本篇文章为大家展示了如何理解高性能数据库连接池，内容简明扼要并且容易理解，绝对能使你眼前一亮，通过这篇文章的详细介绍希望你能有所收获。

创新互联公司制作网站网页找三站合一网站制作公司,专注于网页设计,网站制作、网站设计,网站设计,企业网站搭建,网站开发,建网站业务,680元做网站,已为千余家服务,创新互联公司网站建设将一如既往的为我们的客户提供最优质的网站建设、网络营销推广服务!

为什么要有连接池

先看一下连接池所处的位置：

应用框架的业务实现一般都会访问数据库，缓存或者HTTP服务。为什么要在访问的地方加上一个连接池呢?

下面以访问MySQL为例，执行一个SQL命令，如果不使用连接池，需要经过哪些流程。

1：TCP建立连接的三次握手

2：MySQL认证的三次握手

3：真正的SQL执行

4：MySQL的关闭

5：TCP的四次握手关闭

可以看到，为了执行一条SQL，却多了非常多我们不关心的网络交互。

优点：实现简单。

缺点：

1：网络IO较多

2：数据库的负载较高

3：响应时间较长及QPS较低

4：应用频繁的创建连接和关闭连接，导致临时对象较多，GC频繁

5：在关闭连接后，会出现大量TIME_WAIT 的TCP状态(在2个MSL之后关闭)

使用连接池流程

第一次访问的时候，需要建立连接。 但是之后的访问，均会复用之前创建的连接。

优点：

1：较少了网络开销

2：系统的性能会有一个实质的提升

3：没了麻烦的TIME_WAIT状态

当然，现实往往是残酷的，当我们解决了一个问题的时候，同时伴随着另外一个问题的产生。

使用连接池面临的***挑战： 连接池的性能

连接数和线程数性能优化

分库DB部署结构：

假设有128个分库：32个服务器，每个服务器有4个schema。按照128个分库的设计，便会新建128个独立数据库连接池。

数据库连接池的模型

特点：

1：128个连接池完全独立，不同的schema也对应不同的连接池

2：先通过拆库，读写等策略选择对应的连接池，再从连接池获取一个连接进行操作

3：操作完后，再将连接归还到对应的连接池中。

优点：

结构简单，分散竞争

面临的问题：

1：线程数过多

先看一下新建一个连接池，需要新建的线程数的个数。

连接池

线程数

描述

128个分库需要的线程数

C3P0

4

3个helperThread (pollerThread)，1个定时任务AdminTaskTimer(DeadlockDetector)

4*128=512

DBCP

1

负责心跳，最小连接数维持，***空闲时间和防连接泄露

1*128=128

Druid

2

一个异步创建连接。一个异步关闭连接。

2*128=256

可以看到随着分库的增加，不管选用哪个连接池，线程的个数均会线性增长。线程数过多将会导致内存占用较大:  默认1个线程会占用1M的空间，如果是512个线程，则会占用1M*512=512M上下文切换开销。

Tips：由于stack和heap申请为虚地址空间，但是一旦使用就不会释放。(线程也不一定会占用1M的空间)

2：连接数过多

数据库的连接资源比较重，并且随着连接的增加，数据库的性能会有明显的下降。DBA一般会限制每个DB建立连接的个数，比如限制为3K  。假设数据库单台限制3K，32台则容量为3K*32=96K。如果应用***，最小连接数均为10，则每个应用总计需要128*10=1.28K个连接。那么数据库理论上支持的应用个数为96K/1.28K=  80 台

3：不能连接复用

同一个物理机下面不同的schema完全独立，连接不能复用

优化后的数据库连接池模型

特点：

1：只有一个连接池,所有节点共享线程 (解决了线程数过多的问题)

2：每个物理机对应一个host, host里面维护多个schema，schema存放连接。

3：同一个host下面的不同schema 可以进行连接复用(解决连接数过多的问题)

获取连接流程：

1：获取连接需要带上 ip,port和schema信息：比如获取的是host31的schema1

2：先到host31的schema1中获取空闲连接，但是schema1无空闲连接，便会从schema2中获取空闲连接。

3：从schema2中获取的连接执行useschema1，该连接便切换到schema1上面。

4：执行对应的SQL操作，执行完成后，归还连接到schema1的池子里面。

优点：

1：连接复用：有效减少连接数。

2：提升性能：避免频繁的新建连接。新建连接的开销比较大，而使用use schema开销非常小

3：有效减少线程数。按现有方案大概只需要4个线程即可。而优化前需要512个线程

缺点：

1：管理较为复杂

2：不符合JDBC接口规范。DataSource只有简单的getConnection()接口，没有针对获取对应schema的连接的接口。需要继承DataSouce，实现特定接口。

事务语句性能优化

优化前执行事务的模型

从连接池里面获取到连接，默认是自动提交。为了开启事务，需要执行setautocommit=false  操作，然后再执行具体的SQL，归还连接的时候，还需要将连接设置为自动提交(需要执行set autocommit=true)  。可以看到开启事务，需要额外执行两条事务的语句。

优化后执行事务的模型

每个schema里面所有的连接会按照autocommit进行分组。 分为自动提交(autocommit=true)  和非自动提交(autocommit=false)。获取连接时优先获取相同autocommit的分组里的连接，如果没有可用连接则从另外一个分组中获取连接，业务操作执行完后，再归还到对应的分组里面。该种机制避免了开启事务多执行的两条事务语句。

锁性能优化

连接池的通用功能：

连接池主要包含五部分：获取连接，归还连接，定时任务，维护组件及资源池

获取连接：

1：获取超时：如果超过规定时间未获取到连接，则会抛出异常

2：有效性检查：当从资源池里面获取到资源，需要检查该资源的有效性，如果失效，再次获取连接。避免执行业务的时候报错。

3：创建连接：可以同步创建，也可以异步创建。

归还连接：

1：归还连接：比如需要检查***空闲数，确定是物理关闭还是归还到连接池

2：销毁连接: 可同步销毁也可异步销毁

定时任务：

1：空闲检查：主要是检查空闲连接，连接空闲超过一定时间，则会关闭连接。

2：最小连接数控制：一般会设置最小连接数。保证当前系统里面最小的连接数。如果不够，则会新建连接。

组件维护：

1：连接状态控制：空闲，使用，删除等状态控制

2：异常处理：对JDBC访问的异常统一处理，如果异常与连接相关，则会将该连接销毁掉。

3：缓存：避免对SQL重复解析，PrepareStatement机制下，会对SQL解析的对象进行缓存。

4：JDBC封装：对JDBC进行了实现，真正的实现是底层的driver,比如MySQL-connector-java 。

资源池：

1：资源池是存放连接的地方，也是连接池最核心的地方。

2：所有的组件基本上都与资源池进行交互，对连接资源的竞争非常激烈。该处的性能将决定了整个连接池的性能。

3：一般资源池的实现是使用JDK提供的BlockingQueue。那么是否有方案可以进行无锁的设计，来避免竞争。

资源池无锁设计

获取连接大概流程：

1：从ThreadLocal里面获取连接，如果没有空闲连接，则从全局连接池(CopyOnWriteArrayList)中获取。

2：如果全局连接池中没有空闲连接，则会异步新建连接。

3：判定超时时间是否大于阈值，如果小于阈值，则进行自旋。否则进行park休眠。

4：连接建立成功后，会对park的线程进行唤醒

主要从四个方面实现了无锁的设计：ThreadLocal,CopyOnWriteArrayList，异步建立连接及自旋。

ThreadLocal

1：每个线程均有一个连接队列。该队列是全局队列的引用。

2：获取连接时先从ThreadLocal里面拿连接，如果连接是空闲状态，则使用。否则移除掉，再拿下一个，直到拿不到连接为止。

3：归还连接时，只需要归还到Threadlocal的队列里面，同时设置连接为空闲状态

4：如果使用BlockQueue,获取连接时调用poll,归还连接时调用offer，存在两次锁的竞争。优化后通过CAS避免了两次锁的开销(获取连接时，使用CAS置连接为非空闲状态;归还时，使用CAS置连接为空闲状态)

CopyOnWriteArrayList

1：该队列使用场景是：大量读，少量写的操作，并且存储的数据比较有限。而连接池的场景非常适合采用CopyOnWriteArrayList。

2：在获取连接或者归还连接时，只会通过CAS更改连接的状态，不会对连接池进行添加或者删除的操作。

3：一般连接池连接的个数比较可控，CopyOnWriteArrayList在写操作时会对所有连接进行拷贝，对内存影响不大。

异步建立连接

获取到连接后，判断一下是否有并发正在等待获取连接，如果有，则异步建立连接。避免下一个连接的等待。如果CopyOnWriteArrayList没有空闲连接，则异步建立连接。

自旋

该自旋比较类似于JDK对synchronized的自旋机制。如果发现超时时间大于设定的阈值(比如10微秒)，则会进行线程挂起。如果小于设定的阈值，则重新获取连接，进行自选，避免线程的上下文切换带来的性能开销。。

优化小技巧

方法内联优化

1：每调用一次方法，线程便会新建一个栈帧，新建栈帧开销相对比较大

2：JIT在运行时会进行内联优化，多个方法使用一个栈帧，避免栈帧新建过多

3：JIT方法内联优化默认的字节码个数阈值是35个字节，低于35个字节，才会进行优化。(可通过-XX:MaxInlineSize=35进行设置)

通过修改上述代码，编译后字节码修改到34个字节，则可以满足内联的条件。

心跳语句选择

PrepareStatement模式选择

MySQL driver默认是client模式，如果需要开启server模式，需要设置 useServerPrepStmts=true  。PrepareStatement默认的client模式和Statement对于DB端没有区别。大家普遍理解PrepareStatement和Statement的区别是PrepareStatement可以避免SQL注入。但是避免SQL注入是如何做到的?

使用PrepareStatement设置参数的时候，比如调用setString(int parameterIndex, String  x)，本地会对设置的参数进行转义来避免SQL注入。

执行SQL的时候，会将SQL的?替换成转义后的字符，发送到数据库执行。

PSCache

MySQLdriver 默认不开启，可通过设置 cachePrepStmts = true 进行开启

QueryTimeout

之前也遇到因为开启了queryTimeout，导致连接泄露的问题。

唯品会自研连接池：Caelus

Caelus是唯品会自研的高性能的分布式的数据库连接池。

1. 高性能：基于无锁的连接池设计模型来提升连接池性能;

2. 在分库较多的场景下，减少线程数。  假如有128个分库，现有连接池模型下则需要使用128个独立的连接池，每个连接池都需要线程(1-4个，不同的连接池不同)处理任务。则总共需要维护128到128*4个线程，开销巨大。而Caelus连接池会大大减少线程数。

3. 连接复用。 对于 一个MySQL  的instance上面有多个schema场景下。现有连接池不同的schema的连接不可复用。而Caelus可以复用不同schema的连接，提升性能。

4. 过多的事务指令。如果是事务语句，则从连接池拿到连接后，需要先开启事务(setautocommit=false)，归还时需要再设置(set  autocommit=true)。每使用一次连接，均需要额外执行两条事务指令。Caelus能有效减少事务指令。

5. 配置规范的统一。结合MySQL的设置，提供规范统一，合理的配置。 

上述内容就是如何理解高性能数据库连接池，你们学到知识或技能了吗？如果还想学到更多技能或者丰富自己的知识储备，欢迎关注创新互联行业资讯频道。

分享名称：如何理解高性能数据库连接池
转载注明：http://myzitong.com/article/gieiee.html