Java数据库连接池实现原理

Posted 2020-10-16 devin.ou

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Java数据库连接池实现原理相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

一般来说，Java应用程序访问数据库的过程是：
　　①装载数据库驱动程序；
　　②通过jdbc建立数据库连接；
　　③访问数据库，执行sql语句；

　　④断开数据库连接。

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public class DBConnection {
private Connection con; //定义数据库连接类对象
private PreparedStatement pstm;
private String user="root"; //连接数据库用户名
private String password="123456"; //连接数据库密码
private String driverName="com.mysql.jdbc.Driver"; //数据库驱动
private String url="jdbc:mysql://localhost:3306/qingqingtuan";
//连接数据库的URL,后面的是为了防止插入数据库出现乱码，?useUnicode=true&characterEncoding=UTF-8
//构造函数
public DBConnection(){
}
/**创建数据库连接*/
public Connection getConnection(){
try{
Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");
}catch(ClassNotFoundException e){
System.out.println("加载数据库驱动失败！");
e.printStackTrace();
}
try {
con=DriverManager.getConnection(url,user,password); //获取数据库连接
} catch (SQLException e) {
System.out.println("创建数据库连接失败！");
con=null;
e.printStackTrace();
}
return con; //返回数据库连接对象
}
List<Shop> mShopList=new ArrayList<Shop>();
mConnection=new DBConnection().getConnection();
if(mConnection!=null){
try {
String sql="select * from shop";
PreparedStatement pstm=mConnection.prepareStatement(sql);
ResultSet rs=pstm.executeQuery();
while(rs.next()){
......//封装PoPj的操作
}
rs.close();
pstm.close();
} catch (SQLException e) {
e.printStackTrace();
}finally{
try {
if(mConnection!=null){
mConnection.close();
}
} catch (SQLException e) {
e.printStackTrace();
}
}

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程序开发过程中，存在很多问题：

首先，每一次web请求都要建立一次数据库连接。建立连接是一个费时的活动，每次都得花费0.05s～1s的时间，而且系统还要分配内存资源。这个时间对于一次或几次数据库操作，或许感觉不出系统有多大的开销。

可是对于现在的web应用，尤其是大型电子商务网站，同时有几百人甚至几千人在线是很正常的事。在这种情况下，频繁的进行数据库连接操作势必占用很多的系统资源，网站的响应速度必定下降，严重的甚至会造成服务器的崩溃。不是危言耸听，这就是制约某些电子商务网站发展的技术瓶颈问题。其次，对于每一次数据库连接，使用完后都得断开。否则，如果程序出现异常而未能关闭，将会导致数据库系统中的内存泄漏，最终将不得不重启数据库

通过上面的分析，我们可以看出来，“数据库连接”是一种稀缺的资源，为了保障网站的正常使用，应该对其进行妥善管理。实现getConnection()从连接库中获取一个可用的连接
③ returnConnection(conn) 提供将连接放回连接池中方法

ConnectionPool.java

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//////////////////////////////// 数据库连接池类 ConnectionPool.java ////////////////////////////////////////
/*
这个例子是根据POSTGRESQL数据库写的，
请用的时候根据实际的数据库调整。
调用方法如下：
①　ConnectionPool connPool
= new ConnectionPool("com.microsoft.jdbc.sqlserver.SQLServerDriver"
,"jdbc:microsoft:sqlserver://localhost:1433;DatabaseName=MyDataForTest"
,"Username"
,"Password");
②　connPool .createPool();
Connection conn = connPool .getConnection();
connPool.returnConnection(conn);
connPool.refreshConnections();
connPool.closeConnectionPool();
*/
import java.sql.Connection;
import java.sql.DatabaseMetaData;
import java.sql.Driver;
import java.sql.DriverManager;
import java.sql.SQLException;
import java.sql.Statement;
import java.util.Enumeration;
import java.util.Vector;
public class ConnectionPool {
private String jdbcDriver = ""; // 数据库驱动
private String dbUrl = ""; // 数据 URL
private String dbUsername = ""; // 数据库用户名
private String dbPassword = ""; // 数据库用户密码
private String testTable = ""; // 测试连接是否可用的测试表名，默认没有测试表
private int initialConnections = 10; // 连接池的初始大小
private int incrementalConnections = 5;// 连接池自动增加的大小
private int maxConnections = 50; // 连接池最大的大小
private Vector connections = null; // 存放连接池中数据库连接的向量 , 初始时为 null
// 它中存放的对象为 PooledConnection 型
/**
* 构造函数
*
* @param jdbcDriver
* String JDBC 驱动类串
* @param dbUrl
* String 数据库 URL
* @param dbUsername
* String 连接数据库用户名
* @param dbPassword
* String 连接数据库用户的密码
*
*/
public ConnectionPool(String jdbcDriver, String dbUrl, String dbUsername,
String dbPassword) {
this.jdbcDriver = jdbcDriver;
this.dbUrl = dbUrl;
this.dbUsername = dbUsername;
this.dbPassword = dbPassword;
}
/**
* 返回连接池的初始大小
*
* @return 初始连接池中可获得的连接数量
*/
public int getInitialConnections() {
return this.initialConnections;
}
/**
* 设置连接池的初始大小
*
* @param 用于设置初始连接池中连接的数量
*/
public void setInitialConnections(int initialConnections) {
this.initialConnections = initialConnections;
}
/**
* 返回连接池自动增加的大小、
*
* @return 连接池自动增加的大小
*/
public int getIncrementalConnections() {
return this.incrementalConnections;
}
/**
* 设置连接池自动增加的大小
*
* @param 连接池自动增加的大小
*/
public void setIncrementalConnections(int incrementalConnections) {
this.incrementalConnections = incrementalConnections;
}
/**
* 返回连接池中最大的可用连接数量
*
* @return 连接池中最大的可用连接数量
*/
public int getMaxConnections() {
return this.maxConnections;
}
/**
* 设置连接池中最大可用的连接数量
*
* @param 设置连接池中最大可用的连接数量值
*/
public void setMaxConnections(int maxConnections) {
this.maxConnections = maxConnections;
}
/**
* 获取测试数据库表的名字
*
* @return 测试数据库表的名字
*/
public String getTestTable() {
return this.testTable;
}
/**
* 设置测试表的名字
*
* @param testTable
* String 测试表的名字
*/
public void setTestTable(String testTable) {
this.testTable = testTable;
}
/**
*
* 创建一个数据库连接池，连接池中的可用连接的数量采用类成员 initialConnections 中设置的值
*/
public synchronized void createPool() throws Exception {
// 确保连接池没有创建
// 如果连接池己经创建了，保存连接的向量 connections 不会为空
if (connections != null) {
return; // 如果己经创建，则返回
}
// 实例化 JDBC Driver 中指定的驱动类实例
Driver driver = (Driver) (Class.forName(this.jdbcDriver).newInstance());
DriverManager.registerDriver(driver); // 注册 JDBC 驱动程序
// 创建保存连接的向量 , 初始时有 0 个元素
connections = new Vector();
// 根据 initialConnections 中设置的值，创建连接。
createConnections(this.initialConnections);
// System.out.println(" 数据库连接池创建成功！ ");
}
/**
* 创建由 numConnections 指定数目的数据库连接 , 并把这些连接放入 connections 向量中
*
* @param numConnections
* 要创建的数据库连接的数目
*/
private void createConnections(int numConnections) throws SQLException {
// 循环创建指定数目的数据库连接
for (int x = 0; x < numConnections; x++) {
// 是否连接池中的数据库连接的数量己经达到最大？最大值由类成员 maxConnections
// 指出，如果 maxConnections 为 0 或负数，表示连接数量没有限制。
// 如果连接数己经达到最大，即退出。
if (this.maxConnections > 0
&& this.connections.size() >= this.maxConnections) {
break;
}
// add a new PooledConnection object to connections vector
// 增加一个连接到连接池中（向量 connections 中）
try {
connections.addElement(new PooledConnection(newConnection()));
} catch (SQLException e) {
System.out.println(" 创建数据库连接失败！ " + e.getMessage());
throw new SQLException();
}
// System.out.println(" 数据库连接己创建 ......");
}
}
/**
* 创建一个新的数据库连接并返回它
*
* @return 返回一个新创建的数据库连接
*/
private Connection newConnection() throws SQLException {
// 创建一个数据库连接
Connection conn = DriverManager.getConnection(dbUrl, dbUsername,
dbPassword);
// 如果这是第一次创建数据库连接，即检查数据库，获得此数据库允许支持的
// 最大客户连接数目
// connections.size()==0 表示目前没有连接己被创建
if (connections.size() == 0) {
DatabaseMetaData metaData = conn.getMetaData();
int driverMaxConnections = metaData.getMaxConnections();
// 数据库返回的 driverMaxConnections 若为 0 ，表示此数据库没有最大
// 连接限制，或数据库的最大连接限制不知道
// driverMaxConnections 为返回的一个整数，表示此数据库允许客户连接的数目
// 如果连接池中设置的最大连接数量大于数据库允许的连接数目 , 则置连接池的最大
// 连接数目为数据库允许的最大数目
if (driverMaxConnections > 0
&& this.maxConnections > driverMaxConnections) {
this.maxConnections = driverMaxConnections;
}
}
return conn; // 返回创建的新的数据库连接
}
/**
* 通过调用 getFreeConnection() 函数返回一个可用的数据库连接 , 如果当前没有可用的数据库连接，并且更多的数据库连接不能创
* 建（如连接池大小的限制），此函数等待一会再尝试获取。
*
* @return 返回一个可用的数据库连接对象
*/
public synchronized Connection getConnection() throws SQLException {
// 确保连接池己被创建
if (connections == null) {
return null; // 连接池还没创建，则返回 null
}
Connection conn = getFreeConnection(); // 获得一个可用的数据库连接
// 如果目前没有可以使用的连接，即所有的连接都在使用中
while (conn == null) {
// 等一会再试
// System.out.println("Wait");
wait(250);
conn = getFreeConnection(); // 重新再试，直到获得可用的连接，如果
// getFreeConnection() 返回的为 null
// 则表明创建一批连接后也不可获得可用连接
}
return conn;// 返回获得的可用的连接
}
/**
* 本函数从连接池向量 connections 中返回一个可用的的数据库连接，如果当前没有可用的数据库连接，本函数则根据
* incrementalConnections 设置的值创建几个数据库连接，并放入连接池中。如果创建后，所有的连接仍都在使用中，则返回 null
*
* @return 返回一个可用的数据库连接
*/
private Connection getFreeConnection() throws SQLException {
// 从连接池中获得一个可用的数据库连接
Connection conn = findFreeConnection();
if (conn == null) {
// 如果目前连接池中没有可用的连接
// 创建一些连接
createConnections(incrementalConnections);
// 重新从池中查找是否有可用连接
conn = findFreeConnection();
if (conn == null) {
// 如果创建连接后仍获得不到可用的连接，则返回 null
return null;
}
}
return conn;
}
/**
* 查找连接池中所有的连接，查找一个可用的数据库连接，如果没有可用的连接，返回 null
*
* @return 返回一个可用的数据库连接
*/
private Connection findFreeConnection() throws SQLException {
Connection conn = null;
PooledConnection pConn = null;
// 获得连接池向量中所有的对象
Enumeration enumerate = connections.elements();
// 遍历所有的对象，看是否有可用的连接
while (enumerate.hasMoreElements()) {
pConn = (PooledConnection) enumerate.nextElement();
if (!pConn.isBusy()) {
// 如果此对象不忙，则获得它的数据库连接并把它设为忙
conn = pConn.getConnection();
pConn.setBusy(true);
// 测试此连接是否可用
if (!testConnection(conn)) {
// 如果此连接不可再用了，则创建一个新的连接，
// 并替换此不可用的连接对象，如果创建失败，返回 null
try {
conn = newConnection();
} catch (SQLException e) {
System.out.println(" 创建数据库连接失败！ " + e.getMessage());
return null;
}
pConn.setConnection(conn);
}
break; // 己经找到一个可用的连接，退出
}
}
return conn;// 返回找到到的可用连接
}
/**
* 测试一个连接是否可用，如果不可用，关掉它并返回 false 否则可用返回 true
*
* @param conn
* 需要测试的数据库连接
* @return 返回 true 表示此连接可用， false 表示不可用
*/
private boolean testConnection(Connection conn) {
try {
// 判断测试表是否存在
if (testTable.equals("")) {
// 如果测试表为空，试着使用此连接的 setAutoCommit() 方法
// 来判断连接否可用（此方法只在部分数据库可用，如果不可用 ,
// 抛出异常）。注意：使用测试表的方法更可靠
conn.setAutoCommit(true);
} else {// 有测试表的时候使用测试表测试
// check if this connection is valid
Statement stmt = conn.createStatement();
stmt.execute("select count(*) from " + testTable);
}
} catch (SQLException e) {
// 上面抛出异常，此连接己不可用，关闭它，并返回 false;
closeConnection(conn);
return false;
}
// 连接可用，返回 true
return true;
}
/**
* 此函数返回一个数据库连接到连接池中，并把此连接置为空闲。所有使用连接池获得的数据库连接均应在不使用此连接时返回它。
*
* @param 需返回到连接池中的连接对象
*/
public void returnConnection(Connection conn) {
// 确保连接池存在，如果连接没有创建（不存在），直接返回
if (connections == null) {
System.out.println(" 连接池不存在，无法返回此连接到连接池中 !");
return;
}
PooledConnection pConn = null;
Enumeration enumerate = connections.elements();
// 遍历连接池中的所有连接，找到这个要返回的连接对象
while (enumerate.hasMoreElements()) {
pConn = (PooledConnection) enumerate.nextElement();
// 先找到连接池中的要返回的连接对象
if (conn == pConn.getConnection()) {
// 找到了 , 设置此连接为空闲状态
pConn.setBusy(false);
break;
}
}
}
/**
* 刷新连接池中所有的连接对象
*
*/
public synchronized void refreshConnections() throws SQLException {
// 确保连接池己创新存在
if (connections == null) {
System.out.println(" 连接池不存在，无法刷新 !");
return;
}
PooledConnection pConn = null;
Enumeration enumerate = connections.elements();
while (enumerate.hasMoreElements()) {
// 获得一个连接对象
pConn = (PooledConnection) enumerate.nextElement();
// 如果对象忙则等 5 秒 ,5 秒后直接刷新
if (pConn.isBusy()) {
wait(5000); // 等 5 秒
}
// 关闭此连接，用一个新的连接代替它。
closeConnection(pConn.getConnection());
pConn.setConnection(newConnection());
pConn.setBusy(false);
}
}
/**
* 关闭连接池中所有的连接，并清空连接池。
*/
public synchronized void closeConnectionPool() throws SQLException {
// 确保连接池存在，如果不存在，返回
if (connections == null) {
System.out.println(" 连接池不存在，无法关闭 !");
return;
}
PooledConnection pConn = null;
Enumeration enumerate = connections.elements();
while (enumerate.hasMoreElements()) {
pConn = (PooledConnection) enumerate.nextElement();
// 如果忙，等 5 秒
if (pConn.isBusy()) {
wait(5000); // 等 5 秒
}
// 5 秒后直接关闭它
closeConnection(pConn.getConnection());
// 从连接池向量中删除它
connections.removeElement(pConn);
}
// 置连接池为空
connections = null;
}
/**
* 关闭一个数据库连接
*
* @param 需要关闭的数据库连接
*/
private void closeConnection(Connection conn) {
try {
conn.close();
} catch (SQLException e) {
System.out.println(" 关闭数据库连接出错： " + e.getMessage());
}
}
/**
* 使程序等待给定的毫秒数
*
* @param 给定的毫秒数
*/
private void wait(int mSeconds) {
try {
Thread.sleep(mSeconds);
} catch (InterruptedException e) {
}
}
/**
*
* 内部使用的用于保存连接池中连接对象的类此类中有两个成员，一个是数据库的连接，另一个是指示此连接是否正在使用的标志。
*/
class PooledConnection {
Connection connection = null;// 数据库连接
boolean busy = false; // 此连接是否正在使用的标志，默认没有正在使用
// 构造函数，根据一个 Connection 构告一个 PooledConnection 对象
public PooledConnection(Connection connection) {
this.connection = connection;
}
// 返回此对象中的连接
public Connection getConnection() {
return connection;
}
// 设置此对象的，连接
public void setConnection(Connection connection) {
this.connection = connection;
}
// 获得对象连接是否忙
public boolean isBusy() {
return busy;
}
// 设置对象的连接正在忙
public void setBusy(boolean busy) {
this.busy = busy;
}
}
}

//////////////////////////////// 数据库连接池类 ConnectionPool.java ////////////////////////////////////////

ConnectionPoolUtils.java

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/*连接池工具类，返回唯一的一个数据库连接池对象,单例模式*/
public class ConnectionPoolUtils {
private ConnectionPoolUtils(){};//私有静态方法
private static ConnectionPool poolInstance = null;
public static ConnectionPool GetPoolInstance(){
if(poolInstance == null) {
poolInstance = new ConnectionPool(
"com.mysql.jdbc.Driver",
"jdbc:mysql://localhost:3306/test?useUnicode=true&characterEncoding=utf-8",
"root", "123456");
try {
poolInstance.createPool();
} catch (Exception e) {
// TODO Auto-generated catch block
e.printStackTrace();
}
}
return poolInstance;
}
}

ConnectionPoolTest.java

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import java.sql.Connection;
import java.sql.DriverManager;
import java.sql.ResultSet;
import java.sql.SQLException;
import java.sql.Statement;
public class ConnectionTest {
/**
* @param args
* @throws Exception
*/
public static void main(String[] args) throws Exception {
try {
/*使用连接池创建100个连接的时间*/
/*// 创建数据库连接库对象
ConnectionPool connPool = new ConnectionPool("com.mysql.jdbc.Driver","jdbc:mysql://localhost:3306/test", "root", "123456");
// 新建数据库连接库
connPool.createPool();*/
ConnectionPool connPool=ConnectionPoolUtils.GetPoolInstance();//单例模式创建连接池对象
// SQL测试语句
String sql = "Select * from pet";
// 设定程序运行起始时间
long start = System.currentTimeMillis();
// 循环测试100次数据库连接
for (int i = 0; i < 100; i++) {
Connection conn = connPool.getConnection(); // 从连接库中获取一个可用的连接
Statement stmt = conn.createStatement();
ResultSet rs = stmt.executeQuery(sql);
while (rs.next()) {
String name = rs.getString("name");
// System.out.println("查询结果" + name);
}
rs.close();
stmt.close();
connPool.returnConnection(conn);// 连接使用完后释放连接到连接池
}
System.out.println("经过100次的循环调用，使用连接池花费的时间:"+ (System.currentTimeMillis() - start) + "ms");
// connPool.refreshConnections();//刷新数据库连接池中所有连接，即不管连接是否正在运行，都把所有连接都释放并放回到连接池。注意：这个耗时比较大。
connPool.closeConnectionPool();// 关闭数据库连接池。注意：这个耗时比较大。
// 设定程序运行起始时间
start = System.currentTimeMillis();
/*不使用连接池创建100个连接的时间*/
// 导入驱动
Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");
for (int i = 0; i < 100; i++) {
// 创建连接
Connection conn = DriverManager.getConnection(
"jdbc:mysql://localhost:3306/test", "root", "123456");
Statement stmt = conn.createStatement();
ResultSet rs = stmt.executeQuery(sql);
while (rs.next()) {
}
rs.close();
stmt.close();
conn.close();// 关闭连接
}
System.out.println("经过100次的循环调用，不使用连接池花费的时间:"
+ (System.currentTimeMillis() - start) + "ms");
} catch (SQLException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
}
}

以上是关于Java数据库连接池实现原理的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

Java数据库连接池实现原理

搞软件开发，请你来谈谈数据库连接池的原理吧

使用Go实现一个数据库连接池

含源码解析，深入Java 线程池原理

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