连接池原来这么简单（一分钟系列）

Posted 2021-04-06 架构师之路

应网友要求，写一写连接池实现细节。

 

一、如何通过连接访问下游

工程架构中有很多访问下游的需求，下游包括但不限于服务/数据库/缓存，其通讯步骤是为：

（1）与下游建立一个连接

（2）通过这个连接，收发请求

（3）交互结束，关闭连接，释放资源

 

这个连接是什么呢，通过连接怎么调用下游接口？服务/数据库/缓存，官方会提供不同语言的Driver、Document、DemoCode来教使用方建立连接与调用接口，以MongoDB的C++官方Driver API为例（伪代码）：

DBClientConnection* c = new DBClientConnection();

c->connect(“127.0.0.1:8888”);

c->insert(“db.s”, BSON(”shenjian”));

c->close();

 

这个DBClientConnection就是一个与MongoDB的连接，官方Driver通过它提供了若干API，让用户可以对MongoDB进行连接，增删查改，关闭的操作，从而实现不同的业务逻辑。

 

二、为什么需要连接池

当并发量很低的时候，上述伪代码没有任何问题，但当服务单机QPS达到几百、几千的时候，建立连接connect和销毁连接close就会成为瓶颈，此时该如何优化？

结论也很简单，服务启动的时候，先建立好若干连接Array[DBClientConnection]，当有请求过来的时候，从Array中取出一个，执行下游操作，执行完再放回，从而避免反复的建立和销毁连接，以提升性能。

而这个对Array[DBClientConnection]进行维护的数据结构，就是连接池。有了连接池之后，数据库操作的伪代码变为：

DBClientConnection* c = ConnectionPool::GetConnection();

c->insert(“db.s”, BSON(”shenjian”));

ConnectionPool::FreeConnection(c);

 

三、连接池核心接口与实现

通过上面的讨论，可以看到连接池ConnectionPool主要有三个核心接口：

（1）Init：初始化好Array[DBClientConnection]，这个接口只在服务启动时调用一次

（2）GetConnection：请求每次需要访问数据库时，不是connect一个连接，而是通过连接池的这个接口来拿

（3）FreeConnection：请求每次访问完数据库时，不是close一个连接，而是把这个连接放回连接池

 

连接池核心数据结构：

（1）连接数组Array DBClientConnection [N]

（2）互斥锁数组Array lock[N]

 

连接池核心接口实现：

Init(){

 for i = 1 to N {

  Array DBClientConnection [i] = new();

  Array DBClientConnection [i]->connect();

  Array lock[i] = 0;

 }

}

说明：把所有连接和互斥锁初始化

 

GetConnection()

 for i = 1 to N {

  if(Array lock[i] == 0){

   Array lock[i] = 1;

   return Array DBClientConnection[i];

   }

 }

}

说明：找一个可用的连接，锁住，并返回连接

 

FreeConnection(c)

 for i = 1 to N {

 if(Array DBClientConnection [i] == c){

   Array lock[i] = 0;

   }

  }

}

说明：找到连接，把锁释放

 

可以发现，简单的连接池管理并不是很复杂，基本原理即如上所述。

 

四、未尽事宜

上述伪代码忽略了一些细节，在实现连接池中是需要考虑的：

（1）如果连接全部被占用，是返回失败，还是让上游等待

（2）需要实施连接可用性检测

（3）为了让调用方更友好，可能还需要包装一层DAO层，让“连接”这个东西对调用方都是黑盒的

（4）通过freeArray，connectionMap可以让取连接和放回连接都达到O(1)时间复杂度

（5）可以通过hash实现id串行化

（6）负载均衡、故障转移、服务自动扩容都可以在这一层实现

 

希望这一分钟大家有收获。

==【完】==

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