手写数据库连接池，让抽象工厂不再抽象
时间：2023-12-23 13:07:01
本文摘自《设计模式应该这样学》
1 关于产品等级结构和产品族
在解释抽象工厂之前，我们需要了解两个概念：产品等级结构和产品系列，如下图所示。
上图中有三种正方形、圆形和菱形图形，相同的颜色和深度代表相同的产品系列，相同的形状代表相同的产品等级结构。也可以从生活中举个例子。例如，美的电器生产各种家用电器。在上图中，最深的正方形代表美的洗衣机，最深的圆形代表美的空调，最深的菱形代表美的热水器，最深的一排属于美的品牌，都属于美的电器。看最右边的菱形，指定最深的颜色代表美丽的热水器，所以第二排稍浅的菱形代表海信热水器。同理，同一产品族下还有格力洗衣机、格力空调、格力热水器。
看下图，左边的小房子被认为是一个特定的工厂，包括美的工厂、海信工厂和格力工厂。每个品牌的工厂都生产洗衣机、空调和热水器。
通过以上两张图片的对比理解，相信大家对抽象工厂有了非常生动的理解。
2 抽象工厂模式的通用写法
以下是抽象工厂模式的通用写法。
public class Client {
public static void main(String[] args) {
IFactory factory = new ConcreteFactoryA(); factory.makeProductA(); factory.makeProductB(); factory = new ConcreteFactoryB(); factory.makeProductA(); factory.makeProductB(); } ///抽象工厂 public interface IFactory {
IProductA makeProductA(); IProductB makeProductB(); } //产品A抽象 public interface IProductA {
void doA(); } //产品B抽象 public interface IProductB {
void doB(); } static class ConcreteProductAWithFamilyA implements IProductA{
public void doA() {
System.out.println("The ProductA be part of FamilyA");
}
}
//产品族A的具体产品B
static class ConcreteProductBWithFamilyA implements IProductB{
public void doB() {
System.out.println("The ProductB be part of FamilyA");
}
}
//产品族B的具体产品A
static class ConcreteProductAWithFamilyB implements IProductA{
public void doA() {
System.out.println("The ProductA be part of FamilyB");
}
}
//产品族B的具体产品B
static class ConcreteProductBWithFamilyB implements IProductB{
public void doB() {
System.out.println("The ProductB be part of FamilyB");
}
}
//具体工厂类A
static class ConcreteFactoryA implements IFactory{
public IProductA makeProductA() {
return new ConcreteProductAWithFamilyA();
}
public IProductB makeProductB() {
return new ConcreteProductBWithFamilyA();
}
}
//具体工厂类B
static class ConcreteFactoryB implements IFactory{
public IProductA makeProductA() {
return new ConcreteProductAWithFamilyB();
}
public IProductB makeProductB() {
return new ConcreteProductBWithFamilyB();
}
}
}
3 使用抽象工厂模式支持产品扩展
我们来看一个具体的业务场景，并且用代码来实现。还是以网络课程为例，一般课程研发会有一定的标准，每个课程不仅要提供课程的录播视频，还要提供老师的课堂笔记。相当于现在的业务变更为同一个课程不单纯是一个课程信息，要同时包含录播视频、课堂笔记，甚至要提供源码才能构成一个完整的课程。首先在产品等级中增加两个产品：录播视频IVideo和课堂笔记INote。
IVideo接口的代码如下。
public interface IVideo {
void record();
}
INote接口的代码如下。
public interface INote {
void edit();
}
然后创建一个抽象工厂CourseFactory类。
/** * 抽象工厂是用户的主入口 * 在Spring中应用得最为广泛的一种设计模式 * 易于扩展 * Created by Tom */
public abstract class CourseFactory {
public void init(){
System.out.println("初始化基础数据");
}
protected abstract INote createNote();
protected abstract IVideo createVideo();
}
接下来创建Java产品族，Java视频JavaVideo类的代码如下。
public class JavaVideo implements IVideo {
public void record() {
System.out.println("录制Java视频");
}
}
扩展产品等级Java课堂笔记JavaNote类。
public class JavaNote implements INote {
public void edit() {
System.out.println("编写Java笔记");
}
}
创建Java产品族的具体工厂JavaCourseFactory。
public class JavaCourseFactory extends CourseFactory {
public INote createNote() {
super.init();
return new JavaNote();
}
public IVideo createVideo() {
super.init();
return new JavaVideo();
}
}
随后创建Python产品族，Python视频PythonVideo类的代码如下。
public class PythonVideo implements IVideo {
public void record() {
System.out.println("录制Python视频");
}
}
扩展产品等级Python课堂笔记PythonNote类。
public class PythonNote implements INote {
public void edit() {
System.out.println("编写Python笔记");
}
}
创建Python产品族的具体工厂PythonCourseFactory。
public class PythonCourseFactory implements CourseFactory {
public INote createNote() {
return new PythonNote();
}
public IVideo createVideo() {
return new PythonVideo();
}
}
最后来看客户端调用代码。
public static void main(String[] args) {
JavaCourseFactory factory = new JavaCourseFactory();
factory.createNote().edit();
factory.createVideo().record();
}
上面代码完整地描述了Java课程和Python课程两个产品族，也描述了视频和笔记两个产品等级。抽象工厂非常完美、清晰地描述了这样一层复杂的关系。但是，不知道大家有没有发现，如果再继续扩展产品等级，将源码Source也加入课程中，则代码从抽象工厂到具体工厂要全部调整，这显然不符合开闭原则。
4 使用抽象工厂模式重构数据库连接池
还是演示课堂开始的JDBC操作案例，我们每次操作都需要重新创建数据库连接。其实每次创建都非常耗费性能，消耗业务调用时间。我们使用抽象工厂模式，将数据库连接预先创建好，放到容器中缓存着，当业务调用时就只需现取现用。我们来看代码。
Pool抽象类的代码如下。
/** *自定义连接池getInstance()返回POOL唯一实例，第一次调用时将执行构造函数 * 构造函数Pool()调用驱动装载loadDrivers()函数； * 连接池创建createPool()函数，loadDrivers()装载驱动 * createPool()创建连接池，getConnection()返回一个连接实例， * getConnection(long time)添加时间限制 * freeConnection(Connection con)将con连接实例返回连接池，getnum()返回空闲连接数 * getnumActive()返回当前使用的连接数 * * @author Tom * */ public abstract class Pool { public String propertiesName = "connection-INF.properties"; private static Pool instance = null; //定义唯一实例 /** * 最大连接数 */ protected int maxConnect = 100; //最大连接数 /** * 保持连接数 */ protected int normalConnect = 10; //保持连接数 /** * 驱动字符串 */ protected String driverName = null; //驱动字符串 /** * 驱动类 */ protected Driver driver = null; //驱动变量 /** * 私有构造函数，不允许外界访问 */ protected Pool() { try { init(); loadDrivers(driverName); }catch(Exception e) { e.printStackTrace(); } } /** * 初始化所有从配置文件中读取的成员变量 */ private void init() throws IOException { InputStream is = Pool.class.getResourceAsStream(propertiesName); Properties p = new Properties(); p.load(is); this.driverName = p.getProperty("driverName"); this.maxConnect = Integer.parseInt(p.getProperty("maxConnect")); this.normalConnect = Integer.parseInt(p.getProperty("normalConnect")); } /** * 装载和注册所有JDBC驱动程序 * @param dri 接收驱动字符串 */ protected void loadDrivers(String dri) { String driverClassName = dri; try { driver = (Driver) Class.forName(driverClassName).newInstance(); DriverManager.registerDriver(driver); System.out.println("成功注册JDBC驱动程序" + driverClassName); } catch (Exception e) { System.out.println("无法注册JDBC驱动程序:" + driverClassName + ",错误:" + e); } } /** * 创建连接池 */ public abstract void createPool(); /** * *（单例模式）返回数据库连接池Pool的实例 * * @param driverName 数据库驱动字符串 * @return * @throws IOException * @throws ClassNotFoundException * @throws IllegalAccessException * @throws InstantiationException */ public static synchronized Pool getInstance() throws IOException, InstantiationException, IllegalAccessException, ClassNotFoundException { if (instance == null) { instance = (Pool) Class.forName("org.e_book.sqlhelp.Pool").newInstance(); } return instance; } /** * 获得一个可用的连接，如果没有，则创建一个连接，并且小于最大连接限制 * @return */ public abstract Connection getConnection(); /** * 获得一个连接，有时间限制 * @param time 设置该连接的持续时间（以毫秒为单位） * @return */ public abstract Connection getConnection(long time); /** * 将连接对象返回连接池 * @param con 获得连接对象 */ public abstract void freeConnection(Connection con); /** * 返回当前空闲的连接数 * @return */ public abstract int getnum(); /** * 返回当前工作的连接数 * @return */ public abstract int getnumActive(); /** * 关闭所有连接，撤销驱动注册（此方法为单例方法） */ protected synchronized void release() { //撤销驱动 try { DriverManager.deregisterDriver(driver); System.out.println("撤销JDBC驱动程序 " + driver.getClass().getName()); } catch (SQLException e) { System.out .println("无法撤销JDBC驱动程序的注册:" + driver.getClass().getName()); } } }
DBConnectionPool数据库连接池的代码如下。
/** * 数据库连接池管理类 * @author Tom * */
public final class DBConnectionPool extends Pool {
private int checkedOut; //正在使用的连接数
/** * 存放产生的连接对象容器 */
private Vector<Connection> freeConnections = new Vector<Connection>();
//存放产生的连接对象容器
private String passWord = null; //密码
private String url = null; //连接字符串
private String userName = null; //用户名
private static int num = 0; //空闲连接数
private static int numActive = 0; //当前可用的连接数
private static DBConnectionPool pool = null; //连接池实例变量
/** * 产生数据连接池 * @return */
public static synchronized DBConnectionPool getInstance()
{
if(pool == null)
{
pool = new DBConnectionPool();
}
return pool;
}
/** * 获得一个数据库连接池的实例 */
private DBConnectionPool() {
try
{
init();
for (int i = 0; i < normalConnect; i++) {
//初始normalConn个连接
Connection c = newConnection();
if (c != null) {
freeConnections.addElement(c); //往容器中添加一个连接对象
num++; //记录总连接数
}
}
}catch(Exception e)
{
e.printStackTrace();
}
}
/** * 初始化 * @throws IOException */
private void init() throws IOException
{
InputStream is = DBConnectionPool.class.getResourceAsStream(propertiesName);
Properties p = new Properties();
p.load(is);
this.userName = p.getProperty("userName");
this.passWord = p.getProperty("passWord");
this.driverName = p.getProperty("driverName");
this.url = p.getProperty("url");
this.driverName = p.getProperty("driverName");
this.maxConnect = Integer.parseInt(p.getProperty("maxConnect"));
this.normalConnect = Integer.parseInt(p.getProperty("normalConnect"));
}
/** * 如果不再使用某个连接对象，则可调此方法将该对象释放到连接池 * @param con */
public synchronized void freeConnection(Connection con) {
freeConnections.addElement(con);
num++;
checkedOut--;
numActive--;
notifyAll(); //解锁
}
/** * 创建一个新连接 * @return */
private Connection newConnection() {
Connection con = null;
try {
if (userName == null) {
//用户、密码都为空
con = DriverManager.getConnection(url);
} else {
con = DriverManager.getConnection(url, userName, passWord);
}
System.out.println("连接池创建一个新的连接");
} catch (SQLException e) {
System.out.println("无法创建这个URL的连接" + url);
return null;
}
return con;
}
/** * 返回当前空闲的连接数 * @return */
public int getnum() {
return num;
}
/** * 返回当前可用的连接数 * @return */
public int getnumActive() {
return numActive;
}
/** * （单例模式）获取一个可用连接 * @return */
public synchronized Connection getConnection() {
Connection con = null;
if (freeConnections.size() > 0) {
//还有空闲的连接
num--;
con = (Connection) freeConnections.firstElement();
freeConnections.removeElementAt(0);
try {
if (con.isClosed()) {
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