Understanding Java Connection Pools: Commons Pool 2, Jedis, and HikariCP

大家好，现在介绍一款非常强大，高效，并且号称“史上最快连接池”。由此可见他是有多受人喜欢，并且

在SpringBoot2.0之后，采用的默认数据库连接池就是Hikari 。

我们知道的连接池有C3P0,DBCP,它们都比较成熟稳定，但性能不是十分好。所以有了BoneCP这个连接池，它是一个高速、免费、开源的JAVA连接池，它的性能几乎是C3P0、DBCP的25倍，十分强悍。

在我们平常的编码中，通常会将一些对象保存起来，这主要考虑的是对象的创建成本。

比如像线程资源、数据库连接资源或者 TCP 连接等，这类对象的初始化通常要花费比较长的时间，如果频繁地申请和销毁，就会耗费大量的系统资源，造成不必要的性能损失。

并且这些对象都有一个显著的特征，就是通过轻量级的重置工作，可以循环、重复地使用。

这个时候，我们就可以使用一个虚拟的池子，将这些资源保存起来，当使用的时候，我们就从池子里快速获取一个即可。

在Java 中，池化技术应用非常广泛，常见的就有数据库连接池、线程池等，本文主讲连接池，线程池我们将在后续的博客中进行介绍。

公用池化包 Commons Pool 2

我们首先来看一下 Java 中公用的池化包 Commons Pool 2，来了解一下对象池的一般结构。

根据我们的业务需求，使用这套 API 能够很容易实现对象的池化管理。

<!-- 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 是对象池的核心类，通过传入一个对象池的配置和一个对象的工厂，即可快速创建对象池。

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

案例

Redis 的常用客户端 Jedis，就是使用 Commons Pool 管理连接池的，可以说是一个最佳实践。下图是 Jedis 使用工厂创建对象的主要代码块。

对象工厂类最主要的方法就是makeObject，它的返回值是 PooledObject 类型，可以将对象使用 new DefaultPooledObject<>(obj) 进行简单包装返回。

redis.clients.jedis.JedisFactory，使用工厂创建对象。

@Override
public PooledObject<Jedis> makeObject() throws Exception {
  Jedis jedis = null;
  try {
    jedis = new Jedis(jedisSocketFactory, clientConfig);
    //主要的耗时操作
    jedis.connect();
    //返回包装对象
    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;
  }
}

我们再来介绍一下对象的生成过程，如下图，对象在进行获取时，将首先尝试从对象池里拿出一个，如果对象池中没有空闲的对象，就使用工厂类提供的方法，生成一个新的。

public T borrowObject(final Duration borrowMaxWaitDuration) throws Exception {
    //此处省略若干行
    while (p == null) {
        create = false;
        //首先尝试从池子中获取。
        p = idleObjects.pollFirst();
        // 池子里获取不到，才调用工厂内生成新实例
        if (p == null) {
            p = create();
            if (p != null) { create = true; }
        }
        //此处省略若干行
    }
    //此处省略若干行
}

那对象是存在什么地方的呢？这个存储的职责，就是由一个叫作 LinkedBlockingDeque 的结构来承担的，它是一个双向的队列。

接下来看一下 GenericObjectPoolConfig 的主要属性：

// GenericObjectPoolConfig本身的属性
private int maxTotal = DEFAULT_MAX_TOTAL;
private int maxIdle = DEFAULT_MAX_IDLE;
private int minIdle = DEFAULT_MIN_IDLE;
// 其父类BaseObjectPoolConfig的属性
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
evictionPolicy = null; 
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;

参数很多，要想了解参数的意义，我们首先来看一下一个池化对象在整个池子中的生命周期。

对象池在进行初始化时，要指定三个主要的参数：

maxTotal 对象池中管理的对象上限

maxIdle 最大空闲数

minIdle 最小空闲数

其中 maxTotal 和业务线程有关，当业务线程想要获取对象时，会首先检测是否有空闲的对象。如果有，则返回一个；否则进入创建逻辑。如果池中个数已经达到了最大值，就会创建失败，返回空对象。

对象在获取的时候，有一个非常重要的参数——最大等待时间（maxWaitMillis），默认 -1 表示永不超时，直到有对象空闲。

如果对象创建非常缓慢或使用非常繁忙，业务线程会持续阻塞（blockWhenExhausted 默认为 true），导致正常服务也不能运行。

面试题

一般面试官会问：你会把超时参数设置成多大呢？我一般会把最大等待时间设置成接口可以忍受的最大延迟，例如 500~1000ms。

超时之后，会抛出 NoSuchElementException 异常，请求会快速失败，这种 Fail Fast 思想在互联网应用非常广泛。

带有 evcit 字样的参数主要处理对象逐出，池化对象在运行时也会占用系统资源，需要适时回收。

四个 test 参数（testOnCreate、testOnBorrow、testOnReturn、testWhileIdle）决定了在创建、获取、归还、空闲检测时是否进行有效性检测，默认 false，生产环境建议仅开启 testWhileIdle 并调节检测间隔。

JMH 测试

使用连接池和不使用连接池，它们之间的性能差距到底有多大呢？下面是一个简单的 JMH 测试例子，对 Redis 的 key 设置随机值。

@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();
   }
   //此处省略若干行
}

测试结果显示，使用连接池的方式吞吐量约为未使用连接池的 5 倍。

数据库连接池 HikariCP

HikariCP 源于日语“光る”，寓意软件工作速度如光速，它是 SpringBoot 中默认的数据库连接池。

它在池化技术之上通过编码技巧进一步提升性能，例如使用 FastList 替代 ArrayList、Javassist 优化字节码、实现无锁的 ConcurrentBag 等。

HikariCP 官方不推荐设置 minimumIdle，默认与 maximumPoolSize 相同；在实际业务中，数据库连接数 20~50 个通常足够，需根据业务属性调整。

对于不同业务类型，可考虑拆分连接池以避免资源争抢，或使用多个连接池分别处理快速响应和后台慢任务。

结果缓存池

池（Pool）与缓存（Cache）在保存对象或数据方面有相似之处，都是将加工后的结果存放在高速区域，以提升后续访问速度。

这种技术可以称为结果缓存池（Result Cache Pool），是一种综合性的优化手段。

小结

本文从 Commons Pool 2 开始，介绍了对象池的实现细节、关键参数及其调优，并通过 JMH 基准测试展示了 Jedis 使用池化后约 5 倍的性能提升；随后分析了 HikariCP 的高速特性和配置要点，建议在实际项目中合理设置池大小、超时和检测参数，以获得最佳性能。

当遇到对象创建成本高、创建耗时长且可重置复用的场景时，考虑使用对象池化技术，并结合监控和参数调优，实现系统性能的显著提升。