从零开始手写 mybatis jdbc pool 从零实现数据库连接池

Posted 2021-04-06 老马啸西风

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了从零开始手写 mybatis jdbc pool 从零实现数据库连接池相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

前景回顾

第一节中我们实现了一个最基本的可以运行的 mybatis。

第二节

本节我们一起来看一下如何实现一个数据库连接池。

为什么需要连接池？

数据库连接的创建是非常耗时的一个操作，在高并发的场景，如果每次对于数据库的访问都重新创建的话，成本太高。

于是就有了“池化”这种解决方案。

这种方案在我们日常生活中也是比比皆是，比如资金池，需求池，乃至人力资源池。

思想都是共通的。

我们本节一起来从零实现一个简易版本的数据库连接池，不过麻雀虽小，五脏俱全。

将从以下几个方面来展开：

（1）普通的数据库连接创建

（2）自动适配 jdbc 驱动

（3）指定大小的连接池创建

（4）获取连接时添加超时检测

（5）添加对于连接有效性的检测

普通的数据库连接创建

这种就是最普通的不使用池化的实现。

实现

mybatis 默认其实也是这种实现，不过我们在这个基础上做了一点优化，那就是可以根据 url 自动适配 driverClass。

public class UnPooledDataSource extends AbstractDataSourceConfig {
 @Override public Connection getConnection() throws SQLException { DriverClassUtil.loadDriverClass(super.driverClass, super.jdbcUrl);
 return DriverManager.getConnection(super.getJdbcUrl(), super.getUser(), super.getPassword()); }
}

自动适配

这个特性主要是参考阿里的 druid 连接池实现，在用户没有指定驱动类时，自动适配。

核心代码如下：

/** * 加载驱动类信息 * @param driverClass 驱动类 * @param url 连接信息 * @since 1.2.0 */public static void loadDriverClass(String driverClass, final String url) { ArgUtil.notEmpty(url, url); if(StringUtil.isEmptyTrim(driverClass)) { driverClass = getDriverClassByUrl(url); } try { Class.forName(driverClass); } catch (ClassNotFoundException e) { throw new JdbcPoolException(e); }}

如何根据 url 获取启动类呢？实际上就是一个 map 映射。

/** * 根据 URL 获取对应的驱动类 * * 1. 禁止 url 为空 * 2. 如果未找到，则直接报错。 * @param url url * @return 驱动信息 */private static String getDriverClassByUrl(final String url) { ArgUtil.notEmpty(url, "url"); for(Map.Entry<String, String> entry : DRIVER_CLASS_MAP.entrySet()) { String urlPrefix = entry.getKey(); if(url.startsWith(urlPrefix)) { return entry.getValue(); } } throw new JdbcPoolException("Can't auto find match driver class for url: " + url);}

其中 DRIVER_CLASS_MAP 映射如下：

url 前缀	驱动类
jdbc:sqlite	org.sqlite.JDBC
jdbc:derby	org.apache.derby.jdbc.EmbeddedDriver
jdbc:edbc	ca.edbc.jdbc.EdbcDriver
jdbc:ingres	com.ingres.jdbc.IngresDriver
jdbc:hsqldb	org.hsqldb.jdbcDriver
jdbc:JSQLConnect	com.jnetdirect.jsql.JSQLDriver
jdbc:sybase:Tds	com.sybase.jdbc2.jdbc.SybDriver
jdbc:firebirdsql	org.firebirdsql.jdbc.FBDriver
jdbc:microsoft	com.microsoft.jdbc.sqlserver.SQLServerDriver
jdbc:mckoi	com.mckoi.JDBCDriver
jdbc:oracle	oracle.jdbc.driver.OracleDriver
jdbc:as400	com.ibm.as400.access.AS400JDBCDriver
jdbc:fake	com.alibaba.druid.mock.MockDriver
jdbc:pointbase	com.pointbase.jdbc.jdbcUniversalDriver
jdbc:sapdb	com.sap.dbtech.jdbc.DriverSapDB
jdbc:postgresql	org.postgresql.Driver
jdbc:cloudscape	COM.cloudscape.core.JDBCDriver
jdbc:timesten	com.timesten.jdbc.TimesTenDriver
jdbc:h2	org.h2.Driver
jdbc:jtds	net.sourceforge.jtds.jdbc.Driver
jdbc:odps	com.aliyun.odps.jdbc.OdpsDriver
jdbc:db2	COM.ibm.db2.jdbc.app.DB2Driver
jdbc:mysql	com.mysql.jdbc.Driver
jdbc:informix-sqli	com.informix.jdbc.IfxDriver
jdbc:mock	com.alibaba.druid.mock.MockDriver
jdbc:mimer:multi1	com.mimer.jdbc.Driver
jdbc:interbase	interbase.interclient.Driver
jdbc:JTurbo	com.newatlanta.jturbo.driver.Driver

池化实现

接下来我们根据指定的大小创建一个初始化的连接池。

定义池化的相关信息

我们首先定义一个接口：

/** * 池化的连接池 * @since 1.1.0 */public interface IPooledConnection extends Connection {

 /** * 是否繁忙 * @since 1.1.0 * @return 状态 */ boolean isBusy();
 /** * 设置状态 * @param busy 状态 * @since 1.1.0 */ void setBusy(boolean busy);
 /** * 获取真正的连接 * @return 连接 * @since 1.1.0 */ Connection getConnection();
 /** * 设置连接信息 * @param connection 连接信息 * @since 1.1.0 */ void setConnection(Connection connection);
 /** * 设置对应的数据源 * @param dataSource 数据源 * @since 1.5.0 */ void setDataSource(final IPooledDataSourceConfig dataSource);
 /** * 获取对应的数据源信息 * @return 数据源 * @since 1.5.0 */ IPooledDataSourceConfig getDataSource();
}

这里我们直接继承了 Connection 接口，实现时全部对 Connection 做一个代理。

内容较多，但是比较简单，此处不再赘述。

连接池初始化

根据配置初始化大小：

/** * 初始化连接池 * @since 1.1.0 */private void initJdbcPool() { final int minSize = super.minSize; pool = new ArrayList<>(minSize); for(int i = 0; i < minSize; i++) { IPooledConnection pooledConnection = createPooledConnection(); pool.add(pooledConnection); }}

createPooledConnection 内容如下：

/** * 创建一个池化的连接 * @return 连接 * @since 1.1.0 */private IPooledConnection createPooledConnection() { Connection connection = createConnection(); IPooledConnection pooledConnection = new PooledConnection(); pooledConnection.setBusy(false); pooledConnection.setConnection(connection); pooledConnection.setDataSource(this); return pooledConnection;}

我们使用 busy 属性，来标识当前连接是否可用。

新创建的连接默认都是可用的。

连接的获取

整体流程如下：

（1）池中有连接，直接获取

（2）池中没有连接，且没达到最大的大小，可以创建一个，然后返回

（3）池中没有连接，但是已经达到最大，则进行等待。

@Overridepublic synchronized Connection getConnection() throws SQLException { //1. 获取第一个不是 busy 的连接 Optional<IPooledConnection> connectionOptional = getFreeConnectionFromPool(); if(connectionOptional.isPresent()) { return connectionOptional.get(); } //2. 考虑是否可以扩容 if(pool.size() >= maxSize) { //2.1 立刻返回 if(maxWaitMills <= 0) { throw new JdbcPoolException("Can't get connection from pool!"); } //2.2 循环等待 final long startWaitMills = System.currentTimeMillis(); final long endWaitMills = startWaitMills + maxWaitMills; while (System.currentTimeMillis() < endWaitMills) { Optional<IPooledConnection> optional = getFreeConnectionFromPool(); if(optional.isPresent()) { return optional.get(); } DateUtil.sleep(1); LOG.debug("等待连接池归还，wait for 1 mills"); } //2.3 等待超时 throw new JdbcPoolException("Can't get connection from pool, wait time out for mills: " + maxWaitMills); } //3. 扩容（暂时只扩容一个） LOG.debug("开始扩容连接池大小，step: 1"); IPooledConnection pooledConnection = createPooledConnection(); pooledConnection.setBusy(true); this.pool.add(pooledConnection); LOG.debug("从扩容后的连接池中获取连接"); return pooledConnection;}

getFreeConnectionFromPool() 核心代码如下：

直接获取一个不是繁忙状态的连接即可。

/** * 获取空闲的连接 * @return 连接 * @since 1.3.0 */private Optional<IPooledConnection> getFreeConnectionFromPool() { for(IPooledConnection pc : pool) { if(!pc.isBusy()) { pc.setBusy(true); LOG.debug("从连接池中获取连接"); return Optional.of(pc); } } // 空 return Optional.empty();}

连接的归还

以前 connection 的归还是直接将连接关闭，这里我们做了一个重载。

只是调整下对应的状态即可。

@Overridepublic void returnConnection(IPooledConnection pooledConnection) { // 验证状态 if(testOnReturn) { checkValid(pooledConnection); }
 // 设置为不繁忙 pooledConnection.setBusy(false); LOG.debug("归还连接，状态设置为不繁忙");}

连接的有效性

池中的连接存在无效的可能，所以需要我们对其进行定期的检测。

配置讲解

验证的时机是一门学问，我们可以在获取时检测，可以在归还时检测，但是二者都比较消耗性能。

比较好的方式是在空闲的时候进行校验。

配置主要参考 druid 的配置，对应的接口如下：

/** * 设置验证查询的语句 * * 如果这个值为空，那么 {@link #setTestOnBorrow(boolean)} * {@link #setTestOnIdle(boolean)}} * {@link #setTestOnReturn(boolean)} * 都将无效 * @param validQuery 验证查询的语句 * @since 1.5.0 */void setValidQuery(final String validQuery);/** * 验证的超时秒数 * @param validTimeOutSeconds 验证的超时秒数 * @since 1.5.0 */void setValidTimeOutSeconds(final int validTimeOutSeconds);/** * 获取连接时进行校验 * * 备注：影响性能 * @param testOnBorrow 是否 * @since 1.5.0 */void setTestOnBorrow(final boolean testOnBorrow);/** * 归还连接时进行校验 * * 备注：影响性能 * @param testOnReturn 归还连接时进行校验 * @since 1.5.0 */void setTestOnReturn(final boolean testOnReturn);/** * 闲暇的时候进行校验 * @param testOnIdle 闲暇的时候进行校验 * @since 1.5.0 */void setTestOnIdle(final boolean testOnIdle);/** * 闲暇时进行校验的时间间隔 * @param testOnIdleIntervalSeconds 时间间隔 * @since 1.5.0 */void setTestOnIdleIntervalSeconds(final long testOnIdleIntervalSeconds);

约定优于配置

所有的属性都支持用户自定义，以满足不同的应用场景。

同时也秉承着默认的配置就是最常用的配置，默认的配置如下：

/** * 默认验证查询的语句 * @since 1.5.0 */public static final String DEFAULT_VALID_QUERY = "select 1 from dual";
/** * 默认的验证的超时时间 * @since 1.5.0 */public static final int DEFAULT_VALID_TIME_OUT_SECONDS = 5;
/** * 获取连接时，默认不校验 * @since 1.5.0 */public static final boolean DEFAULT_TEST_ON_BORROW = false;
/** * 归还连接时，默认不校验 * @since 1.5.0 */public static final boolean DEFAULT_TEST_ON_RETURN = false;
/** * 默认闲暇的时候，进行校验 * * @since 1.5.0 */public static final boolean DEFAULT_TEST_ON_IDLE = true;
/** * 1min 自动校验一次 * * @since 1.5.0 */public static final long DEFAULT_TEST_ON_IDLE_INTERVAL_SECONDS = 60;

检测的实现

这里我参考了一篇 statckOverflow 的文章，其实还是使用 Connection#isValid 验证比较简单。

/** * https://stackoverflow.com/questions/3668506/efficient-sql-test-query-or-validation-query-that-will-work-across-all-or-most * * 真正支持标准的，直接使用 {@link Connection#isValid(int)} 验证比较合适 * @param pooledConnection 连接池信息 * @since 1.5.0 */private void checkValid(final IPooledConnection pooledConnection) { if(StringUtil.isNotEmpty(super.validQuery)) { Connection connection = pooledConnection.getConnection(); try { // 如果连接无效，重新申请一个新的替代 if(!connection.isValid(super.validTimeOutSeconds)) { LOG.debug("Old connection is inValid, start create one for it."); Connection newConnection = createConnection(); pooledConnection.setConnection(newConnection); LOG.debug("Old connection is inValid, finish create one for it."); } } catch (SQLException throwables) { throw new JdbcPoolException(throwables); } } else { LOG.debug("valid query is empty, ignore valid."); }}

闲暇时的线程处理

我们为了不影响性能，单独为空闲的连接检测开一个线程。

在初始化的创建：

/** * 初始化空闲时检验 * @since 1.5.0 */private void initTestOnIdle() { if(StringUtil.isNotEmpty(validQuery)) { ScheduledExecutorService idleExecutor = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor(); idleExecutor.scheduleAtFixedRate(new Runnable() { @Override public void run() { testOnIdleCheck(); } }, super.testOnIdleIntervalSeconds, testOnIdleIntervalSeconds, TimeUnit.SECONDS); LOG.debug("Test on idle config with interval seonds: " + testOnIdleIntervalSeconds); }}

testOnIdleCheck 实现如下：

/** * 验证所有的空闲连接是否有效 * @since 1.5.0 */private void testOnIdleCheck() { LOG.debug("start check test on idle"); for(IPooledConnection pc : this.pool) { if(!pc.isBusy()) { checkValid(pc); } } LOG.debug("finish check test on idle");}

开源地址

所有源码均已开源：

jdbc-pool^[1]

使用方式和常见的连接池一样。

maven 引入

<dependency> <groupId>com.github.houbb</groupId> <artifactId>jdbc-pool</artifactId> <version>1.5.0</version></dependency>

测试代码

PooledDataSource source = new PooledDataSource();source.setDriverClass("com.mysql.jdbc.Driver");source.setJdbcUrl("jdbc:mysql://127.0.0.1:3306/test?useUnicode=true&characterEncoding=utf-8");source.setUser("root");source.setPassword("123456");source.setMinSize(1);
// 初始化source.init();
Connection connection = source.getConnection();System.out.println(connection.getCatalog());
Connection connection2 = source.getConnection();System.out.println(connection2.getCatalog());

日志

[DEBUG] [2020-07-18 10:50:54.536] [main] [c.g.h.t.p.d.PooledDataSource.getFreeConnection] - 从连接池中获取连接test[DEBUG] [2020-07-18 10:50:54.537] [main] [c.g.h.t.p.d.PooledDataSource.getConnection] - 开始扩容连接池大小，step: 1[DEBUG] [2020-07-18 10:50:54.548] [main] [c.g.h.t.p.d.PooledDataSource.getConnection] - 从扩容后的连接池中获取连接test