巧用GenericObjectPool创建自定义对象池

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作者：京东物流 高圆庆

1 前言

通常一个对象创建、销毁非常耗时的时候，我们不会频繁的创建和销毁它，而是考虑复用。复用对象的一种做法就是对象池，将创建好的对象放入池中维护起来，下次再用的时候直接拿池中已经创建好的对象继续用，这就是池化的思想。在java中，有很多池管理的概念，典型的如线程池，数据库连接池，socket连接池。本文章讲介绍apache提供的通用对象池框架GenericObjectPool，以及基于GenericObjectPool实现的sftp连接池在国际物流调度履约系统中的应用。

2 GenericObjectPool剖析

Apache Commons Pool是一个对象池的框架，他提供了一整套用于实现对象池化的API。它提供了三种对象池：GenericKeyedObjectPool，SoftReferenceObjectPool和GenericObjectPool，其中GenericObjectPool是我们最常用的对象池，内部实现也最复杂。GenericObjectPool的UML图如下所示：

2.1 核心接口ObjectPool

从图中可以看出，GenericObjectPool实现了ObjectPool接口，而ObjectPool就是对象池的核心接口，它定义了一个对象池应该实现的行为。

  • addObject方法：往池中添加一个对象
  • borrowObject方法：从池中借走到一个对象
  • returnObject方法：把对象归还给对象池
  • invalidateObject：验证对象的有效性
  • getNumIdle：返回对象池中有多少对象是空闲的，也就是能够被借走的对象的数量。
  • getNumActive：返回对象池中有对象对象是活跃的，也就是已经被借走的，在使用中的对象的数量。
  • clear：清理对象池。注意是清理不是清空，该方法要求的是，清理所有空闲对象，释放相关资源。
  • close：关闭对象池。这个方法可以达到清空的效果，清理所有对象以及相关资源。

2.2 对象工厂BasePooledObjectFactory

对象的创建需要通过对象工厂来创建，对象工厂需要实现BasePooledObjectFactory接口。ObjectPool接口中往池中添加一个对象，就需要使用对象工厂来创建一个对象。该接口说明如下：


 
  1. public interface PooledObjectFactoryT> {
  2.  
  3. /**
  4. * 创建一个可由池提供服务的实例，并将其封装在由池管理的PooledObject中。
  5. */
  6. PooledObjectT> makeObject() throws Exception;
  7. /**
  8. * 销毁池不再需要的实例
  9. */
  10. void destroyObject(PooledObjectT> p) throws Exception;
  11.  
  12. /**
  13. * 确保实例可以安全地由池返回
  14. */
  15. boolean validateObject(PooledObjectT> p);
  16.  
  17. /**
  18. * 重新初始化池返回的实例
  19. */
  20. void activateObject(PooledObjectT> p) throws Exception;
  21.  
  22. /**
  23. * 取消初始化要返回到空闲对象池的实例
  24. */
  25. void passivateObject(PooledObjectT> p) throws Exception;
  26. }

2.3 配置类GenericObjectPoolConfig

GenericObjectPoolConfig是封装GenericObject池配置的简单“结构”，此类不是线程安全的；它仅用于提供创建池时使用的属性。大多数情况，可以使用GenericObjectPoolConfig提供的默认参数就可以满足日常的需求，GenericObjectPoolConfig是一个抽象类，实际应用中需要新建配置类，然后继承它。

2.4 工作原理流程

  1. 构造方法
    当我们执行构造方法时，主要工作就是创建了一个存储对象的LinkedList类型容器，也就是概念意义上的“池”
  2. 从对象池中获取对象
    获取池中的对象是通过borrowObject()命令，源码比较复杂，简单而言就是去LinkedList中获取一个对象，如果不存在的话，要调用构造方法中第一个参数Factory工厂类的makeObject()方法去创建一个对象再获取，获取到对象后要调用validateObject方法判断该对象是否是可用的，如果是可用的才拿去使用。LinkedList容器减一
  3. 归还对象到线程池
    简单而言就是先调用validateObject方法判断该对象是否是可用的，如果可用则归还到池中，LinkedList容器加一，如果是不可以的则则调用destroyObject方法进行销毁

上面三步就是最简单的流程，由于取和还的流程步骤都在borrowObject和returnObject方法中固定的，所以我们只要重写Factory工厂类的makeObject()和validateObject以及destroyObject方法即可实现最简单的池的管理控制，通过构造方法传入该Factory工厂类对象则可以创建最简单的对象池管理类。这算是比较好的解耦设计模式，借和还的流程如下图所示：

3 开源框架如何使用GenericObjectPool

redis的java客户端jedis就是基于Apache Commons Pool对象池的框架来实现的。

3.1 对象工厂类JedisFactory

对象工厂类只需实现activateObject、destroyObject、makeObject、validateObject方法即可，源码如下：


 
  1. class JedisFactory implements PooledObjectFactoryJedis> {
  2. private final String host;
  3. private final int port;
  4. private final int timeout;
  5. private final int newTimeout;
  6. private final String password;
  7. private final int database;
  8. private final String clientName;
  9.  
  10. public JedisFactory(String host, int port, int timeout, String password, int database) {
  11. this(host, port, timeout, password, database, (String)null);
  12. }
  13.  
  14. public JedisFactory(String host, int port, int timeout, String password, int database, String clientName) {
  15. this(host, port, timeout, timeout, password, database, clientName);
  16. }
  17.  
  18. public JedisFactory(String host, int port, int timeout, int newTimeout, String password, int database, String clientName) {
  19. this.host = host;
  20. this.port = port;
  21. this.timeout = timeout;
  22. this.newTimeout = newTimeout;
  23. this.password = password;
  24. this.database = database;
  25. this.clientName = clientName;
  26. }
  27.  
  28. public void activateObject(PooledObjectJedis> pooledJedis) throws Exception {
  29. BinaryJedis jedis = (BinaryJedis)pooledJedis.getObject();
  30. if (jedis.getDB() != (long)this.database) {
  31. jedis.select(this.database);
  32. }
  33. }
  34.  
  35. public void destroyObject(PooledObjectJedis> pooledJedis) throws Exception {
  36. BinaryJedis jedis = (BinaryJedis)pooledJedis.getObject();
  37. if (jedis.isConnected()) {
  38. try {
  39. try {
  40. jedis.quit();
  41. } catch (Exception var4) {
  42. }
  43.  
  44. jedis.disconnect();
  45. } catch (Exception var5) {
  46. }
  47. }
  48. }
  49.  
  50. public PooledObjectJedis> makeObject() throws Exception {
  51. Jedis jedis = new Jedis(this.host, this.port, this.timeout, this.newTimeout);
  52. jedis.connect();
  53. if (null != this.password) {
  54. jedis.auth(this.password);
  55. }
  56.  
  57. if (this.database != 0) {
  58. jedis.select(this.database);
  59. }
  60.  
  61. if (this.clientName != null) {
  62. jedis.clientSetname(this.clientName);
  63. }
  64.  
  65. return new DefaultPooledObject(jedis);
  66. }
  67.  
  68. public void passivateObject(PooledObjectJedis> pooledJedis) throws Exception {
  69. }
  70.  
  71. public boolean validateObject(PooledObjectJedis> pooledJedis) {
  72. BinaryJedis jedis = (BinaryJedis)pooledJedis.getObject();
  73.  
  74. try {
  75. return jedis.isConnected() && jedis.ping().equals("PONG");
  76. } catch (Exception var4) {
  77. return false;
  78. }
  79. }
  80. }

3.2 配置类JedisPoolConfig


 
  1. public class JedisPoolConfig extends GenericObjectPoolConfig {
  2. public JedisPoolConfig() {
  3. this.setTestWhileIdle(true);
  4. this.setMinEvictableIdleTimeMillis(60000L);
  5. this.setTimeBetweenEvictionRunsMillis(30000L);
  6. this.setNumTestsPerEvictionRun(-1);
  7. }
  8. }

4 国际物流履约系统中的应用

在国际物流履约系统中，我们和客户交互文件经常使用sftp服务器，因为创建sftp服务器的连接比较耗时，所以基于Apache Commons Pool对象池的框架来实现的我们自己的sftp链接池。

4.1 sftp对象池

SftpPool比较简单，直接继承GenericObjectPool。


 
  1. public class SftpPool extends GenericObjectPoolSftp> {
  2. public SftpPool(SftpFactory factory, SftpPoolConfig config, SftpAbandonedConfig abandonedConfig) {
  3. super(factory, config, abandonedConfig);
  4. }
  5. }

4.2 对象工厂SftpFactory

这是基于Apache Commons Pool框架实现自定义对象池的核心类，代码如下：


 
  1. public class SftpFactory extends BasePooledObjectFactorySftp> {
  2.  
  3. private static final String CHANNEL_TYPE = "sftp";
  4. private static Properties sshConfig = new Properties();
  5. private String host;
  6. private int port;
  7. private String username;
  8. private String password;
  9.  
  10. static {
  11. sshConfig.put("StrictHostKeyChecking", "no");
  12. }
  13.  
  14. @Override
  15. public Sftp create() {
  16. try {
  17. JSch jsch = new JSch();
  18. Session sshSession = jsch.getSession(username, host, port);
  19. sshSession.setPassword(password);
  20. sshSession.setConfig(sshConfig);
  21. sshSession.connect();
  22. ChannelSftp channel = (ChannelSftp) sshSession.openChannel(CHANNEL_TYPE);
  23. channel.connect();
  24. log.info("sftpFactory创建sftp");
  25. return new Sftp(channel);
  26. } catch (JSchException e) {
  27. log.error("连接sftp失败：", e);
  28. throw new BizException(ResultCodeEnum.SFTP_EXCEPTION);
  29. }
  30. }
  31.  
  32. /**
  33. * @param sftp 被包装的对象
  34. * @return 对象包装器
  35. */
  36. @Override
  37. public PooledObjectSftp> wrap(Sftp sftp) {
  38. return new DefaultPooledObject(sftp);
  39. }
  40.  
  41. /**
  42. * 销毁对象
  43. * @param p 对象包装器
  44. */
  45. @Override
  46. public void destroyObject(PooledObjectSftp> p) {
  47. log.info("开始销毁channelSftp");
  48. if (p!=null) {
  49. Sftp sftp = p.getObject();
  50. if (sftp!=null) {
  51. ChannelSftp channelSftp = sftp.getChannelSftp();
  52. if (channelSftp!=null) {
  53. channelSftp.disconnect();
  54. log.info("销毁channelSftp成功");
  55. }
  56. }
  57. }
  58. }
  59.  
  60. /**
  61. * 检查连接是否可用
  62. *
  63. * @param p 对象包装器
  64. * @return {@code true} 可用，{@code false} 不可用
  65. */
  66. @Override
  67. public boolean validateObject(PooledObjectSftp> p) {
  68. if (p!=null) {
  69. Sftp sftp = p.getObject();
  70. if (sftp!=null) {
  71. try {
  72. sftp.getChannelSftp().cd("./");
  73. log.info("验证连接是否可用，结果为true");
  74. return true;
  75. } catch (SftpException e) {
  76. log.info("验证连接是否可用，结果为false",e);
  77. return false;
  78. }
  79. }
  80. }
  81. log.info("验证连接是否可用，结果为false");
  82. return false;
  83. }
  84.  
  85. public static class Builder {
  86. private String host;
  87. private int port;
  88. private String username;
  89. private String password;
  90. public SftpFactory build() {
  91. return new SftpFactory(host, port, username, password);
  92. }
  93. public Builder host(String host) {
  94. this.host = host;
  95. return this;
  96. }
  97. public Builder port(int port) {
  98. this.port = port;
  99. return this;
  100. }
  101. public Builder username(String username) {
  102. this.username = username;
  103. return this;
  104. }
  105. public Builder password(String password) {
  106. this.password = password;
  107. return this;
  108. }
  109. }
  110. }

4.3 配置类SftpPoolConfig

配置类继承了GenericObjectPoolConfig，可继承该类的默认属性，也可自定义配置参数。


 
  1. public class SftpPoolConfig extends GenericObjectPoolConfigSftp> {
  2. public static class Builder {
  3. private int maxTotal;
  4. private int maxIdle;
  5. private int minIdle;
  6. private boolean lifo;
  7. private boolean fairness;
  8. private long maxWaitMillis;
  9. private long minEvictableIdleTimeMillis;
  10. private long evictorShutdownTimeoutMillis;
  11. private long softMinEvictableIdleTimeMillis;
  12. private int numTestsPerEvictionRun;
  13. private EvictionPolicySftp> evictionPolicy; // 仅2.6.0版本commons-pool2需要设置
  14. private String evictionPolicyClassName;
  15. private boolean testOnCreate;
  16. private boolean testOnBorrow;
  17. private boolean testOnReturn;
  18. private boolean testWhileIdle;
  19. private long timeBetweenEvictionRunsMillis;
  20. private boolean blockWhenExhausted;
  21. private boolean jmxEnabled;
  22. private String jmxNamePrefix;
  23. private String jmxNameBase;
  24. public SftpPoolConfig build() {
  25. SftpPoolConfig config = new SftpPoolConfig();
  26. config.setMaxTotal(maxTotal);
  27. config.setMaxIdle(maxIdle);
  28. config.setMinIdle(minIdle);
  29. config.setLifo(lifo);
  30. config.setFairness(fairness);
  31. config.setMaxWaitMillis(maxWaitMillis);
  32. config.setMinEvictableIdleTimeMillis(minEvictableIdleTimeMillis);
  33. config.setEvictorShutdownTimeoutMillis(evictorShutdownTimeoutMillis);
  34. config.setSoftMinEvictableIdleTimeMillis(softMinEvictableIdleTimeMillis);
  35. config.setNumTestsPerEvictionRun(numTestsPerEvictionRun);
  36. config.setEvictionPolicy(evictionPolicy);
  37. config.setEvictionPolicyClassName(evictionPolicyClassName);
  38. config.setTestOnCreate(testOnCreate);
  39. config.setTestOnBorrow(testOnBorrow);
  40. config.setTestOnReturn(testOnReturn);
  41. config.setTestWhileIdle(testWhileIdle);
  42. config.setTimeBetweenEvictionRunsMillis(timeBetweenEvictionRunsMillis);
  43. config.setBlockWhenExhausted(blockWhenExhausted);
  44. config.setJmxEnabled(jmxEnabled);
  45. config.setJmxNamePrefix(jmxNamePrefix);
  46. config.setJmxNameBase(jmxNameBase);
  47. return config;
  48. }
  49. }

4.4 SftpClient配置类

读取配置文件，创建SftpFactory、SftpPoolConfig、SftpPool，代码如下：


 
  1. @Configuration
  2. @ConditionalOnClass(SftpPool.class)
  3. @EnableConfigurationProperties(SftpClientProperties.class)
  4. public class SftpClientAutoConfiguration {
  5.  
  6. @Bean
  7. @ConditionalOnMissingBean
  8. public ISftpClient sftpClient(SftpClientProperties sftpClientProperties) {
  9. if (sftpClientProperties.isMultiple()) {
  10. MultipleSftpClient multipleSftpClient = new MultipleSftpClient();
  11. sftpClientProperties.getClients().forEach((name, properties) -> {
  12. SftpFactory sftpFactory = createSftpFactory(properties);
  13. SftpPoolConfig sftpPoolConfig = createSftpPoolConfig(properties);
  14. SftpAbandonedConfig sftpAbandonedConfig = createSftpAbandonedConfig(properties);
  15. SftpPool sftpPool = new SftpPool(sftpFactory, sftpPoolConfig, sftpAbandonedConfig);
  16. ISftpClient sftpClient = new SftpClient(sftpPool);
  17. multipleSftpClient.put(name, sftpClient);
  18. });
  19. return multipleSftpClient;
  20. }
  21. SftpFactory sftpFactory = createSftpFactory(sftpClientProperties);
  22. SftpPoolConfig sftpPoolConfig = createSftpPoolConfig(sftpClientProperties);
  23. SftpAbandonedConfig sftpAbandonedConfig = createSftpAbandonedConfig(sftpClientProperties);
  24. SftpPool sftpPool = new SftpPool(sftpFactory, sftpPoolConfig, sftpAbandonedConfig);
  25. return new SftpClient(sftpPool);
  26. }
  27.  
  28. public SftpFactory createSftpFactory(SftpClientProperties properties) {
  29. return new SftpFactory.Builder()
  30. .host(properties.getHost())
  31. .port(properties.getPort())
  32. .username(properties.getUsername())
  33. .password(properties.getPassword())
  34. .build();
  35. }
  36.  
  37. public SftpPoolConfig createSftpPoolConfig(SftpClientProperties properties) {
  38. SftpClientProperties.Pool pool = properties.getPool();
  39. return new SftpPoolConfig.Builder()
  40. .maxTotal(pool.getMaxTotal())
  41. .maxIdle(pool.getMaxIdle())
  42. .minIdle(pool.getMinIdle())
  43. .lifo(pool.isLifo())
  44. .fairness(pool.isFairness())
  45. .maxWaitMillis(pool.getMaxWaitMillis())
  46. .minEvictableIdleTimeMillis(pool.getMinEvictableIdleTimeMillis())
  47. .evictorShutdownTimeoutMillis(pool.getEvictorShutdownTimeoutMillis())
  48. .softMinEvictableIdleTimeMillis(pool.getSoftMinEvictableIdleTimeMillis())
  49. .numTestsPerEvictionRun(pool.getNumTestsPerEvictionRun())
  50. .evictionPolicy(null)
  51. .evictionPolicyClassName(DefaultEvictionPolicy.class.getName())
  52. .testOnCreate(pool.isTestOnCreate())
  53. .testOnBorrow(pool.isTestOnBorrow())
  54. .testOnReturn(pool.isTestOnReturn())
  55. .testWhileIdle(pool.isTestWhileIdle())
  56. .timeBetweenEvictionRunsMillis(pool.getTimeBetweenEvictionRunsMillis())
  57. .blockWhenExhausted(pool.isBlockWhenExhausted())
  58. .jmxEnabled(pool.isJmxEnabled())
  59. .jmxNamePrefix(pool.getJmxNamePrefix())
  60. .jmxNameBase(pool.getJmxNameBase())
  61. .build();
  62. }
  63.  
  64. public SftpAbandonedConfig createSftpAbandonedConfig(SftpClientProperties properties) {
  65. SftpClientProperties.Abandoned abandoned = properties.getAbandoned();
  66. return new SftpAbandonedConfig.Builder()
  67. .removeAbandonedOnBorrow(abandoned.isRemoveAbandonedOnBorrow())
  68. .removeAbandonedOnMaintenance(abandoned.isRemoveAbandonedOnMaintenance())
  69. .removeAbandonedTimeout(abandoned.getRemoveAbandonedTimeout())
  70. .logAbandoned(abandoned.isLogAbandoned())
  71. .requireFullStackTrace(abandoned.isRequireFullStackTrace())
  72. .logWriter(new PrintWriter(System.out))
  73. .useUsageTracking(abandoned.isUseUsageTracking())
  74. .build();
  75. }
  76. }

4.5 对象SftpClient

SftpClient是实际工作的类，从SftpClient 中可获取到一个sftp链接，使用完成后，归还给sftpPool。SftpClient代码如下：


 
  1. public class SftpClient implements ISftpClient {
  2.  
  3. private SftpPool sftpPool;
  4.  
  5. /**
  6. * 从sftp连接池获取连接并执行操作
  7. *
  8. * @param handler sftp操作
  9. */
  10. @Override
  11. public void open(ISftpClient.Handler handler) {
  12. Sftp sftp = null;
  13. try {
  14. sftp = sftpPool.borrowObject();
  15. ISftpClient.Handler policyHandler = new DelegateHandler(handler);
  16. policyHandler.doHandle(sftp);
  17. } catch (Exception e) {
  18. log.error("sftp异常：", e);
  19. throw new BizException(ResultCodeEnum.SFTP_EXCEPTION);
  20. } finally {
  21. if (sftp != null) {
  22. sftpPool.returnObject(sftp);
  23. }
  24. }
  25. }
  26.  
  27. @AllArgsConstructor
  28. static class DelegateHandler implements ISftpClient.Handler {
  29.  
  30. private ISftpClient.Handler target;
  31.  
  32. @Override
  33. public void doHandle(Sftp sftp) {
  34. try {
  35. target.doHandle(sftp);
  36. } catch (Exception e) {
  37. log.error("sftp异常：", e);
  38. throw new BizException(ResultCodeEnum.SFTP_EXCEPTION);
  39. }
  40. }
  41. }
  42. }

4.6 实战代码示例

通过sftp上传文件到XX服务器


 
  1. //通过SFTP上传到XX
  2. ((MultipleSftpClient) sftpClient).choose("XX");
  3. sftpClient.open(sftp -> {
  4. boolean exist = sftp.isExist(inventoryPath);
  5. if(!exist){
  6. sftp.mkdirs(inventoryPath);
  7. }
  8. // 执行sftp操作
  9. InputStream is = new FileInputStream(oneColumnCSVFile);
  10. sftp.upload(inventoryPath, titleName, is);
  11. log.info("inventory upload over");
  12. });

5 总结

通过本文的介绍可以知道，Apache Commons Pool定义了一个对象池的行为，提供了可扩展的配置类和对象工厂，封装了对象创建、从池中获取对象、归还对象的核心流程。还介绍了开源框架Jedis是如何基于GenericObjectPool来实现的连接池。最后介绍了国际物流履约系统中是如何基于GenericObjectPool来管理Sftp连接的。
掌握了GenericObjectPool的核心原理，我们就可以通过实现几个关键的接口，创建一个对象池管理工具，在项目中避免了对象的频繁创建和销毁，从而显著提升程序的性能。

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