面试官：了解数据库连接池吗？

Posted 2021-03-28 程序员不是码农

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上一篇文章我们介绍了线程池的原理和实现，接下来介绍什么是数据库连接池及其实现

”

什么是数据库连接池（Connection Pooling）

数据库连接是一个很关键的有限的昂贵的资源，也容易对数据库造成安全隐患。因此，在程序初始化时，预先创建一定数量的数据库连接，并对其进行集中管理，就构成了数据库连接池，由程序动态地对池中的连接进行申请、使用和释放，既保证了较快的数据库读写速度，又提高了安全可靠性。

数据库连接池运行机制

• 从连接池获取/创建可用连接
• 使用完后，把连接归还给连接池
• 在系统关闭前，断开所有连接并释放占用的系统资源

如下图，各线程并不直接同数据库相连，而是从数据库连接池中申请连接，使用完毕后归还给数据库连接池。

db_connection_poll

为什么要使用数据库连接池，有什么好处？

如果不使用数据库连接池，则操作流程如下：

• TCP三次握手建立连接
• mysql认证的三次握手
• SQL执行
• MySQL关闭
• TCP四次挥手关闭连接

可见，为执行一条SQL语句，多了很多我们并不关心的网络交互，如下图：

db_connection_pool_1

使用数据库连接池，其流程如下：

只有第一次访问需要建立连接，之后的访问，复用之前创建的连接，直接执行SQL语句。

db_connection_pool_3

使用数据库连接池好处：

• 资源重用：避免了频繁的创建、释放连接引起的性能开销，在减少系统消耗的基础上，也增进了系统运行环境的平稳性（减少内存碎片以及数据库临时进程/线程的数量）
• 更快的系统响应速度：数据库连接池在初始化过程中，往往已创建了若干数据库连接于池中备用，此时连接的初始化工作均已完成，对于业务请求处理而言，直接利用现有可用连接，避免了从数据库连接初始化和释放过程的开销，从而缩减了系统整体响应时间
• 统一的连接管理，避免连接数据库连接泄漏：在较为完备的数据库连接池实现中，可根据预先的连接占用超时设定，强制收回被占用连接。从而避免了常规数据库连接操作中可能出现的资源泄漏。

连接池和线程池的区别？

连接池：被动分配，用完放回。

线程池：主动干活，有任务到来，线程不断取出任务执行。

MySQL连接池实现

设计一个连接池需要考虑以下内容：

• 重连次数统计
• 总的连接次数统计
• 峰值连接次数，连接峰值数量供后续的性能评估（1，5，15s统计一次）
• 超时机制，阻塞，非阻塞

MySQL C API介绍如下：

// 1. 初始化mysql实例
MYSQL *ms_conn = mysql_init(NULL);
// 2. 连接mysql服务器
MYSQL *ms_res = mysql_real_connect(ms_conn, "localhost", "run", "123456");
// 3. 执行sql语句
// 函数原型
int mysql_real_query(MYSQL *mysql, const char *query, unsigned int length);
// 执行由query指向的SQL查询，其长度为length。对于包含二进制数据的查询，必须使用mysql_real_query而不是mysql_query.
// 返回值：Success (0)   Failed (ErrorCode !0)
// 4. 取出SQL语句执行的结果集
MYSQL_RES *ms_res = mysql_store_result(ms_conn);
// 5. 字段个数（显示列长度）
unsigned int field_num = mysql_num_fields(ms_res);
// 6. 每个字段的数据信息
MYSQL_FIELD* field_info = mysql_fetch_field(ms_res);
// 7. 取出下一行结果
MYSQL_ROW data = mysql_fecth_row(ms_res);
// 8. 释放结果集
mysql_free_result(ms_res);
// 9. 使用完释放资源
mysql_close(ms_conn);

数据库连接池的类申明如下，申明了相关接口以及数据结构。

// DBpool.h
class CDBPool {
public:
    CDBPool() {}
    CDBPool(const char * pool_name, const char * db_server_ip, uint16_t db_server_port,
           const char * username, const char * password, const char* db_name, int max_conn_cnt);
    virtual ~CDBPool();
    int Init();  // 初始化，连接数据库，建立连接
    CDBConn* GetDBConn;  // 获取连接资源，没有空闲则创建
    void RelDBConn(CDBConn* pConn);  // 归还资源
private:
    string m_pool_name;
    string m_db_server_ip;
    uint16_t m_db_server_port;
    string m_username;
    string m_password;
    string m_db_name;
    list<CDBConn*> m_free_list;  // 空闲连接
    CThreadNotify m_free_notify;  // 同步机制
    int m_db_cur_conn_cnt;  // 当前启用的连接数量
    int m_db_max_conn_cnt;  // 最大连接数量
}

数据库部分接口实现如下：

int CDBPool::Init()  // 初始化
{
    for (int i = 0; i < m_db_cur_conn_cnt; i++) {
        CDBConn * pDBConn = new CDBConn(this);
        int ret = pDBConn->Init(); // mysql_real_connect连接数据库
        m_free_list.push_back(pDBConn);
    }
}

CDBConn *CDBPool::GetDBConn() // 申请连接
{
    m_free_notify.Lock();
    while (m_free_notify.Lock()) {
        if (m_db_cur_conn_cnt >= m_db_max_conn_cnt)
            m_free_notify_wait();
        else{
            // 创建新连接，加入list
            CDBConn *pDBConn = new CDBConn(this);
            int ret = pDBConn->Init();
            m_free_list.push_back(pDBConn);
            m_db_cur_conn_cnt++;
        }
    }
    CDBConn *pConn = m_free_list.front();
    m_free_list.pop_front();
    m_free_notify.Unlock();
    return pConn;
}

void CDBPool::RelDBConn(CDBConn *pConn) {  // 归还连接
    m_free_notify.Lock();
    list<CDBConn *>::iterator it = m_free_list.begin();
    for (; it != m_free_list.end(); it++)
    {
        if (*it == pConn){
            break;
        }
    }
    if (it == m_free_list.end()){
        m_free_list.push_back(pConn);
    }
    m_free_notify.Signal();
    m_free_notify.Unlock();
}

另外需要注意，数据库连接池一般和线程池配合使用，由线程池中的线程向连接池申请和归还数据库连接。