谈谈连接池、线程池技术原理

参考微信公众号 2017-12-14 杉枫   
这个是原文链接：互联网开发者Club
 
　　做互联网研发，最早接触使用jdbc技术，为了数据库连接能够复用，会用到c3p0、dbcp等数据库连接池。应该是研发人员最早接触的数据库连接池，再到httpclient http连接池，再到微服务netty连接池，redis客户端连接池，以及jdk中线程池技术。

   这么多数据库、http、netty连接池，jdk线程池，本质上都是连接池技术，连接池技术核心是连接或者说创建的资源复用。

   连接池技术核心：通过减少连接创建、关闭来提升性能。用于用户后续使用，好处是后续使用不用在创建连接以及线程，因为这些都需要相关很多文件、连接资源、操作系统内核资源支持来完成构建，会消耗大量资源，并且创建、关闭会消耗应用程序大量性能。

   网络连接本身会消耗大量内核资源，在linux系统下，网络连接创建本身tcp/ip协议栈在内核里面，连接创建关闭会消耗大量文件句柄（linux中万物皆文件，一种厉害抽象手段）系统资源。当下更多是应用tcp技术完成网络传输，反复打开关闭，需要操作系统维护大量tcp协议栈状态。

   连接池本质上是构建一个容器，容器来存储创建好的线程、http连接、数据库连接、netty连接等。对于使用方相当于黑盒，按照接口进行使用就可以了。各个连接池构建、使用管理详细过程大概分成以下三部分。

   第一部分：首先初始化连接池，根据设置相应参数，连接池大小、核心线程数、核心连接数等参数，初始化创建数据库、http、netty连接以及jdk线程。

   第二部分：连接池使用，前边初始化好的连接池、线程池，直接从连接池、线程中取出资源即可进行使用，使用完后要记得交还连接池、线程池，通过池容器来对资源进行管理。

   第三部分：对于连接池维护，连接池、线程池来维护连接、线程状态，不可用连接、线程进行销毁，正在使用连接、线程进行状态标注，连接、线程不够后并且少于设置最大连接、线程数，要进行新连接、线程创建。

   通过上边可以了解到各种连接池技术以及线程池原理或者说套路，理解原理才能不被纷繁复杂表象掩盖。

   下面谈谈构建自己连接池，其实理解了连接池、线程原理，可以使用ArrayList来构建自己连接池、线程池。初始化时创建配置连接数、线程，存储在ArrayList容器中，使用时从ArrayList从取出连接、线程进行使用，执行完任务后，提交回ArrayList容器。前提条件是单线程，在多线程状态下要用线程安全容器。

   前边根据原理介绍了一个简单连接池、线程池怎样构建，实际工业级别线程池还要考虑到连接状态，短连接重连，线程池维护管理高效，线程池稳定等多个因素。

   需要用到连接池而又没有相关开源产品可用时，java连接池可以使用common-pool2来构建，比如google开源gRPC技术，本身是高性能跨平台技术，但目前作为微服务使用，没有连接池、负载均衡等相应配套，这时可以根据需要自己基于Java容器构建自己连接池。也可以利用common-pool2构建连接池来提升应用性能，以及保持高可用。common-pool2本身不仅仅可以构建连接池使用，还可以用来构建对象池。

   连接池还有一个副作用就是实现了高可用，在微服务场景下一个连接不可用，那么再从netty连接池中取出一个进行使用，避免了连接不可用问题。

   掌握原理从比较全面掌握各种池技术，避免数据库连接池，再到httpclient http连接池，再到微服务netty连接池，redis客户端连接池，以及jdk中线程池，对象池各种各样池技术，使我们眼花缭乱，花费过多时间，掌握原理机制以不变应万变。

   推广一下这个方法，其他技术也是类似，深入掌握其原理，就可以明白其他类似技术相似原理，避免疲于应对各种新技术。但每一种架构设计与实现又与领域有着关系，也不可讲原理不顾实际情况扩展。理论与架构设计、源码学习相结合才是最好的，希望有帮助。

 享元模式的主要目的是实现对象的共享，即共享池，当系统中对象多的时候可以减少内存的开销，通常与工厂模式一起使用。

FlyWeightFactory负责创建和管理享元单元，当一个客户端请求时，工厂需要检查当前对象池中是否有符合条件的对象，如果有，就返回已经存在的对象，如果没有，则创建一个新对象，FlyWeight是超类。

一提到共享池，我们很容易联想到Java里面的JDBC连接池，想想每个连接的特点，我们不难总结出：适用于作共享的一些个对象，他们有一些共有的属性，就拿数据库连接池来说，url、driverClassName、username、password及dbname，这些属性对于每个连接来说都是一样的，所以就适合用享元模式来处理，建一个工厂类，将上述类似属性作为内部数据，其它的作为外部数据，在方法调用时，当做参数传进来，这样就节省了空间，减少了实例的数量。

看个例子：

看下数据库连接池的代码：

[java] view plaincopy

1. public class ConnectionPool {  
2.       
3.     private Vector<Connection> pool;  
4.       
5.     /*公有属性*/  
6.     private String url = “jdbc:mysql://localhost:3306/test”;  
7.     private String username = “root”;  
8.     private String password = “root”;  
9.     private String driverClassName = “com.mysql.jdbc.Driver”;  
10.   
11.     private int poolSize = 100;  
12.     private static ConnectionPool instance = null;  
13.     Connection conn = null;  
14.   
15.     /*构造方法，做一些初始化工作*/  
16.     private ConnectionPool() {  
17.         pool = new Vector<Connection>(poolSize);  
18.   
19.         for (int i = 0; i < poolSize; i++) {  
20.             try {  
21.                 Class.forName(driverClassName);  
22.                 conn = DriverManager.getConnection(url, username, password);  
23.                 pool.add(conn);  
24.             } catch (ClassNotFoundException e) {  
25.                 e.printStackTrace();  
26.             } catch (SQLException e) {  
27.                 e.printStackTrace();  
28.             }  
29.         }  
30.     }  
31.   
32.     /* 返回连接到连接池 */  
33.     public synchronized void release() {  
34.         pool.add(conn);  
35.     }  
36.   
37.     /* 返回连接池中的一个数据库连接 */  
38.     public synchronized Connection getConnection() {  
39.         if (pool.size() > 0) {  
40.             Connection conn = pool.get(0);  
41.             pool.remove(conn);  
42.             return conn;  
43.         } else {  
44.             return null;  
45.         }  
46.     }  
47. }  

通过连接池的管理，实现了数据库连接的共享，不需要每一次都重新创建连接，节省了数据库重新创建的开销，提升了系统的性能！