詳解數(shù)據(jù)庫連接池概念、原理、運行機制等

blackhappy 2019-06-18

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概述

數(shù)據(jù)庫連接池是負(fù)責(zé)分配、管理和釋放數(shù)據(jù)庫連接，它允許應(yīng)用程序重復(fù)使用一個現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫連接，而不是再重新建立一個。那么其中的運行機制又是怎樣的呢？今天主要介紹一下數(shù)據(jù)庫連接池原理和常用的連接池。

01 為什么要使用連接池

數(shù)據(jù)庫連接是一種關(guān)鍵的有限的昂貴的資源，這一點在多用戶的網(wǎng)頁應(yīng)用程序中體現(xiàn)得尤為突出。一個數(shù)據(jù)庫連接對象均對應(yīng)一個物理數(shù)據(jù)庫連接，每次操作都打開一個物理連接，使用完都關(guān)閉連接，這樣造成系統(tǒng)的性能低下。

數(shù)據(jù)庫連接池的解決方案是在應(yīng)用程序啟動時建立足夠的數(shù)據(jù)庫連接，并講這些連接組成一個連接池(簡單說：在一個“池”里放了好多半成品的數(shù)據(jù)庫連接對象)，由應(yīng)用程序動態(tài)地對池中的連接進行申請、使用和釋放。對于多于連接池中連接數(shù)的并發(fā)請求，應(yīng)該在請求隊列中排隊等待。并且應(yīng)用程序可以根據(jù)池中連接的使用率，動態(tài)增加或減少池中的連接數(shù)。

連接池技術(shù)盡可能多地重用了消耗內(nèi)存地資源，大大節(jié)省了內(nèi)存，提高了服務(wù)器地服務(wù)效率，能夠支持更多的客戶服務(wù)。通過使用連接池，將大大提高程序運行效率，同時，我們可以通過其自身的管理機制來監(jiān)視數(shù)據(jù)庫連接的數(shù)量、使用情況等。

02 傳統(tǒng)的連接機制與數(shù)據(jù)庫連接池運行機制區(qū)別

1、不使用連接池流程

下面以訪問MySQL為例，執(zhí)行一個SQL命令，如果不使用連接池，需要經(jīng)過哪些流程。

不使用數(shù)據(jù)庫連接池的步驟：

TCP建立連接的三次握手
MySQL認(rèn)證的三次握手
真正的SQL執(zhí)行
MySQL的關(guān)閉
TCP的四次握手關(guān)閉

可以看到，為了執(zhí)行一條SQL，卻多了非常多網(wǎng)絡(luò)交互。

優(yōu)點：

實現(xiàn)簡單

缺點：

網(wǎng)絡(luò)IO較多
數(shù)據(jù)庫的負(fù)載較高
響應(yīng)時間較長及QPS較低
應(yīng)用頻繁的創(chuàng)建連接和關(guān)閉連接，導(dǎo)致臨時對象較多，GC頻繁
在關(guān)閉連接后，會出現(xiàn)大量TIME_WAIT 的TCP狀態(tài)（在2個MSL之后關(guān)閉）

2、使用連接池流程

使用數(shù)據(jù)庫連接池的步驟：

第一次訪問的時候，需要建立連接。但是之后的訪問，均會復(fù)用之前創(chuàng)建的連接，直接執(zhí)行SQL語句。

優(yōu)點：

較少了網(wǎng)絡(luò)開銷
系統(tǒng)的性能會有一個實質(zhì)的提升
沒了麻煩的TIME_WAIT狀態(tài)

03 數(shù)據(jù)庫連接池的工作原理

連接池的工作原理主要由三部分組成，分別為

連接池的建立
連接池中連接的使用管理
連接池的關(guān)閉

第一、連接池的建立。

一般在系統(tǒng)初始化時，連接池會根據(jù)系統(tǒng)配置建立，并在池中創(chuàng)建了幾個連接對象，以便使用時能從連接池中獲取。連接池中的連接不能隨意創(chuàng)建和關(guān)閉，這樣避免了連接隨意建立和關(guān)閉造成的系統(tǒng)開銷。

Java中提供了很多容器類可以方便的構(gòu)建連接池，例如Vector、Stack等。

第二、連接池的管理。

連接池管理策略是連接池機制的核心，連接池內(nèi)連接的分配和釋放對系統(tǒng)的性能有很大的影響。其管理策略是：

當(dāng)客戶請求數(shù)據(jù)庫連接時，首先查看連接池中是否有空閑連接，如果存在空閑連接，則將連接分配給客戶使用；如果沒有空閑連接，則查看當(dāng)前所開的連接數(shù)是否已經(jīng)達到最大連接數(shù)，如果沒達到就重新創(chuàng)建一個連接給請求的客戶；如果達到就按設(shè)定的最大等待時間進行等待，如果超出最大等待時間，則拋出異常給客戶。

當(dāng)客戶釋放數(shù)據(jù)庫連接時，先判斷該連接的引用次數(shù)是否超過了規(guī)定值，如果超過就從連接池中刪除該連接，否則保留為其他客戶服務(wù)。

該策略保證了數(shù)據(jù)庫連接的有效復(fù)用，避免頻繁的建立、釋放連接所帶來的系統(tǒng)資源開銷。

第三、連接池的關(guān)閉。

當(dāng)應(yīng)用程序退出時，關(guān)閉連接池中所有的連接，釋放連接池相關(guān)的資源，該過程正好與創(chuàng)建相反。

04 連接池需要注意的點

1、并發(fā)問題

為了使連接管理服務(wù)具有最大的通用性，必須考慮多線程環(huán)境，即并發(fā)問題。

這個問題相對比較好解決，因為各個語言自身提供了對并發(fā)管理的支持像java,c#等等，使用synchronized(java)lock(C#)關(guān)鍵字即可確保線程是同步的。

2、事務(wù)處理

我們知道，事務(wù)具有原子性，此時要求對數(shù)據(jù)庫的操作符合“ALL-OR-NOTHING”原則,即對于一組SQL語句要么全做，要么全不做。

我們知道當(dāng)2個線程共用一個連接Connection對象，而且各自都有自己的事務(wù)要處理時候，對于連接池是一個很頭疼的問題，因為即使Connection類提供了相應(yīng)的事務(wù)支持，可是我們?nèi)匀徊荒艽_定那個數(shù)據(jù)庫操作是對應(yīng)那個事務(wù)的，這是由于我們有２個線程都在進行事務(wù)操作而引起的。

為此我們可以使用每一個事務(wù)獨占一個連接來實現(xiàn)，雖然這種方法有點浪費連接池資源但是可以大大降低事務(wù)管理的復(fù)雜性。

3、連接池的分配與釋放

連接池的分配與釋放，對系統(tǒng)的性能有很大的影響。合理的分配與釋放，可以提高連接的復(fù)用度，從而降低建立新連接的開銷，同時還可以加快用戶的訪問速度。

對于連接的管理可使用一個List。即把已經(jīng)創(chuàng)建的連接都放入List中去統(tǒng)一管理。每當(dāng)用戶請求一個連接時，系統(tǒng)檢查這個List中有沒有可以分配的連接。如果有就把那個最合適的連接分配給他，如果沒有就拋出一個異常給用戶。

４、連接池的配置與維護

連接池中到底應(yīng)該放置多少連接，才能使系統(tǒng)的性能最佳？

系統(tǒng)可采取設(shè)置最小連接數(shù)（minConnection）和最大連接數(shù)（maxConnection）等參數(shù)來控制連接池中的連接。比方說，最小連接數(shù)是系統(tǒng)啟動時連接池所創(chuàng)建的連接數(shù)。如果創(chuàng)建過多，則系統(tǒng)啟動就慢，但創(chuàng)建后系統(tǒng)的響應(yīng)速度會很快；如果創(chuàng)建過少，則系統(tǒng)啟動的很快，響應(yīng)起來卻慢。這樣，可以在開發(fā)時，設(shè)置較小的最小連接數(shù)，開發(fā)起來會快，而在系統(tǒng)實際使用時設(shè)置較大的，因為這樣對訪問客戶來說速度會快些。最大連接數(shù)是連接池中允許連接的最大數(shù)目，具體設(shè)置多少，要看系統(tǒng)的訪問量，可通過軟件需求上得到。

如何確保連接池中的最小連接數(shù)呢？有動態(tài)和靜態(tài)兩種策略。動態(tài)即每隔一定時間就對連接池進行檢測，如果發(fā)現(xiàn)連接數(shù)量小于最小連接數(shù)，則補充相應(yīng)數(shù)量的新連接,以保證連接池的正常運轉(zhuǎn)。靜態(tài)是發(fā)現(xiàn)空閑連接不夠時再去檢查。