Tomcat的新一代连接池jdbc-pool及实现分析

Posted 2021-04-06 Tomcat那些事儿

前面的文章，我们分析了Tomcat中的dbcp连接池的原理及实现。

其实，Tomcat官方还提供了另一种pool的实现，即jdbc-pool。

jdbc-pool的定位，是做为DBCP Pool的替代，或至少是另一个选择。

那我们为什么需要一个新的connection pool呢？

Tomcat官方文档是这个介绍的：

1. DBCP 1.x是单线程的，为了保证线程安全，需要在对象的创建和返回时短时间的锁定整个池。

2. 随着多线程并发的进行对象的获取和释放，性能反而会下降。在DBCP 2.x解决了这个问题

3. DBCP 有60多个class， 而tomcat-jdbc-pool核心class只有8个。这样，只需要少量的修改就可以应对后续的需求

4. Tomcat jdbc pool 的实现支持异步获取Connection, 而不需要增加额外的Ｔhread

5. 不会产生饥饿死锁。如果一个连接池是空的，并且有线程在等待连接，此时如果有连接返回，连接池会唤醒正确的线程。

此处，还增加了一些超过其它连接池的特性，例如：

1. 支持高并发和多核心环境

2. 动态的接口实现

3. 支持自定义的interceptor,从而支持更多自定义的功能

更多的特性，请参见官方文档。

如何使用

看过我们上一篇文章的朋友，应该都了解DBCP 连接池在Tomcat中如何进行配置。想要从DBCP 切换到jdbc-pool，Tomcat官方也尽可能的提供了方便的方式，所有的属性配置基本都和DBCP一样，意义也一到。 所以，从DBCP到jdbc-pool,只需要配置factory属性，值设置为org.apache.tomcat.jdbc.pool.DataSourceFactory即可。

具体其内在的实现是什么样的呢？我们一起来看一下。

我们的数据仍采用和上一篇文章一样的配置，再增加Resource的factory属性。

此时，我们会发现，在连接池的初始化时，会有下在的逻辑：

/**
     * Initialize the connection pool - called from the constructor
     * @param properties PoolProperties - properties used to initialize the pool with
     * @throws SQLException if initialization fails
     */
    protected void init(PoolConfiguration properties) throws SQLException {
        poolProperties = properties;
 
        //make sure the pool is properly configured
        checkPoolConfiguration(properties);
 
        //make space for 10 extra in case we flow over a bit
        busy = new LinkedBlockingQueue<>();
        //busy = new FairBlockingQueue<PooledConnection>();
        //make space for 10 extra in case we flow over a bit
        if (properties.isFairQueue()) {
            idle = new FairBlockingQueue<>();
            //idle = new MultiLockFairBlockingQueue<PooledConnection>();
            //idle = new LinkedTransferQueue<PooledConnection>();
            //idle = new ArrayBlockingQueue<PooledConnection>(properties.getMaxActive(),false);
        } else {
            idle = new LinkedBlockingQueue<>();
        }

从代码中我们发现，jdbc-pool使用了两个队列来存储连接，空闲的和忙碌的分别存放于busy和idle 这两个LinkedBlockingQueue，当然，空闲队列会根据配置决定是否使用公平队列。

之后，会根据初始设置大小，来初始池中的连接

PooledConnection[] initialPool = new PooledConnection[poolProperties.getInitialSize()];
try {
    for (int i = 0; i < initialPool.length; i++) {
        initialPool[i] = this.borrowConnection(0, null, null); //don't wait, should be no contention
    } //for

在borrowConnection方法中，对于初始和后续请求连接调用一样，会判断空闲队列的逻辑，以及配置的信息进行连接的创建

PooledConnection con = idle.poll();
 
        while (true) {
 
            if (size.get() < getPoolProperties().getMaxActive()) {
                //atomic duplicate check
                if (size.addAndGet(1) > getPoolProperties().getMaxActive()) {
                    //if we got here, two threads passed through the first if
                    size.decrementAndGet();
                } else {
                    //create a connection, we're below the limit
                    return createConnection(now, con, username, password);
                }
            } //end if

不满足配置的情况下，会从空闲队列获取

           con = idle.poll(timetowait, TimeUnit.MILLISECONDS);

由于空闲队列采用的是公平队列，不会出现饥饿等待的情况。 createConnection，就会在创建连接后直接进入busy队列。在finally块，又通过returnConnection，将连接释放，进入idle队列。

finally {
            //return the members as idle to the pool
            for (int i = 0; i < initialPool.length; i++) {
                if (initialPool[i] != null) {
                    try {this.returnConnection(initialPool[i]);}catch(Exception x){/*NOOP*/}
                } //end if
            } //for

再来看returnConnection方法，核心代码如下：

  protected void returnConnection(PooledConnection con) {
    if (busy.remove(con)) { // 重点看这里
    if (((idle.size()>=poolProperties.getMaxIdle()) && !poolProperties.isPoolSweeperEnabled())
    || (!idle.offer(con))) { //还有这里
    }
    release(con);
  }

以上，是两个池中最核心的方法逻辑，那么，还有一个问题是，在连接的关闭时，池是如何处理来进行连接的复用呢？

通过Connection的close方法调用时，关闭连接时的调用栈如下：

at org.apache.tomcat.dbcp.dbcp2.PoolableConnection.close(PoolableConnection.java:181)
  - locked <0xb59> (a org.apache.tomcat.dbcp.dbcp2.PoolableConnection)
  at org.apache.tomcat.dbcp.dbcp2.DelegatingConnection.closeInternal(DelegatingConnection.java:234)
  at org.apache.tomcat.dbcp.dbcp2.DelegatingConnection.close(DelegatingConnection.java:217)
  at org.apache.tomcat.dbcp.dbcp2.PoolingDataSource$PoolGuardConnectionWrapper.close(PoolingDataSource.java:228)

前面介绍jdbc-pool时，曾说过，他支持Interceptor。这里对于close方法的拦截，也是通过定义的Interceptor来实现的。

public class ProxyConnection extends JdbcInterceptor {
 
    protected PooledConnection connection = null;
 
    protected ConnectionPool pool = null;

其对应的iinvoke方法是这样的：

public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {    
        if (compare(CLOSE_VAL,method)) { // 重点看这里，判断如果是close方法，则会调用returnConnection方法
            if (connection==null) return null; //noop for already closed.
            PooledConnection poolc = this.connection;
            this.connection = null;
            pool.returnConnection(poolc);
            return null;
        } else if (compare(TOSTRING_VAL,method)) {
            return this.toString();
        } else if (compare(GETCONNECTION_VAL,method) && connection!=null) {
            return connection.getConnection();
        } 
 
    }

我们注意，此处使用代理模式，会将各个方法的调用进行拦截，之后判断，如果是普通方法会转给对应的method对象执行，而如果待执行方法是close方法，则该方法不会被执行，而是由Interceptor执行pool的方法，将连接重新放回到池中，以备再次使用。

综上，我们看到，在池中，使用了两个队列，busy 和idle，分别代表忙闲两类连接，在释放连接的时候，即close方法执行的时候，会先把连接从busy队列中移除，同时将该连接再加入到idel队列中。从而实现连接的重复使用。

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