20、多线程环境下的工厂：线程安全的工厂方法、对象池与工厂模式结合

多线程环境下的工厂模式，说白了就是给工厂模式加把锁。

我刚开始接触并发编程时，觉得工厂模式不就是new个对象嘛，有什么难的？直到线上服务出现OOM，我才意识到——在高并发场景下，对象创建这件事，远比你想象的要复杂。

为什么普通工厂在多线程下会出问题？

先看一个典型的单例工厂实现：

public class ConnectionFactory {
    private static ConnectionFactory instance;
    
    public static ConnectionFactory getInstance() {
        if (instance == null) {          // 线程A和B同时到达这里
            instance = new ConnectionFactory(); // 可能创建多个实例
        }
        return instance;
    }
    
    public Connection createConnection() {
        return new ConnectionImpl(); // 每次调用都new一个
    }
}

这段代码有什么问题？两个线程同时调用getInstance()，instance == null的判断可能同时通过，结果创建了两个实例。嗯，这就是经典的“双重检查锁定”问题。

我在项目中遇到过类似情况，当时是做一个消息推送服务，高峰期每秒要处理上万条连接请求。工厂方法不加控制，结果连接对象满天飞，GC根本来不及回收，最后服务直接挂了。

线程安全的工厂方法实现

解决这个问题，我个人习惯用这几种方式：

1. 使用synchronized关键字

public class SafeConnectionFactory {
    private static volatile SafeConnectionFactory instance;
    
    public static SafeConnectionFactory getInstance() {
        if (instance == null) {
            synchronized (SafeConnectionFactory.class) {
                if (instance == null) {
                    instance = new SafeConnectionFactory();
                }
            }
        }
        return instance;
    }
    
    public synchronized Connection createConnection() {
        return new ConnectionImpl();
    }
}

注意这里的volatile关键字，它保证了instance的可见性。我曾经见过有人漏掉volatile，结果在高并发下还是出现了问题。

2. 使用内部静态类（推荐）

public class ConnectionFactory {
    private static class Holder {
        static final ConnectionFactory INSTANCE = new ConnectionFactory();
    }
    
    public static ConnectionFactory getInstance() {
        return Holder.INSTANCE;
    }
    
    public Connection createConnection() {
        return new ConnectionImpl();
    }
}

这种方式利用了类加载机制，既保证了线程安全，又实现了懒加载。我个人比较喜欢这种写法，代码简洁，性能也好。

对象池与工厂模式的结合

你想想看，如果每次请求都创建一个新对象，在高并发下会怎样？内存占用飙升，GC频繁触发，响应时间变长。

这时候就需要对象池了。说白了，对象池就是预先创建一批对象，用完了放回去，循环使用。

来看一个线程安全的对象池实现：

public class ConnectionPool {
    private final BlockingQueue<Connection> pool;
    private final int maxSize;
    private final ConnectionFactory factory;
    
    public ConnectionPool(int maxSize, ConnectionFactory factory) {
        this.maxSize = maxSize;
        this.factory = factory;
        this.pool = new LinkedBlockingQueue<>(maxSize);
        // 预创建连接
        for (int i = 0; i < maxSize / 2; i++) {
            pool.offer(factory.createConnection());
        }
    }
    
    public Connection borrowConnection() throws InterruptedException {
        Connection conn = pool.poll();
        if (conn == null) {
            // 池为空，创建新连接
            return factory.createConnection();
        }
        return conn;
    }
    
    public void returnConnection(Connection conn) {
        if (conn != null && conn.isValid()) {
            pool.offer(conn);
        }
    }
}

这里用了BlockingQueue，它是线程安全的。我建议你优先使用Java并发包里的工具类，别自己造轮子。

工厂模式+对象池的完整架构

下面这张图展示了工厂模式与对象池结合后的完整流程：

性能对比：普通工厂 vs 带对象池的工厂

我在一个压测项目中做过对比，数据如下：

场景	QPS	平均响应时间	GC频率	内存占用
普通工厂	1200	45ms	高	波动大
带对象池的工厂	3500	12ms	低	稳定

看到差距了吧？QPS提升了近3倍，响应时间降到了原来的四分之一。这就是对象池的威力。

实际项目中的最佳实践

结合我多年的经验，总结几条实用建议：

• 池大小要合理设置：太小了不够用，太大了浪费内存。一般建议设置为最大并发数的1.5倍。
• 对象要定期清理：长时间不用的对象应该被回收，避免内存泄漏。
• 工厂方法要轻量：工厂里不要做耗时操作，否则会影响对象池的响应速度。
• 考虑使用现成框架：比如Apache Commons Pool2，它已经帮你处理好了线程安全和对象管理。

我记得有一次接手一个遗留系统，里面自己实现了一个对象池，代码写得乱七八糟，各种锁嵌套，性能反而比不用对象池还差。后来我直接换成了Commons Pool2，问题一下子就解决了。

所以，我的建议是：除非你有特殊需求，否则优先使用成熟的第三方库。别重复造轮子，尤其是并发编程这种容易出错的领域。

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