【面试：并发篇36：多线程：设计模式】享元模式-应用：自定义连接池

00.前言

如果有任何问题请指出，感谢。

01.介绍

我们现在设想一个场景，假如你有一个网站 QPS达到数千，如果每次都重新创建和关闭数据库连接池，性能会受到很大的影响，这时我们预先创建好一批连接，放入连接池。一次请求到达后从连接池获取连接，使用完毕后再还回连接池，这样即节约了连接和关闭的时间，也实现了连接的重用，不至于让庞大的连接数压垮数据库。

02.连接池代码

public class Test3 {
    public static void main(String[] args) {
        Pool pool = new Pool(2);
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            new Thread(() -> {
                MockConnection conn = pool.borrow();
                try {
                    Thread.sleep(new Random().nextInt(1000));
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                pool.free(conn);
            }).start();
        }
    }
}

@Slf4j(topic = "c.Pool")
class Pool {
    // 1. 连接池大小
    private final int poolSize;

    // 2. 连接对象数组
    private MockConnection[] connections;

    // 3. 连接状态数组 0 表示空闲， 1 表示繁忙
    private AtomicIntegerArray states;

    // 4. 构造方法初始化
    public Pool(int poolSize) {
        this.poolSize = poolSize;
        this.connections = new MockConnection[poolSize];
        this.states = new AtomicIntegerArray(new int[poolSize]);
        for (int i = 0; i < poolSize; i++) {
            connections[i] = new MockConnection("连接" + (i+1));
        }
    }

    // 5. 借连接
    public MockConnection borrow() {
        while(true) {
            for (int i = 0; i < poolSize; i++) {
                // 获取空闲连接
                if(states.get(i) == 0) {
                    if (states.compareAndSet(i, 0, 1)) {
                        log.debug("borrow {}", connections[i]);
                        return connections[i];
                    }
                }
            }
            // 如果没有空闲连接，当前线程进入等待
            synchronized (this) {
                try {
                    log.debug("wait...");
                    this.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

    // 6. 归还连接
    public void free(MockConnection conn) {
        for (int i = 0; i < poolSize; i++) {
            if (connections[i] == conn) {
                states.set(i, 0);
                synchronized (this) {
                    log.debug("free {}", conn);
                    this.notifyAll();
                }
                break;
            }
        }
    }
}

class MockConnection {

    private String name;

    public MockConnection(String name) {
        this.name = name;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "MockConnection{" +
                "name='" + name + '\'' +
                '}';
    }
}
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结果

18:28:02.779 c.Pool [Thread-0] - wait…
18:28:02.778 c.Pool [Thread-3] - borrow MockConnection{name=‘连接2’}
18:28:02.786 c.Pool [Thread-4] - wait…
18:28:02.786 c.Pool [Thread-1] - wait…
18:28:02.778 c.Pool [Thread-2] - borrow MockConnection{name=‘连接1’}
18:28:03.325 c.Pool [Thread-3] - free MockConnection{name=‘连接2’}
18:28:03.325 c.Pool [Thread-1] - borrow MockConnection{name=‘连接2’}
18:28:03.325 c.Pool [Thread-4] - wait…
18:28:03.325 c.Pool [Thread-0] - wait…
18:28:03.519 c.Pool [Thread-1] - free MockConnection{name=‘连接2’}
18:28:03.519 c.Pool [Thread-4] - wait…
18:28:03.519 c.Pool [Thread-0] - borrow MockConnection{name=‘连接2’}
18:28:03.521 c.Pool [Thread-2] - free MockConnection{name=‘连接1’}
18:28:03.521 c.Pool [Thread-4] - borrow MockConnection{name=‘连接1’}
18:28:03.554 c.Pool [Thread-4] - free MockConnection{name=‘连接1’}
18:28:04.365 c.Pool [Thread-0] - free MockConnection{name=‘连接2’}

解释
MockConnection类

连接池类

Pool类

1.states表示的是连接状态数组，如果第i个连接被用了就把states的cas方法把0 改成 1表示已经被用了
2.borrow()方法 用来从连接池中获取连接里面是一个while循环 如果此时有空闲连接就返回空闲连接，如果没有则wait进入等待，等待之后的其他线程归还连接后唤醒
3.free()方法 用来遍历当前连接池连接 如果当前线程归还的连接存在则 states.set(i, 0); 把这个连接重置为0 表示没有线程使用，并且notifyAll唤醒所有线程 然后其他在等待的线程被唤醒

注意

1.为什么borrow()方法 要进行wait 通过代码可知我们不加wait/notifyAll 这个代码一样没有问题，其实这里加wait的真正作用是防止while循环空转 降低cpu效率，加上wait后进入等待 不占用cpu时间片
2.为什么free()方法 要在if里面执行notifyAll 而不放在for循环外，原因是 有这么一种可能 假如有人创建了一个不属于这个连接池的连接 然后归还了 如果此时notifyAll放在了for循环外 就会导致连接池并没有空闲连接但是还是唤醒了所有线程