面试题：Java内存优化实践中的对象池技术

对象池设计理念

对象池旨在复用已创建的对象，避免频繁创建和销毁对象带来的性能开销。通过预先创建一定数量的对象并存储在池中，当有对象需求时，从池中获取，使用完毕后再放回池中，从而提高系统性能和资源利用率。

对象池实现方式

对象创建：在初始化阶段，根据需求创建一定数量的对象实例并放入池中。
对象获取：当外部请求对象时，从池中查找可用对象返回。若池中无可用对象，根据策略（如等待或新建）处理。
对象归还：使用完对象后，将其归还给对象池，标记为可用状态。

对象池适用场景

创建开销大的对象：如数据库连接、线程、Socket连接等，频繁创建和销毁会严重影响性能。
对象使用频率高：经常需要使用相同类型的对象，复用可节省时间和资源。

数据库连接对象池设计关键因素

资源管理：控制连接数量，避免过多连接耗尽系统资源。包括初始化连接数、最大连接数、最小连接数等参数设置。
并发控制：确保多个线程安全地获取和归还连接。使用锁机制或并发集合来管理连接的访问。
连接有效性检查：定期检查连接是否有效，若无效则从池中移除并重新创建。
连接超时处理：设置获取连接的超时时间，避免线程无限期等待。

核心设计思路

定义连接池类，包含连接集合、连接参数等成员变量。
实现初始化方法，创建初始连接并放入池中。
实现获取连接方法，使用锁机制确保线程安全获取连接，同时处理连接超时。
实现归还连接方法，将使用后的连接放回池中，并标记为可用。

关键代码片段

import java.sql.Connection;
import java.sql.DriverManager;
import java.sql.SQLException;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class DatabaseConnectionPool {
    private static final String URL = "jdbc:mysql://localhost:3306/yourdatabase";
    private static final String USER = "yourusername";
    private static final String PASSWORD = "yourpassword";
    private static final int INITIAL_POOL_SIZE = 5;
    private static final int MAX_POOL_SIZE = 10;
    private static final int CONNECTION_TIMEOUT = 5000; // 5 seconds

    private List<Connection> connectionPool;
    private List<Connection> usedConnections;
    private Lock lock;
    private Condition condition;

    public DatabaseConnectionPool() {
        connectionPool = new ArrayList<>();
        usedConnections = new ArrayList<>();
        lock = new ReentrantLock();
        condition = lock.newCondition();
        initializePool();
    }

    private void initializePool() {
        for (int i = 0; i < INITIAL_POOL_SIZE; i++) {
            Connection connection = createConnection();
            if (connection != null) {
                connectionPool.add(connection);
            }
        }
    }

    private Connection createConnection() {
        try {
            return DriverManager.getConnection(URL, USER, PASSWORD);
        } catch (SQLException e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }
    }

    public Connection getConnection() throws InterruptedException {
        lock.lock();
        try {
            long endTime = System.currentTimeMillis() + CONNECTION_TIMEOUT;
            while (connectionPool.isEmpty() && System.currentTimeMillis() < endTime) {
                condition.await(endTime - System.currentTimeMillis());
            }
            if (connectionPool.isEmpty()) {
                throw new InterruptedException("Timeout waiting for connection");
            }
            Connection connection = connectionPool.remove(0);
            usedConnections.add(connection);
            return connection;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public void returnConnection(Connection connection) {
        lock.lock();
        try {
            if (usedConnections.remove(connection)) {
                connectionPool.add(connection);
                condition.signal();
            }
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public void closeAllConnections() {
        lock.lock();
        try {
            for (Connection connection : connectionPool) {
                try {
                    connection.close();
                } catch (SQLException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            for (Connection connection : usedConnections) {
                try {
                    connection.close();
                } catch (SQLException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            connectionPool.clear();
            usedConnections.clear();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

使用示例：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        DatabaseConnectionPool pool = new DatabaseConnectionPool();
        try {
            Connection connection = pool.getConnection();
            // 使用连接执行数据库操作
            pool.returnConnection(connection);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            pool.closeAllConnections();
        }
    }
}

面试题：Java内存优化实践中的对象池技术

知识考点

面试题答案

对象池设计理念

对象池实现方式

对象池适用场景

数据库连接对象池设计关键因素

核心设计思路

关键代码片段