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


/*
 * 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
  • getTestOnBorrow设置为true时,调用factory.validateObject(p)对对象进行校验,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


//....
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.工厂的passivateObject(PooledObject<T> p)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,我们则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。


public void returnObject(final T obj) {
        final PooledObject<T> p = allObjects.get(new IdentityWrapper<>(obj));
      //....
        //校验失败直接销毁 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;
        }
      //......
      //返回空闲队列
    }



相关文章
|
2月前
|
存储 Java 开发者
Java Map实战:用HashMap和TreeMap轻松解决复杂数据结构问题!
【10月更文挑战第17天】本文深入探讨了Java中HashMap和TreeMap两种Map类型的特性和应用场景。HashMap基于哈希表实现,支持高效的数据操作且允许键值为null;TreeMap基于红黑树实现,支持自然排序或自定义排序,确保元素有序。文章通过具体示例展示了两者的实战应用,帮助开发者根据实际需求选择合适的数据结构,提高开发效率。
65 2
|
2月前
|
存储 Java
【编程基础知识】 分析学生成绩:用Java二维数组存储与输出
本文介绍如何使用Java二维数组存储和处理多个学生的各科成绩,包括成绩的输入、存储及格式化输出,适合初学者实践Java基础知识。
84 1
|
19天前
|
安全 Java 开发者
Java 多线程并发控制:深入理解与实战应用
《Java多线程并发控制:深入理解与实战应用》一书详细解析了Java多线程编程的核心概念、并发控制技术及其实战技巧,适合Java开发者深入学习和实践参考。
40 6
|
2月前
|
存储 消息中间件 安全
JUC组件实战:实现RRPC(Java与硬件通过MQTT的同步通信)
【10月更文挑战第9天】本文介绍了如何利用JUC组件实现Java服务与硬件通过MQTT的同步通信(RRPC)。通过模拟MQTT通信流程,使用`LinkedBlockingQueue`作为消息队列,详细讲解了消息发送、接收及响应的同步处理机制,包括任务超时处理和内存泄漏的预防措施。文中还提供了具体的类设计和方法实现,帮助理解同步通信的内部工作原理。
JUC组件实战:实现RRPC(Java与硬件通过MQTT的同步通信)
|
1月前
|
存储 Java 关系型数据库
在Java开发中,数据库连接是应用与数据交互的关键环节。本文通过案例分析,深入探讨Java连接池的原理与最佳实践
在Java开发中,数据库连接是应用与数据交互的关键环节。本文通过案例分析,深入探讨Java连接池的原理与最佳实践,包括连接创建、分配、复用和释放等操作,并通过电商应用实例展示了如何选择合适的连接池库(如HikariCP)和配置参数,实现高效、稳定的数据库连接管理。
58 2
|
1月前
|
Java 关系型数据库 数据库
面向对象设计原则在Java中的实现与案例分析
【10月更文挑战第25天】本文通过Java语言的具体实现和案例分析,详细介绍了面向对象设计的五大核心原则:单一职责原则、开闭原则、里氏替换原则、接口隔离原则和依赖倒置原则。这些原则帮助开发者构建更加灵活、可维护和可扩展的系统,不仅适用于Java,也适用于其他面向对象编程语言。
26 2
|
2月前
|
开发框架 Java 程序员
揭开Java反射的神秘面纱:从原理到实战应用!
本文介绍了Java反射的基本概念、原理及应用场景。反射允许程序在运行时动态获取类的信息并操作其属性和方法,广泛应用于开发框架、动态代理和自定义注解等领域。通过反射,可以实现更灵活的代码设计,但也需注意其性能开销。
52 1
|
2月前
|
Java
让星星⭐月亮告诉你,Java synchronized(*.class) synchronized 方法 synchronized(this)分析
本文通过Java代码示例,介绍了`synchronized`关键字在类和实例方法上的使用。总结了三种情况:1) 类级别的锁,多个实例对象在同一时刻只能有一个获取锁;2) 实例方法级别的锁,多个实例对象可以同时执行;3) 同一实例对象的多个线程,同一时刻只能有一个线程执行同步方法。
20 1
|
2月前
|
小程序 Oracle Java
JVM知识体系学习一:JVM了解基础、java编译后class文件的类结构详解,class分析工具 javap 和 jclasslib 的使用
这篇文章是关于JVM基础知识的介绍,包括JVM的跨平台和跨语言特性、Class文件格式的详细解析,以及如何使用javap和jclasslib工具来分析Class文件。
52 0
JVM知识体系学习一:JVM了解基础、java编译后class文件的类结构详解,class分析工具 javap 和 jclasslib 的使用
|
2月前
|
Java
如何从Java字节码角度分析问题|8月更文挑战
如何从Java字节码角度分析问题|8月更文挑战