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大家好，我是寶哥 ！

大家好，現(xiàn)在介紹一款非常強大，高效，并且號稱“史上最快連接池”。由此可見他是有多受人喜歡，并且在SpringBoot2.0之后，采用的默認數(shù)據(jù)庫連接池就是Hikari。

我們知道的連接池有C3P0,DBCP,它們都比較成熟穩(wěn)定，但性能不是十分好。所以有了BoneCP這個連接池，它是一個高速、免費、開源的JAVA連接池，它的性能幾乎是C3P0、DBCP的25倍，十分強悍

在我們平常的編碼中，通常會將一些對象保存起來，這主要考慮的是對象的創(chuàng)建成本。

比如像線程資源、數(shù)據(jù)庫連接資源或者 TCP 連接等，這類對象的初始化通常要花費比較長的時間，如果頻繁地申請和銷毀，就會耗費大量的系統(tǒng)資源，造成不必要的性能損失。

并且這些對象都有一個顯著的特征，就是通過輕量級的重置工作，可以循環(huán)、重復(fù)地使用。

這個時候，我們就可以使用一個虛擬的池子，將這些資源保存起來，當使用的時候，我們就從池子里快速獲取一個即可。

在Java 中，池化技術(shù)應(yīng)用非常廣泛，常見的就有數(shù)據(jù)庫連接池、線程池等，本文主講連接池，線程池我們將在后續(xù)的博客中進行介紹。

公用池化包 Commons Pool 2

我們首先來看一下 Java 中公用的池化包 Commons Pool 2，來了解一下對象池的一般結(jié)構(gòu)。

根據(jù)我們的業(yè)務(wù)需求，使用這套 API 能夠很容易實現(xiàn)對象的池化管理。

      <!--?https://mvnrepository.com/artifact/org.apache.commons/commons-pool2?-->
<dependency>
????<groupId>org.apache.commons</groupId>
????<artifactId>commons-pool2</artifactId>
????<version>2.11.1</version>
</dependency>

GenericObjectPool 是對象池的核心類，通過傳入一個對象池的配置和一個對象的工廠，即可快速創(chuàng)建對象池。

      
        public?GenericObjectPool(?
????????????final?PooledObjectFactory<T>?factory,?
????????????final?GenericObjectPoolConfig<T>?config)

案例

Redis 的常用客戶端 Jedis，就是使用 Commons Pool 管理連接池的，可以說是一個最佳實踐。下圖是 Jedis 使用工廠創(chuàng)建對象的主要代碼塊。

對象工廠類最主要的方法就是makeObject，它的返回值是 PooledObject 類型，可以將對象使用 new DefaultPooledObject<>(obj) 進行簡單包裝返回。

redis.clients.jedis.JedisFactory，使用工廠創(chuàng)建對象。

      @Override
public?PooledObject<Jedis>?makeObject()?throws?Exception?{
??Jedis?jedis?=?null;
??try?{
????jedis?=?new?Jedis(jedisSocketFactory,?clientConfig);
????//主要的耗時操作
????jedis.connect();
????//返回包裝對象
????return?new?DefaultPooledObject<>(jedis);
??}?catch?(JedisException?je)?{
????if?(jedis?!=?null)?{
??????try?{
????????jedis.quit();
??????}?catch?(RuntimeException?e)?{
????????logger.warn("Error?while?QUIT",?e);
??????}
??????try?{
????????jedis.close();
??????}?catch?(RuntimeException?e)?{
????????logger.warn("Error?while?close",?e);
??????}
????}
????throw?je;
??}
}

我們再來介紹一下對象的生成過程，如下圖，對象在進行獲取時，將首先嘗試從對象池里拿出一個，如果對象池中沒有空閑的對象，就使用工廠類提供的方法，生成一個新的。

      public?T?borrowObject(final?Duration?borrowMaxWaitDuration)?throws?Exception?{
????//此處省略若干行
????while?(p?==?null)?{
????????create?=?false;
????????//首先嘗試從池子中獲取。
????????p?=?idleObjects.pollFirst();
????????//?池子里獲取不到，才調(diào)用工廠內(nèi)生成新實例
????????if?(p?==?null)?{
????????????p?=?create();
????????????if?(p?!=?null)?{
????????????????create?=?true;
????????????}
????????}
????????//此處省略若干行
????}
????//此處省略若干行
}

那對象是存在什么地方的呢？這個存儲的職責，就是由一個叫作 LinkedBlockingDeque 的結(jié)構(gòu)來承擔的，它是一個雙向的隊列。

接下來看一下 GenericObjectPoolConfig 的主要屬性：

      //?GenericObjectPoolConfig本身的屬性
private?int?maxTotal?=?DEFAULT_MAX_TOTAL;
private?int?maxIdle?=?DEFAULT_MAX_IDLE;
private?int?minIdle?=?DEFAULT_MIN_IDLE;
//?其父類BaseObjectPoolConfig的屬性
private?boolean?lifo?=?DEFAULT_LIFO;
private?boolean?fairness?=?DEFAULT_FAIRNESS;
private?long?maxWaitMillis?=?DEFAULT_MAX_WAIT_MILLIS;
private?long?minEvictableIdleTimeMillis?=?DEFAULT_MIN_EVICTABLE_IDLE_TIME_MILLIS;
private?long?evictorShutdownTimeoutMillis?=?DEFAULT_EVICTOR_SHUTDOWN_TIMEOUT_MILLIS;
private?long?softMinEvictableIdleTimeMillis?=?DEFAULT_SOFT_MIN_EVICTABLE_IDLE_TIME_MILLIS;
private?int?numTestsPerEvictionRun?=?DEFAULT_NUM_TESTS_PER_EVICTION_RUN;
private?EvictionPolicy<T>?evictionPolicy?=?null;?
//?Only?2.6.0?applications?set?this?
private?String?evictionPolicyClassName?=?DEFAULT_EVICTION_POLICY_CLASS_NAME;
private?boolean?testOnCreate?=?DEFAULT_TEST_ON_CREATE;
private?boolean?testOnBorrow?=?DEFAULT_TEST_ON_BORROW;
private?boolean?testOnReturn?=?DEFAULT_TEST_ON_RETURN;
private?boolean?testWhileIdle?=?DEFAULT_TEST_WHILE_IDLE;
private?long?timeBetweenEvictionRunsMillis?=?DEFAULT_TIME_BETWEEN_EVICTION_RUNS_MILLIS;
private?boolean?blockWhenExhausted?=?DEFAULT_BLOCK_WHEN_EXHAUSTED;

參數(shù)很多，要想了解參數(shù)的意義，我們首先來看一下一個池化對象在整個池子中的生命周期。

如下圖所示，池子的操作主要有兩個：一個是業(yè)務(wù)線程，一個是檢測線程。

對象池在進行初始化時，要指定三個主要的參數(shù)：

maxTotal 對象池中管理的對象上限
maxIdle 最大空閑數(shù)
minIdle 最小空閑數(shù)

其中maxTotal 和業(yè)務(wù)線程有關(guān)，當業(yè)務(wù)線程想要獲取對象時，會首先檢測是否有空閑的對象。

如果有，則返回一個；否則進入創(chuàng)建邏輯。此時，如果池中個數(shù)已經(jīng)達到了最大值，就會創(chuàng)建失敗，返回空對象。

對象在獲取的時候，有一個非常重要的參數(shù)，那就是最大等待時間（maxWaitMillis），這個參數(shù)對應(yīng)用方的性能影響是比較大的。該參數(shù)默認為 -1，表示永不超時，直到有對象空閑。

如下圖，如果對象創(chuàng)建非常緩慢或者使用非常繁忙，業(yè)務(wù)線程會持續(xù)阻塞（blockWhenExhausted 默認為 true），進而導(dǎo)致正常服務(wù)也不能運行。

面試題

一般面試官會問：你會把超時參數(shù)設(shè)置成多大呢？我一般都會把最大等待時間，設(shè)置成接口可以忍受的最大延遲。

比如，一個正常服務(wù)響應(yīng)時間 10ms 左右，達到 1 秒鐘就會感覺到卡頓，那么這個參數(shù)設(shè)置成 500~1000ms 都是可以的。

超時之后，會拋出 NoSuchElementException 異常，請求會快速失敗，不會影響其他業(yè)務(wù)線程，這種 Fail Fast 的思想，在互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用非常廣泛。

帶有evcit 字樣的參數(shù)，主要是處理對象逐出的。池化對象除了初始化和銷毀的時候比較昂貴，在運行時也會占用系統(tǒng)資源。

比如，連接池會占用多條連接，線程池會增加調(diào)度開銷等。業(yè)務(wù)在突發(fā)流量下，會申請到超出正常情況的對象資源，放在池子中。等這些對象不再被使用，我們就需要把它清理掉。

超出minEvictableIdleTimeMillis 參數(shù)指定值的對象，就會被強制回收掉，這個值默認是 30 分鐘；softMinEvictableIdleTimeMillis 參數(shù)類似，但它只有在當前對象數(shù)量大于 minIdle 的時候才會執(zhí)行移除，所以前者的動作要更暴力一些。

還有4 個 test 參數(shù)：testOnCreate、testOnBorrow、testOnReturn、testWhileIdle，分別指定了在創(chuàng)建、獲取、歸還、空閑檢測的時候，是否對池化對象進行有效性檢測。

開啟這些檢測，能保證資源的有效性，但它會耗費性能，所以默認為 false。

生產(chǎn)環(huán)境上，建議只將 testWhileIdle 設(shè)置為 true，并通過調(diào)整空閑檢測時間間隔（timeBetweenEvictionRunsMillis），比如 1 分鐘，來保證資源的可用性，同時也保證效率。

JMH 測試

使用連接池和不使用連接池，它們之間的性能差距到底有多大呢？

下面是一個簡單的 JMH 測試例子（見倉庫），進行一個簡單的 set 操作，為 redis 的 key 設(shè)置一個隨機值。

      @Fork(2)?
@State(Scope.Benchmark)?
@Warmup(iterations?=?5,?time?=?1)?
@Measurement(iterations?=?5,?time?=?1)?
@BenchmarkMode(Mode.Throughput)?
public?class?JedisPoolVSJedisBenchmark?{?
???JedisPool?pool?=?new?JedisPool("localhost",?6379);?

???@Benchmark?
???public?void?testPool()?{?
???????Jedis?jedis?=?pool.getResource();?
???????jedis.set("a",?UUID.randomUUID().toString());?
???????jedis.close();?
???}?

???@Benchmark?
???public?void?testJedis()?{?
???????Jedis?jedis?=?new?Jedis("localhost",?6379);?
???????jedis.set("a",?UUID.randomUUID().toString());?
???????jedis.close();?
???}?
???//此處省略若干行
}

將測試結(jié)果使用 meta-chart 作圖，展示結(jié)果如下圖所示，可以看到使用了連接池的方式，它的吞吐量是未使用連接池方式的 5 倍！

數(shù)據(jù)庫連接池 HikariCP

HikariCP 源于日語“光る”，光的意思，寓意軟件工作速度和光速一樣快，它是 SpringBoot 中默認的數(shù)據(jù)庫連接池。

數(shù)據(jù)庫是我們工作中經(jīng)常使用到的組件，針對數(shù)據(jù)庫設(shè)計的客戶端連接池是非常多的，它的設(shè)計原理與我們在本文開頭提到的基本一致，可以有效地減少數(shù)據(jù)庫連接創(chuàng)建、銷毀的資源消耗。

同是連接池，它們的性能也是有差別的，下圖是 HikariCP 官方的一張測試圖，可以看到它優(yōu)異的性能，官方的 JMH 測試代碼見 Github。

一般面試題是這么問的：HikariCP 為什么快呢？

主要有三個方面：

它使用 FastList 替代 ArrayList，通過初始化的默認值，減少了越界檢查的操作
優(yōu)化并精簡了字節(jié)碼，通過使用 Javassist，減少了動態(tài)代理的性能損耗，比如使用 invokestatic 指令代替 invokevirtual 指令
實現(xiàn)了無鎖的 ConcurrentBag，減少了并發(fā)場景下的鎖競爭

HikariCP 對性能的一些優(yōu)化操作，是非常值得我們借鑒的，在之后的博客中，我們將詳細分析幾個優(yōu)化場景。

數(shù)據(jù)庫連接池同樣面臨一個最大值（maximumPoolSize）和最小值（minimumIdle）的問題。這里同樣有一個非常高頻的面試題：你平常會把連接池設(shè)置成多大呢？

很多同學認為，連接池的大小設(shè)置得越大越好，有的同學甚至把這個值設(shè)置成 1000 以上，這是一種誤解。

根據(jù)經(jīng)驗，數(shù)據(jù)庫連接，只需要 20~50 個就夠用了。具體的大小，要根據(jù)業(yè)務(wù)屬性進行調(diào)整，但大得離譜肯定是不合適的。

HikariCP 官方是不推薦設(shè)置 minimumIdle 這個值的，它將被默認設(shè)置成和 maximumPoolSize 一樣的大小。如果你的數(shù)據(jù)庫Server端連接資源空閑較大，不妨也可以去掉連接池的動態(tài)調(diào)整功能。

另外，根據(jù)數(shù)據(jù)庫查詢和事務(wù)類型，一個應(yīng)用中是可以配置多個數(shù)據(jù)庫連接池的，這個優(yōu)化技巧很少有人知道，在此簡要描述一下。

業(yè)務(wù)類型通常有兩種：一種需要快速的響應(yīng)時間，把數(shù)據(jù)盡快返回給用戶；另外一種是可以在后臺慢慢執(zhí)行，耗時比較長，對時效性要求不高。

如果這兩種業(yè)務(wù)類型，共用一個數(shù)據(jù)庫連接池，就容易發(fā)生資源爭搶，進而影響接口響應(yīng)速度。

雖然微服務(wù)能夠解決這種情況，但大多數(shù)服務(wù)是沒有這種條件的，這時就可以對連接池進行拆分。

如圖，在同一個業(yè)務(wù)中，根據(jù)業(yè)務(wù)的屬性，我們分了兩個連接池，就是來處理這種情況的。

HikariCP 還提到了另外一個知識點，在 JDBC4 的協(xié)議中，通過 Connection.isValid() 就可以檢測連接的有效性。

這樣，我們就不用設(shè)置一大堆的 test 參數(shù)了，HikariCP 也沒有提供這樣的參數(shù)。

結(jié)果緩存池

到了這里你可能會發(fā)現(xiàn)池（Pool）與緩存（Cache）有許多相似之處。

它們之間的一個共同點，就是將對象加工后，存儲在相對高速的區(qū)域。我習慣性將緩存看作是數(shù)據(jù)對象，而把池中的對象看作是執(zhí)行對象。緩存中的數(shù)據(jù)有一個命中率問題，而池中的對象一般都是對等的。

考慮下面一個場景，jsp 提供了網(wǎng)頁的動態(tài)功能，它可以在執(zhí)行后，編譯成 class 文件，加快執(zhí)行速度；再或者，一些媒體平臺，會將熱門文章，定時轉(zhuǎn)化成靜態(tài)的 html 頁面，僅靠 nginx 的負載均衡即可應(yīng)對高并發(fā)請求（動靜分離）。

這些時候，你很難說清楚，這是針對緩存的優(yōu)化，還是針對對象進行了池化，它們在本質(zhì)上只是保存了某個執(zhí)行步驟的結(jié)果，使得下次訪問時不需要從頭再來。

我通常把這種技術(shù)叫作結(jié)果緩存池（Result Cache Pool），屬于多種優(yōu)化手段的綜合。

小結(jié)

下面我來簡單總結(jié)一下本文的內(nèi)容重點：我們從 Java 中最通用的公用池化包 Commons Pool 2 說起，介紹了它的一些實現(xiàn)細節(jié)，并對一些重要參數(shù)的應(yīng)用做了講解。

Jedis 就是在 Commons Pool 2 的基礎(chǔ)上封裝的，通過 JMH 測試，我們發(fā)現(xiàn)對象池化之后，有了接近 5 倍的性能提升。

接下來介紹了數(shù)據(jù)庫連接池中速度很快的 HikariCP ，它在池化技術(shù)之上，又通過編碼技巧進行了進一步的性能提升，HikariCP 是我重點研究的類庫之一，我也建議你加入自己的任務(wù)清單中。

總體來說，當你遇到下面的場景，就可以考慮使用池化來增加系統(tǒng)性能：

對象的創(chuàng)建或者銷毀，需要耗費較多的系統(tǒng)資源
對象的創(chuàng)建或者銷毀，耗時長，需要繁雜的操作和較長時間的等待
對象創(chuàng)建后，通過一些狀態(tài)重置，可被反復(fù)使用

將對象池化之后，只是開啟了第一步優(yōu)化。要想達到最優(yōu)性能，就不得不調(diào)整池的一些關(guān)鍵參數(shù)，合理的池大小加上合理的超時時間，就可以讓池發(fā)揮更大的價值。和緩存的命中率類似，對池的監(jiān)控也是非常重要的。

如下圖，可以看到數(shù)據(jù)庫連接池連接數(shù)長時間保持在高位不釋放，同時等待的線程數(shù)急劇增加，這就能幫我們快速定位到數(shù)據(jù)庫的事務(wù)問題。

平常的編碼中，有很多類似的場景。比如 Http 連接池，Okhttp 和 Httpclient 就都提供了連接池的概念，你可以類比著去分析一下，關(guān)注點也是在連接大小和超時時間上。

在底層的中間件，比如 RPC，也通常使用連接池技術(shù)加速資源獲取，比如 Dubbo 連接池、 Feign 切換成 httppclient 的實現(xiàn)等技術(shù)。

你會發(fā)現(xiàn)，在不同資源層面的池化設(shè)計也是類似的。比如線程池，通過隊列對任務(wù)進行了二層緩沖，提供了多樣的拒絕策略等，線程池我們將在后續(xù)的文章中進行介紹。

線程池的這些特性，你同樣可以借鑒到連接池技術(shù)中，用來緩解請求溢出，創(chuàng)建一些溢出策略。

現(xiàn)實情況中，我們也會這么做。那么具體怎么做？有哪些做法？這部分內(nèi)容就留給大家思考了。

來源：網(wǎng)絡(luò)

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