面試官:如何實現(xiàn)一個連接池，我當(dāng)場懵了

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結(jié)構(gòu)

連接池對外提供如下接口：

• 獲得連接

• 歸還連接

暴露最小空閑連接數(shù)、最大連接數(shù)等客戶端可配置的參數(shù)。

對內(nèi)則實現(xiàn)如下功能：

• 連接建立

• 連接心跳保持

• 連接管理

• 空閑連接回收

• 連接可用性檢測

連接池結(jié)構(gòu)示意圖

連接池和連接分離式

有一個XXXPool類負(fù)責(zé)連接池實現(xiàn)：

1. 先從其獲得連接XXXConnection

2. 再用所獲連接請求服務(wù)端

3. 完成后歸還連接

XXXPool必須是線程安全的，可并發(fā)獲取和歸還連接，而XXXConnection是非線程安全的。
對應(yīng)到連接池結(jié)構(gòu)示意圖，XXXPool就是右邊連接池那個框，左邊客戶端是我們自己的代碼。

最佳實踐

連接池本身一般是線程安全的，可復(fù)用。每次使用需要從連接池獲取連接，使用后歸還，歸還的工作由使用者負(fù)責(zé)。

內(nèi)置連接池

對外提供一個XXXClient類，通過該類可直接請求服務(wù)端。該類內(nèi)部維護了連接池，SDK使用者無需考慮連接的獲取和歸還問題。
XXXClient是線程安全的。對應(yīng)到連接池結(jié)構(gòu)示意圖中，整個API就是藍框。

最佳實踐

大多數(shù)中間件、數(shù)據(jù)庫的客戶端SDK都會支持連接池，SDK負(fù)責(zé)連接的獲取和歸還，使用的時候直接復(fù)用客戶端。

非連接池

一般命名為XXXConnection，以區(qū)分其是基于連接池or單連接，而不建議命名為XXXClient。直接連接方式的API基于單一連接，每次使用都需要創(chuàng)建和斷開連接，性能一般，且通常不是線程安全的。對應(yīng)到連接池的結(jié)構(gòu)示意圖中，這種形式相當(dāng)于沒有右邊連接池那個框，客戶端直接連接服務(wù)端創(chuàng)建連接。

最佳實踐

那通常不是線程安全的，而且短連接的方式性能不會很高，使用的時候需要考慮是否自己封裝一個連接池。

多線程環(huán)境下復(fù)用一個連接會發(fā)生什么？

首先，向Redis初始化2組數(shù)據(jù)，Key=a、Value=1，Key=b、Value=2：

@PostConstructpublic 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，啟動兩個線程，共享操作同一個Jedis實例，每一個線程循環(huán)1000次，分別讀取Key為a和b的Value，判斷是否分別為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);

執(zhí)行多次，發(fā)現(xiàn)日志各種異常都有：

//錯誤1[14:56:19.069] [Thread-28] [WARN ] [.t.c.c.redis.JedisMisreuseController:45  ] - Expect b to be 2 but found 1//錯誤2redis.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)//錯誤3java.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

讓我們分析一下Jedis類的源碼，搞清楚其中緣由吧。

BinaryClient封裝了各種Redis命令

都是調(diào)用其父類Connection方法，使用Protocol類發(fā)送命令

Protocol類的sendCommand方法

發(fā)送命令時是直接操作RedisOutputStream寫字節(jié)。

在多線程環(huán)境下復(fù)用Jedis對象，其實就是在復(fù)用RedisOutputStream。如果多個線程在執(zhí)行操作，那么既無法確保整條命令以一個原子操作寫入Socket，也無法確保寫入后、讀取前沒有其他數(shù)據(jù)寫到遠端。
這就能解釋了為何多線程下使用Jedis對象操作Redis會出現(xiàn)各種問題：

• 寫操作互相干擾，多條命令交織，必然是非法的Redis命令，則Redis會關(guān)閉客戶端連接，導(dǎo)致連接斷開

• 線程1和2先后寫入get a和get b請求，Redis也返回了值1和2，但是線程2先讀取了數(shù)據(jù)1就會出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯亂的問題。

修復(fù)

使用Jedis提供的線程安全的類JedisPool來獲得Jedis的實例。JedisPool作為連接池，可以聲明為static 被多線程共享。注意使用try-with-resources模式。
這樣使用后代碼不再有線程安全問題。最好再通過shutdownhook，在程序退出之前關(guān)閉JedisPool：

@PostConstructpublic void init() {    Runtime.getRuntime().addShutdownHook(new Thread(() -> {        jedisPool.close();    }));}

Jedis#close

若Jedis是從連接池獲取的話，則close方法會調(diào)用連接池的return方法歸還連接：

如果不是，則直接關(guān)閉連接，其最終調(diào)用Connection類的disconnect方法來關(guān)閉TCP連接：

可見Jedis可獨立使用，也可配合連接池（JedisPool）

JedisPool繼承JedisPoolAbstract又繼承抽象類Pool，Pool內(nèi)部持有Apache Common的GenericObjectPool。

所以JedisPool的連接池其實就是直接復(fù)用的GenericObjectPool，并沒有自己實現(xiàn)一套池子。

綜上，Jedis API屬于連接池和連接分離的API，JedisPool是線程安全的連接池，Jedis是非線程安全的單一連接。

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