池化技術(shù)到達(dá)有多牛？看了線程和線程池的對(duì)比嚇我一跳！

來源 | Java中文社群（ID：javacn666）

情商高的人是能洞察并照顧到身邊所有人的情緒，而好的文章應(yīng)該讓所有人都能看懂。

尼采曾經(jīng)說過：人們無(wú)法理解他沒有經(jīng)歷過的事情。因此我會(huì)試著把技術(shù)文章寫的盡量具象化一些，力求讓所有人都能看懂，所以在正式開始之前，我們先從兩個(gè)生活事例說起。

尼采帥照：

嘮嗑：之前一直以為尼采是中國(guó)的某位圣人，大體和莊子差不多，后來才知道原來是一位老外，驚了個(gè)呆。

生活案例 1

早些年間，某寶雙“11”突然爆火，然后無(wú)數(shù)個(gè)男男女女瘋狂“剁手”，然而最痛苦的并不是“剁手”之后吃“灰”的日子，而是漫長(zhǎng)而又揪心的等待快遞小哥的日子。

為了緩解彼此的“痛苦”（快遞公司的電話被打爆，用戶等得不耐煩），快遞公司后面就變“聰明”了，每當(dāng)購(gòu)物節(jié)將要來臨之前，快遞公司會(huì)預(yù)先準(zhǔn)備好充足的人和車，以迎接撲面而來的訂單。

至此，當(dāng)我們?cè)儆龅礁鞣N購(gòu)物節(jié)，就再也不用每天盯著手機(jī)煎熬的等待快遞小哥了。

生活案例 2

小美是一家公司的 HR，每年年初是小美最頭疼的日子了。因?yàn)槟瓿跤写罅康膯T工離職，因此小美需要一邊辦理離職員工的手續(xù)，一邊瘋狂的招人，除了這些工作之外，小美還要忍受來自各部門和大 BOSS 的間歇性催促，這些都讓小美痛苦不已。

于是為了應(yīng)對(duì)每年年初的這種囧境，小美也變聰明了，她每年年末的時(shí)候都會(huì)預(yù)先招聘一些員工，以備來年的不時(shí)之需。

自從用了這招之后（提前招人），小美從此過上了幸福的生活。

池化技術(shù)指的是提前準(zhǔn)備一些資源，在需要時(shí)可以重復(fù)使用這些預(yù)先準(zhǔn)備的資源。

也就是說池化技術(shù)有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1. 提前創(chuàng)建；
2. 重復(fù)利用。

池化技術(shù)優(yōu)點(diǎn)分析

以 Java 中的對(duì)象創(chuàng)建來說，在對(duì)象創(chuàng)建時(shí)要經(jīng)歷以下步驟：

1. 根據(jù) new 標(biāo)識(shí)符后面的參數(shù)，在常量池查找類的符號(hào)引用；
2. 如果沒找到符號(hào)應(yīng)用（類并未加載），進(jìn)行類的加載、解析、初始化等；
3. 虛擬機(jī)為對(duì)象在堆中分配內(nèi)存，并將分配的內(nèi)存初始化為 0，針對(duì)對(duì)象頭，建立相應(yīng)的描述結(jié)構(gòu)（耗時(shí)操作：需要查找堆中的空閑區(qū)域，修改內(nèi)存分配狀態(tài)等）；
4. 調(diào)用對(duì)象的初始化方法（耗時(shí)操作：用戶的復(fù)雜的邏輯驗(yàn)證等操作，如IO、數(shù)值計(jì)算是否符合規(guī)定等）。

從上述的流程中可以看出，創(chuàng)建一個(gè)類需要經(jīng)歷復(fù)雜且耗時(shí)的操作，因此我們應(yīng)該盡量復(fù)用已有的類，以確保程序的高效運(yùn)行，當(dāng)然如果能夠提前創(chuàng)建這些類就再好不過了，而這些功能都可以用池化技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。

池化技術(shù)常見應(yīng)用

常見的池化技術(shù)的使用有：線程池、內(nèi)存池、數(shù)據(jù)庫(kù)連接池、HttpClient 連接池等，下面分別來看。

1.線程池

線程池的原理很簡(jiǎn)單，類似于操作系統(tǒng)中的緩沖區(qū)的概念。線程池中會(huì)先啟動(dòng)若干數(shù)量的線程，這些線程都處于睡眠狀態(tài)。當(dāng)客戶端有一個(gè)新的請(qǐng)求時(shí)，就會(huì)喚醒線程池中的某一個(gè)睡眠的線程，讓它來處理客戶端的這個(gè)請(qǐng)求，當(dāng)處理完這個(gè)請(qǐng)求之后，線程又處于睡眠的狀態(tài)。

線程池能很高地提升程序的性能。比如有一個(gè)省級(jí)數(shù)據(jù)大集中的銀行網(wǎng)絡(luò)中心，高峰期每秒的客戶端請(qǐng)求并發(fā)數(shù)超過100，如果為每個(gè)客戶端請(qǐng)求創(chuàng)建一個(gè)新的線程的話，那耗費(fèi)的 CPU 時(shí)間和內(nèi)存都是十分驚人的，如果采用一個(gè)擁有 200 個(gè)線程的線程池，那將會(huì)節(jié)約大量的系統(tǒng)資源，使得更多的 CPU 時(shí)間和內(nèi)存用來處理實(shí)際的商業(yè)應(yīng)用，而不是頻繁的線程創(chuàng)建和銷毀。

2.內(nèi)存池

如何更好地管理應(yīng)用程序內(nèi)存的使用，同時(shí)提高內(nèi)存使用的頻率，這時(shí)值得每一個(gè)開發(fā)人員深思的問題。內(nèi)存池（Memory Pool）就提供了一個(gè)比較可行的解決方案。

內(nèi)存池在創(chuàng)建的過程中，會(huì)預(yù)先分配足夠大的內(nèi)存，形成一個(gè)初步的內(nèi)存池。然后每次用戶請(qǐng)求內(nèi)存的時(shí)候，就會(huì)返回內(nèi)存池中的一塊空閑的內(nèi)存，并將這塊內(nèi)存的標(biāo)志置為已使用。當(dāng)內(nèi)存使用完畢釋放內(nèi)存的時(shí)候，也不是真正地調(diào)用 free 或 delete 的過程，而是把內(nèi)存放回內(nèi)存池的過程，且放回的過程要把標(biāo)志置為空閑。最后，應(yīng)用程序結(jié)束就會(huì)將內(nèi)存池銷毀，將內(nèi)存池中的每一塊內(nèi)存釋放。

內(nèi)存池的優(yōu)點(diǎn)：

• 減少內(nèi)存碎片的產(chǎn)生，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)可以從創(chuàng)建內(nèi)存池的過程中看出，當(dāng)我們?cè)趧?chuàng)建內(nèi)存池的時(shí)候，分配的都是一塊塊比較規(guī)整的內(nèi)存塊，減少內(nèi)存碎片的產(chǎn)生。
• 提高了內(nèi)存的使用頻率。這個(gè)可以從分配內(nèi)存和釋放內(nèi)存的過程中看出。每次的分配和釋放并不是去調(diào)用系統(tǒng)提供的函數(shù)或操作符去操作實(shí)際的內(nèi)存，而是在復(fù)用內(nèi)存池中的內(nèi)存。

內(nèi)存池的缺點(diǎn)：會(huì)造成內(nèi)存的浪費(fèi)，因?yàn)橐褂脙?nèi)存池需要在一開始分配一大塊閑置的內(nèi)存，而這些內(nèi)存不一定全部被用到。

3.數(shù)據(jù)庫(kù)連接池

數(shù)據(jù)庫(kù)連接池的基本思想是在系統(tǒng)初始化的時(shí)候?qū)?shù)據(jù)庫(kù)連接作為對(duì)象存儲(chǔ)在內(nèi)存中，當(dāng)用戶需要訪問數(shù)據(jù)庫(kù)的時(shí)候，并非建立一個(gè)新的連接，而是從連接池中取出一個(gè)已建立的空閑連接對(duì)象。在使用完畢后，用戶也不是將連接關(guān)閉，而是將連接放回到連接池中，以供下一個(gè)請(qǐng)求訪問使用，而這些連接的建立、斷開都是由連接池自身來管理的。

同時(shí)，還可以設(shè)置連接池的參數(shù)來控制連接池中的初始連接數(shù)、連接的上下限數(shù)和每個(gè)連接的最大使用次數(shù)、最大空閑時(shí)間等。當(dāng)然，也可以通過連接池自身的管理機(jī)制來監(jiān)視連接的數(shù)量、使用情況等。

4.HttpClient 連接池

HttpClient 我們經(jīng)常用來進(jìn)行 HTTP 服務(wù)訪問。我們的項(xiàng)目中會(huì)有一個(gè)獲取任務(wù)執(zhí)行狀態(tài)的功能使用 HttpClient，一秒鐘請(qǐng)求一次，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn) Conection Reset 異常。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，問題是出在 HttpClient 的每次請(qǐng)求都會(huì)新建一個(gè)連接，當(dāng)創(chuàng)建連接的頻率比關(guān)閉連接的頻率大的時(shí)候，就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)中產(chǎn)生大量處于 TIME_CLOSED 狀態(tài)的連接，這個(gè)時(shí)候使用連接池復(fù)用連接就能解決這個(gè)問題。

實(shí)戰(zhàn)：線程 VS 線程池

本文我們使用之前文章介紹的統(tǒng)計(jì)方法《6種快速統(tǒng)計(jì)代碼執(zhí)行時(shí)間的方法，真香!(史上最全)》，來測(cè)試一下線程和線程池執(zhí)行的時(shí)間差距有多大，測(cè)試代碼如下：

import java.util.concurrent.LinkedBlockingDeque;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

/**
 * 線程池 vs 線程 性能對(duì)比
 */
public class ThreadPoolPerformance {
 // 最大執(zhí)行次數(shù)
    public static final int maxCount = 1000;

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        // 線程測(cè)試代碼
        ThreadPerformanceTest();

        // 線程池測(cè)試代碼
        ThreadPoolPerformanceTest();
    }

    /**
     * 線程池性能測(cè)試
     */
    private static void ThreadPoolPerformanceTest() throws InterruptedException {
        // 開始時(shí)間
        long stime = System.currentTimeMillis();
        // 業(yè)務(wù)代碼
        ThreadPoolExecutor tp = new ThreadPoolExecutor(10, 10, 0,
                TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingDeque<>());
        for (int i = 0; i < maxCount; i++) {
            tp.execute(new PerformanceRunnable());
        }
        tp.shutdown();
        tp.awaitTermination(1, TimeUnit.SECONDS);  // 等待線程池執(zhí)行完成
        // 結(jié)束時(shí)間
        long etime = System.currentTimeMillis();
        // 計(jì)算執(zhí)行時(shí)間
        System.out.printf("線程池執(zhí)行時(shí)長(zhǎng)：%d 毫秒.", (etime - stime));
        System.out.println();
    }

    /**
     * 線程性能測(cè)試
     */
    private static void ThreadPerformanceTest() {
        // 開始時(shí)間
        long stime = System.currentTimeMillis();
        // 執(zhí)行業(yè)務(wù)代碼
        for (int i = 0; i < maxCount; i++) {
            Thread td = new Thread(new PerformanceRunnable());
            td.start();
            try {
                td.join(); // 確保線程執(zhí)行完成
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        // 結(jié)束時(shí)間
        long etime = System.currentTimeMillis();
        // 計(jì)算執(zhí)行時(shí)間
        System.out.printf("線程執(zhí)行時(shí)長(zhǎng)：%d 毫秒.", (etime - stime));
        System.out.println();
    }

 // 業(yè)務(wù)執(zhí)行類
    static class PerformanceRunnable implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            for (int i = 0; i < maxCount; i++) {
                long num = i * i + i;
            }
        }
    }
}

以上程序的執(zhí)行結(jié)果如下圖所示：

為了防止執(zhí)行的先后順序影響測(cè)試結(jié)果，下面我將線程池和線程調(diào)用方法打個(gè)顛倒，執(zhí)行結(jié)果如下圖所示：

總結(jié)

從線程和線程池的測(cè)試結(jié)果來看，當(dāng)我們使用池化技術(shù)時(shí)，程序的性能可以提升 10 倍。此測(cè)試結(jié)果并不代表池化技術(shù)的性能量化結(jié)果，因?yàn)闇y(cè)試結(jié)果受執(zhí)行方法和循環(huán)次數(shù)的影響，但巨大的性能差異足以說明池化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)所在。

無(wú)獨(dú)有偶，阿里巴巴的《Java開發(fā)手冊(cè)》中也強(qiáng)制規(guī)定「線程資源必須通過線程池提供，不允許在應(yīng)用中自行顯式創(chuàng)建線程」規(guī)定如下：

因此掌握并使用池化技術(shù)是一個(gè)合格程序員的標(biāo)配，你還知道哪些常用的池化技術(shù)嗎？歡迎評(píng)論區(qū)留言補(bǔ)充。

參考 & 引用

https://zhuanlan.zhihu.com/p/32204303

https://www.cnblogs.com/yanggb/p/10632317.html

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