這次我們采取技術(shù)演進(jìn)的方式來談?wù)剶?shù)據(jù)庫連接池的技術(shù)出現(xiàn)過程及其原理，以及當(dāng)下最流行的開源數(shù)據(jù)庫連接池jar包。

搞軟件開發(fā)，請(qǐng)你來談?wù)剶?shù)據(jù)庫連接池的原理吧

一、早期我們?cè)趺催M(jìn)行數(shù)據(jù)庫操作

1、原理

一般來說，JAVA應(yīng)用程序訪問數(shù)據(jù)庫的過程是：

①裝載數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)程序；

②通過jdbc建立數(shù)據(jù)庫連接；

③訪問數(shù)據(jù)庫，執(zhí)行sql語句；

④斷開數(shù)據(jù)庫連接。

2、代碼

// 查詢所有用戶
public void FindAllUsers (){
 //1、裝載sqlserver驅(qū)動(dòng)對(duì)象
 DriverManager.registerDriver(new SQLServerDriver());
 //2、通過JDBC建立數(shù)據(jù)庫連接
 Connection con =DriverManager.getConnection("jdbc:sqlserver://192.168.2.6:1433;DatabaseName=customer", "sa", "123");
 //3、創(chuàng)建狀態(tài)
 Statement state =con.createStatement();
 
 //4、查詢數(shù)據(jù)庫并返回結(jié)果
 ResultSet result =state.executeQuery("select * from users");
 //5、輸出查詢結(jié)果
 while(result.next()){
 System.out.println(result.getString("email"));
 }
 //6、斷開數(shù)據(jù)庫連接
 result.close();
 state.close();
 con.close();
}

3、分析

程序開發(fā)過程中，存在很多問題：首先，每一次web請(qǐng)求都要建立一次數(shù)據(jù)庫連接。建立連接是一個(gè)費(fèi)時(shí)的活動(dòng)，每次都得花費(fèi)0.05s～1s的時(shí)間，而且系統(tǒng)還要分配內(nèi)存資源。這個(gè)時(shí)間對(duì)于一次或幾次數(shù)據(jù)庫操作，或許感覺不出系統(tǒng)有多大的開銷。可是對(duì)于現(xiàn)在的web應(yīng)用，尤其是大型電子商務(wù)網(wǎng)站，同時(shí)有幾百人甚至幾千人在線是很正常的事。在這種情況下，頻繁的進(jìn)行數(shù)據(jù)庫連接操作勢(shì)必占用很多的系統(tǒng)資源，網(wǎng)站的響應(yīng)速度必定下降，嚴(yán)重的甚至?xí)斐煞?wù)器的崩潰。不是危言聳聽，這就是制約某些電子商務(wù)網(wǎng)站發(fā)展的技術(shù)瓶頸問題。其次，對(duì)于每一次數(shù)據(jù)庫連接，使用完后都得斷開。否則，如果程序出現(xiàn)異常而未能關(guān)閉，將會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的內(nèi)存泄漏，最終將不得不重啟數(shù)據(jù)庫。還有，這種開發(fā)不能控制被創(chuàng)建的連接對(duì)象數(shù)，系統(tǒng)資源會(huì)被毫無顧及的分配出去，如連接過多，也可能導(dǎo)致內(nèi)存泄漏，服務(wù)器崩潰。

上述的用戶查詢案例，如果同時(shí)有1000人訪問，就會(huì)不斷的有數(shù)據(jù)庫連接、斷開操作：

通過上面的分析，我們可以看出來，“數(shù)據(jù)庫連接”是一種稀缺的資源，為了保障網(wǎng)站的正常使用，應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行妥善管理。其實(shí)我們查詢完數(shù)據(jù)庫后，如果不關(guān)閉連接，而是暫時(shí)存放起來，當(dāng)別人使用時(shí)，把這個(gè)連接給他們使用。就避免了一次建立數(shù)據(jù)庫連接和斷開的操作時(shí)間消耗。原理如下：

二、技術(shù)演進(jìn)出來的數(shù)據(jù)庫連接池

由上面的分析可以看出，問題的根源就在于對(duì)數(shù)據(jù)庫連接資源的低效管理。我們知道，對(duì)于共享資源，有一個(gè)很著名的設(shè)計(jì)模式：資源池（resource pool）。該模式正是為了解決資源的頻繁分配﹑釋放所造成的問題。為解決上述問題，可以采用數(shù)據(jù)庫連接池技術(shù)。數(shù)據(jù)庫連接池的基本思想就是為數(shù)據(jù)庫連接建立一個(gè)“緩沖池”。預(yù)先在緩沖池中放入一定數(shù)量的連接，當(dāng)需要建立數(shù)據(jù)庫連接時(shí)，只需從“緩沖池”中取出一個(gè)，使用完畢之后再放回去。我們可以通過設(shè)定連接池最大連接數(shù)來防止系統(tǒng)無盡的與數(shù)據(jù)庫連接。更為重要的是我們可以通過連接池的管理機(jī)制監(jiān)視數(shù)據(jù)庫的連接的數(shù)量﹑使用情況，為系統(tǒng)開發(fā)﹑測(cè)試及性能調(diào)整提供依據(jù)。

我們自己嘗試開發(fā)一個(gè)連接池，來為上面的查詢業(yè)務(wù)提供數(shù)據(jù)庫連接服務(wù)：

① 編寫class 實(shí)現(xiàn)DataSource 接口

② 在class構(gòu)造器一次性創(chuàng)建10個(gè)連接，將連接保存LinkedList中

③ 實(shí)現(xiàn)getConnection 從 LinkedList中返回一個(gè)連接

④ 提供將連接放回連接池中方法

1、連接池代碼

public class MyDataSource implements DataSource {
 //鏈表 --- 實(shí)現(xiàn)棧結(jié)構(gòu)
 privateLinkedList<Connection> dataSources = new LinkedList<Connection>();
 //初始化連接數(shù)量
 publicMyDataSource() {
 //一次性創(chuàng)建10個(gè)連接
 for(int i = 0; i < 10; i++) {
 try {
 //1、裝載sqlserver驅(qū)動(dòng)對(duì)象
 DriverManager.registerDriver(new SQLServerDriver());
 //2、通過JDBC建立數(shù)據(jù)庫連接
 Connection con =DriverManager.getConnection( 
"jdbc:sqlserver://192.168.2.6:1433;DatabaseName=customer", "sa", "123");
 //3、將連接加入連接池中
 dataSources.add(con);
 } catch (Exception e) {
 e.printStackTrace();
 }
 }
 }
 
@Override
 publicConnection getConnection() throws SQLException {
 //取出連接池中一個(gè)連接
 final Connection conn = dataSources.removeFirst(); 
// 刪除第一個(gè)連接返回
 return conn;
 }
 
//將連接放回連接池
 publicvoid releaseConnection(Connection conn) {
 dataSources.add(conn); 
 }
}

2、使用連接池重構(gòu)我們的用戶查詢函數(shù)

//查詢所有用戶
public void FindAllUsers(){
 //1、使用連接池建立數(shù)據(jù)庫連接
 MyDataSource dataSource = new MyDataSource();
 Connection conn =dataSource.getConnection();
 //2、創(chuàng)建狀態(tài)
 Statement state =con.createStatement();
 //3、查詢數(shù)據(jù)庫并返回結(jié)果
 ResultSet result =state.executeQuery("select * from users");
 //4、輸出查詢結(jié)果
 while(result.next()){
 System.out.println(result.getString("email"));
 }
 
 
//5、斷開數(shù)據(jù)庫連接
 result.close();
 state.close();
 //6、歸還數(shù)據(jù)庫連接給連接池
 dataSource.releaseConnection(conn);
}

這就是數(shù)據(jù)庫連接池的原理，它大大提供了數(shù)據(jù)庫連接的利用率，減小了內(nèi)存吞吐的開銷。我們?cè)陂_發(fā)過程中，就不需要再關(guān)心數(shù)據(jù)庫連接的問題，自然有數(shù)據(jù)庫連接池幫助我們處理，這回放心了吧。但連接池需要考慮的問題不僅僅如此，下面我們就看看還有哪些問題需要考慮。

三、連接池還要考慮更多的問題

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(gè)問題相對(duì)比較好解決，因?yàn)閖ava語言自身提供了對(duì)并發(fā)管理的支持，使用synchronized關(guān)鍵字即可確保線程是同步的。使用方法為直接在類方法前面加上synchronized關(guān)鍵字，如：

publicsynchronized connection getconnection（）

2、多數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和多用戶

對(duì)于大型的企業(yè)級(jí)應(yīng)用，常常需要同時(shí)連接不同的數(shù)據(jù)庫（如連接oracle和sybase）。如何連接不同的數(shù)據(jù)庫呢？我們采用的策略是：設(shè)計(jì)一個(gè)符合單例模式的連接池管理類，在連接池管理類的唯一實(shí)例被創(chuàng)建時(shí)讀取一個(gè)資源文件，其中資源文件中存放著多個(gè)數(shù)據(jù)庫的url地址等信息。根據(jù)資源文件提供的信息，創(chuàng)建多個(gè)連接池類的實(shí)例，每一個(gè)實(shí)例都是一個(gè)特定數(shù)據(jù)庫的連接池。連接池管理類實(shí)例為每個(gè)連接池實(shí)例取一個(gè)名字，通過不同的名字來管理不同的連接池。

對(duì)于同一個(gè)數(shù)據(jù)庫有多個(gè)用戶使用不同的名稱和密碼訪問的情況，也可以通過資源文件處理，即在資源文件中設(shè)置多個(gè)具有相同url地址，但具有不同用戶名和密碼的數(shù)據(jù)庫連接信息。

3、事務(wù)處理

我們知道，事務(wù)具有原子性，此時(shí)要求對(duì)數(shù)據(jù)庫的操作符合“all-all-nothing”原則即對(duì)于一組sql語句要么全做，要么全不做。

在java語言中，connection類本身提供了對(duì)事務(wù)的支持，可以通過設(shè)置connection的autocommit屬性為false 然后顯式的調(diào)用commit或rollback方法來實(shí)現(xiàn)。但要高效的進(jìn)行connection復(fù)用，就必須提供相應(yīng)的事務(wù)支持機(jī)制?？刹捎妹恳粋€(gè)事務(wù)獨(dú)占一個(gè)連接來實(shí)現(xiàn)，這種方法可以大大降低事務(wù)管理的復(fù)雜性。

4、連接池的分配與釋放

連接池的分配與釋放，對(duì)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(shí)還可以加快用戶的訪問速度。

對(duì)于連接的管理可使用空閑池。即把已經(jīng)創(chuàng)建但尚未分配出去的連接按創(chuàng)建時(shí)間存放到一個(gè)空閑池中。每當(dāng)用戶請(qǐng)求一個(gè)連接時(shí)，系統(tǒng)首先檢查空閑池內(nèi)有沒有空閑連接。如果有就把建立時(shí)間最長(zhǎng)（通過容器的順序存放實(shí)現(xiàn)）的那個(gè)連接分配給他（實(shí)際是先做連接是否有效的判斷，如果可用就分配給用戶，如不可用就把這個(gè)連接從空閑池刪掉，重新檢測(cè)空閑池是否還有連接）；如果沒有則檢查當(dāng)前所開連接池是否達(dá)到連接池所允許的最大連接數(shù)（maxconn）如果沒有達(dá)到，就新建一個(gè)連接，如果已經(jīng)達(dá)到，就等待一定的時(shí)間（timeout）。如果在等待的時(shí)間內(nèi)有連接被釋放出來就可以把這個(gè)連接分配給等待的用戶，如果等待時(shí)間超過預(yù)定時(shí)間timeout 則返回空值（null）。系統(tǒng)對(duì)已經(jīng)分配出去正在使用的連接只做計(jì)數(shù)，當(dāng)使用完后再返還給空閑池。對(duì)于空閑連接的狀態(tài)，可開辟專門的線程定時(shí)檢測(cè)，這樣會(huì)花費(fèi)一定的系統(tǒng)開銷，但可以保證較快的響應(yīng)速度。也可采取不開辟專門線程，只是在分配前檢測(cè)的方法。

5、連接池的配置與維護(hù)

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)（minconn）和最大連接數(shù)（maxconn）來控制連接池中的連接。最小連接數(shù)是系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)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(dòng)就慢，但創(chuàng)建后系統(tǒng)的響應(yīng)速度會(huì)很快；如果創(chuàng)建過少，則系統(tǒng)啟動(dòng)的很快，響應(yīng)起來卻慢。這樣，可以在開發(fā)時(shí)，設(shè)置較小的最小連接數(shù)，開發(fā)起來會(huì)快，而在系統(tǒng)實(shí)際使用時(shí)設(shè)置較大的，因?yàn)檫@樣對(duì)訪問客戶來說速度會(huì)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，可通過反復(fù)測(cè)試，找到最佳點(diǎn)。

如何確保連接池中的最小連接數(shù)呢？有動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩種策略。動(dòng)態(tài)即每隔一定時(shí)間就對(duì)連接池進(jìn)行檢測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)連接數(shù)量小于最小連接數(shù)，則補(bǔ)充相應(yīng)數(shù)量的新連接以保證連接池的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。靜態(tài)是發(fā)現(xiàn)空閑連接不夠時(shí)再去檢查。