本文已参与「新人创作礼」活动, 一起开启创作之路。

前言

  本文介绍mysql连接池的实现。我记得go提供的原生sql包里面就是用的连接池,重在理解连接池的概念即可。

池化技术

  池化技术能够减少资源对象的创建次数,提高程序的响应性能,特别是在高并发的场景下这种提升会更加明显,所以池化技术相当于一层缓冲。使用池化技术缓存的资源对象有如下共同特点:

  1. 对象创建时间长
  2. 对象创建需要大量资源;
  3. 对象创建后可被重复使用

  像 线程池,内存池,请求池,对象池,连接池 都具备以上的共同特点。

数据库连接池

什么是数据库连接池

  数据库连接池是程序启动时建立足够数量的数据库连接,并将这些连接统一管理起来组成一个连接池,程序动态的从池中取连接与归还连接。

  创建数据库连接相对来说是比较耗时的,不仅有三次握手,还有mysql的三次认证过程。所以在程序启动时就创建多个连接统一管理,可以提高程序的响应性能。

为什么使用数据库连接池

  1. 资源复用:由于数据库的连接得到的复用,避免频繁的创建和销毁连接的性能开销。在减少系统消耗的基础上,另一方面也增进了系统运行环境的平稳性(减少内存碎片以及数据库临时进程/线程的数量)。

  2. 更快的系统响应速度:数据库连接池在初始化后,往往已经创建了若干数据库连接置于池中备用。此时连接的初始化工作均已完成。对于业务请求处理而言,直接利用现有可用连接,避免了从数据库连接初始化和释放过程的开销,从而缩减了系统整体响应时间。

  3. 统一的连接管理,避免数据库连接泄露:在较为完备的数据库连接池实现中,可根据预先的连接占用超时设定,强制收回被占用连接。从而避免了常规数据库连接操作中可能出现的资源泄露。

不使用连接池的执行过程

  可以看到,为了执行一条sql,要经历五个步骤:

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
  • mysql连接池的实现

不使用连接池的优点是 代码实现起来比较简单,但是不使用连接池的缺点有很多:

网络IO较多
带宽利用率低
QPS较低
应用频繁低创建连接和关闭连接,导致临时对象较多,带来更多的内存碎片
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)

使用连接池的执行过程

  在连接池初始化的时候,会按照需求建立N个连接,但是之后的访问,都会从池里面取,复用初始化时创建的连接,直接执行sql语句。

mysql连接池的实现

使用连接池的优点:

1. 降低了网络开销
2. 连接复用,有效减少连接数。
3. 提升性能,避免频繁的新建连接。新建连接的开销比较大
4. 没有TIME_WAIT状态的问题

但是缺点也很明显,就是代码实现较为复杂。

数据库连接池运行机制

  1. 连接池初始化时创建多条连接
  2. 从连接池获取可用连接
  3. 使用完毕后,将连接归还置连接池
  4. 在程序结束前,断开所有连接,释放连接资源

mysql连接池的实现

连接池和线程池的关系

连接池和线程池的区别:

  • 线程池:主动去调用任务,当任务队列不为空的时候从任务队列中取任务(比如去银行办理业务,窗口柜员是线程,多个窗口组成了线程池,柜员从排号队列叫号执行。)
  • 连接池:被动被任务使用,当某任务需要操作数据库时,只要从连接池中取出一个连接对象,当任务使用完该连接对象后,将该连接对象放回到连接池中。如果连接池中没有连接对象可以用,那么该任务就必须等待。(比如去银行用笔填单,笔是连接对象,我们要用笔的时候去取,用完了还回去。)

连接池和线程池设置数量的关系:

  • 一般线程池线程数量和连接池连接对象数量一致
  • 一般线程执行任务完毕的时候归还连接对象

线程池设计与代码实现

线程池设计要点

  使用连接池需要预先建立数据库连接。线程池设计思路:

1. 连接到数据库,涉及到数据库ip、端口、用户名、密码、数据库名字等;
	a. 连接的操作,每个连接对象都是独立的连接通道,它们是独立的
	b. 配置最小连接数和最大连接数
2. 需要一个队列管理他的连接,比如使用list;
3. 获取连接对象:
4. 归还连接对象;
5. 连接池的名字

构造函数

mysql连接池的实现

CDBPool *pDBPool = new CDBPool(db_pool_name, db_host, db_port,db_username, db_password, db_dbname, db_maxconncnt);
CDBPool::CDBPool(const char *pool_name, const char *db_server_ip, uint16_t db_server_port,
                 const char *username, const char *password, const char *db_name, int max_conn_cnt) {
    m_pool_name = pool_name;
    m_db_server_ip = db_server_ip;
    m_db_server_port = db_server_port;
    m_username = username;
    m_password = password;
    m_db_name = db_name;
    m_db_max_conn_cnt = max_conn_cnt;    //
    m_db_cur_conn_cnt = MIN_DB_CONN_CNT; // 最小连接数量
}

初始化

mysql连接池的实现

if (pDBPool->Init()) {
	printf("init db instance failed: %s", db_pool_name);
	return -1;
}
int CDBPool::Init() {
    // 创建固定最小的连接数量
    for (int i = 0; i < m_db_cur_conn_cnt; i++) {
        CDBConn *pDBConn = new CDBConn(this);
        int ret = pDBConn->Init();
        if (ret) {
            delete pDBConn;
            return ret;
        }
        m_free_list.push_back(pDBConn);
    }
    return 0;
}

获取连接池内的连接

mysql连接池的实现

CDBConn *pDBConn = pDBPool->GetDBConn(); // 获取连接
CDBConn *CDBPool::GetDBConn(const int timeout_ms) {
    std::unique_lock<std::mutex> lock(m_mutex);
    if (m_abort_request) {
        log_warn("have aboortn");
        return NULL;
    }
    if (m_free_list.empty()) {       // 当没有连接可以用时
        // 第一步先检测 当前连接数量是否达到最大的连接数量
        if (m_db_cur_conn_cnt >= m_db_max_conn_cnt) {
            // 如果已经到达了,看看是否需要超时等待
            if (timeout_ms <= 0)        // 死等,直到有连接可以用 或者 连接池要退出
            {
                log_info("wait ms:%dn", timeout_ms);
                m_cond_var.wait(lock, [this] {
                    // log_info("wait:%d, size:%dn", wait_cout++, m_free_list.size());
                    // 当前连接数量小于最大连接数量 或者请求释放连接池时退出
                    return (!m_free_list.empty()) | m_abort_request;
                });
            }
            else {
                // return如果返回 false,继续wait(或者超时),  如果返回true退出wait
                // 1.m_free_list不为空
                // 2.超时退出
                // 3. m_abort_request被置为true,要释放整个连接池
                m_cond_var.wait_for(lock, std::chrono::milliseconds(timeout_ms), [this] {
                    // log_info("wait_for:%d, size:%dn", wait_cout++, m_free_list.size());
                    return (!m_free_list.empty()) | m_abort_request;
                });
                // 带超时功能时还要判断是否为空
                if (m_free_list.empty())    // 如果连接池还是没有空闲则退出
                {
                    return NULL;
                }
            }
            if (m_abort_request) {
                log_warn("have aboortn");
                return NULL;
            }
        }
        else // 还没有到最大连接则创建连接
        {
            CDBConn *pDBConn = new CDBConn(this);    //新建连接
            int ret = pDBConn->Init();
            if (ret) {
                log_error("Init DBConnecton failednn");
                delete pDBConn;
                return NULL;
            }
            else {
                m_free_list.push_back(pDBConn);
                m_db_cur_conn_cnt++;
                // log_info("new db connection: %s, conn_cnt: %dn", m_pool_name.c_str(), m_db_cur_conn_cnt);
            }
        }
    }
    CDBConn *pConn = m_free_list.front();    // 获取连接
    m_free_list.pop_front();    // STL 吐出连接,从空闲队列删除
    m_used_list.push_back(pConn);        //
    return pConn;
}

归还连接至连接池

mysql连接池的实现

pDBPool->RelDBConn(pDBConn); // 一定要归还
void CDBPool::RelDBConn(CDBConn *pConn) {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(m_mutex);
    list<CDBConn *>::iterator it = m_free_list.begin();
    for (; it != m_free_list.end(); it++) { // 避免重复归还
        if (*it == pConn) {
            break;
        }
    }
    if (it == m_free_list.end()) {
        m_used_list.remove(pConn);
        m_free_list.push_back(pConn);
        m_cond_var.notify_one();        // 通知取队列
    }
    else {
        log_error("RelDBConn failedn");
    }
}

析构函数

mysql连接池的实现

// 释放连接池
CDBPool::~CDBPool() {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(m_mutex);
    m_abort_request = true;
    m_cond_var.notify_all();        // 通知所有在等待的
    for (list<CDBConn *>::iterator it = m_free_list.begin(); it != m_free_list.end(); it++) {
        CDBConn *pConn = *it;
        delete pConn;
    }
    m_free_list.clear();
}

连接池名的作用

  给每个池分配不同的名称,那么就可以用多个连接池实现不同的业务。

mysql连接池的实现

mysql连接重连机制

设置启用(当发现连接断开时的)自动重连

my_bool reconnect = true;
mysql_options(m_mysql, MYSQL_OPT_RECONNECT, &reconnect); // 配合mysql_ping实现自动重连

检测连接是否正常

int STDCALL mysql_ping(MYSQL *mysql);
  • 描述:检查与服务端的连接是否正常。连接断开时,如果自动重新连接功能未被禁用,则尝试重新连接服务器。该函数可被客户端用来检测闲置许久以后,与服务端的连接是否关闭,如有需要,则重新连接。

  • 返回值:连接正常,返回0;如有错误发生,则返回非0值。返回非0值并不意味着服务器本身关闭掉,也有可能是网络原因导致网络不通。

mysql连接池的实现