彻底掌握连接池技术，使系统速度提升数十倍​！

Posted 2021-04-02 衫莲科技

    数据库连接池负责分配、管理和释放数据库连接，它允许应用程序重复使用一个现有的数据库连接，而不是再重新建立一个；释放空闲时间超过最大空闲时间的数据库连接来避免因为没有释放数据库连接而引起的数据库连接遗漏。  

    连接池基本的思想是在系统初始化的时候，将数据库连接作为对象存储在内存中，当用户需要访问数据库时，并非建立一个新的连接，而是从连接池中取出一个已建立的空闲连接对象。使用完毕后，用户也并非将连接关闭，而是将连接放回连接池中，以供下一个请求访问使用。而连接的建立、断开都由连接池自身来管理。同时，还可以通过设置连接池的参数来控制连接池中的初始连接数、连接的上下限数以及每个连接的最大使用次数、最大空闲时间等等。也可以通过其自身的管理机制来监视数据库连接的数量、使用情况等。

    数据库连接池的配置是开发者们常常搞出坑的地方，在配置数据库连接池时，有几个可以说是和直觉背道而驰的原则需要明确。

    以oracle为例：

    对Oracle数据库进行压力测试，9600并发线程进行数据库操作，每两次访问数据库的操作之间sleep 550ms，一开始设置的中间件线程池大小为2048：                            

                                    压测跑起来之后是这个样子

    2048连接时的性能数据,每个请求要在连接池队列里等待33ms，获得连接后执行SQL需要77ms,此时数据库的等待事件是这个熊样的：

                   各种buffer busy waits，数据库CPU在95%左右

    接下来，把中间件连接池减到1024（并发什么的都不变），性能数据变成了这样：

              

    连接池降到1024后,获取链接等待时长没怎么变，但是执行SQL的耗时减少了。

     接下来，把数据库连接池减到96，并发线程数仍然是9600不变。

                

    可以看到,96个连接时的性能数据，队列平均等待1ms，执行SQL平均耗时2ms。没有调整任何其他东西，仅仅只是缩小了中间件层的数据库连接池，就把请求响应时间从100ms左右缩短到了3ms。

    But why? 为什么nginx只用4个线程发挥出的性能就大大超越了100个进程的Apache HTTPD？回想一下计算机科学的基础知识，答案其实是很明显的。即使是单核CPU的计算机也能“同时”运行数百个线程。但我们都[应该]知道这只不过是操作系统用时间分片玩的一个小把戏。一颗CPU核心同一时刻只能执行一个线程，然后操作系统切换上下文，核心开始执行另一个线程的代码，以此类推。给定一颗CPU核心，其顺序执行A和B永远比通过时间分片“同时”执行A和B要快，这是一条计算机科学的基本法则。一旦线程的数量超过了CPU核心的数量，再增加线程数系统就只会更慢，而不是更快。

     上面的说法只能说是接近真理，但还并没有这么简单，有一些其他的因素需要加入。当我们寻找数据库的性能瓶颈时，总是可以将其归为三类：CPU、磁盘、网络。把内存加进来也没有错，但比起磁盘和网络，内存的带宽要高出好几个数量级，所以就先不加了。如果我们无视磁盘和网络，那么结论就非常简单。在一个8核的服务器上，设定连接/线程数为8能够提供最优的性能，再增加连接数就会因上下文切换的损耗导致性能下降。数据库通常把数据存储在磁盘上，磁盘又通常是由一些旋转着的金属碟片和一个装在步进马达上的读写头组成的。读/写头同一时刻只能出现在一个地方，然后它必须“寻址”到另外一个位置来执行另一次读写操作。所以就有了寻址的耗时，此外还有旋回耗时，读写头需要等待碟片上的目标数据“旋转到位”才能进行操作。使用缓存当然是能够提升性能的，但上述原理仍然成立。在这一时间段（即"I/O等待"）内，线程是在“阻塞”着等待磁盘，此时操作系统可以将那个空闲的CPU核心用于服务其他线程。所以，由于线程总是在I/O上阻塞，我们可以让线程/连接数比CPU核心多一些，这样能够在同样的时间内完成更多的工作。

     那么应该多多少呢？这要取决于磁盘。较新型的SSD不需要寻址，也没有旋转的碟片。可别想当然地认为“SSD速度更快，所以我们应该增加线程数”，恰恰相反，无需寻址和没有旋回耗时意味着更少的阻塞，所以更少的线程[更接近于CPU核心数]会发挥出更高的性能。只有当阻塞创造了更多的执行机会时，更多的线程数才能发挥出更好的性能。

     网络和磁盘类似。通过以太网接口读写数据时也会形成阻塞，10G带宽会比1G带宽的阻塞少一些，1G带宽又会比100M带宽的阻塞少一些。不过网络通常是放在第三位考虑的，有些人会在性能计算中忽略它们。

    下面的公式是由PostgreSQL提供的，不过我们认为可以广泛地应用于大多数数据库产品。你应该模拟预期的访问量，并从这一公式开始测试你的应用，寻找最合适的连接数值。

                                连接数 = ((核心数 * 2) + 有效磁盘数)；

按这个公式，你的4核i7数据库服务器的连接池大小应该为((4 * 2) + 1) = 9。取个整就算是是10吧。是不是觉得太小了？跑个性能测试试一下，我们保证它能轻松搞定3000用户以6000TPS的速率并发执行简单查询的场景。如果连接池大小超过10，你会看到响应时长开始增加，TPS开始下降。