本文已参与「新人创作礼」活动， 一起开启掘金创作之路。
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：
- 对象创建时间长
- 对象创建需要大量资源；
- 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
-
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）。
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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。
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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
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。
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
- 连接池初始化时创建多条连接
- 从连接池获取可用连接
- 使用完毕后，将连接归还置连接池
- 在程序结束前，断开所有连接，释放连接资源
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
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
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
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 aboort\n");
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:%d\n", timeout_ms);
m_cond_var.wait(lock, [this] {
// log_info("wait:%d, size:%d\n", 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:%d\n", 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 aboort\n");
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 failed\n\n");
delete pDBConn;
return NULL;
}
else {
m_free_list.push_back(pDBConn);
m_db_cur_conn_cnt++;
// log_info("new db connection: %s, conn_cnt: %d\n", 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
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 failed\n");
}
}
析构函数
// 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);
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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。
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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。