羅金濤　李躍新

[摘要]數(shù)據(jù)庫連接池是一種非常高效實(shí)用的技術(shù)。對(duì)數(shù)據(jù)庫連接池的基本實(shí)現(xiàn)原理進(jìn)行分析，并給出初步的算法實(shí)現(xiàn)。

[關(guān)鍵詞]數(shù)據(jù)源 連接池 連接 JAVA JDBC

中圖分類號(hào)：TP3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671－7597（2009）0310052－02

一、引言

在任何的項(xiàng)目開發(fā)過程中，都離不開對(duì)數(shù)據(jù)的操作，這一系列的動(dòng)作最終都體現(xiàn)在底層和數(shù)據(jù)庫的交互，在常規(guī)的jdbc數(shù)據(jù)庫操作到時(shí)候，總是要反復(fù)的打開和關(guān)閉對(duì)數(shù)據(jù)庫的連接，但是這個(gè)過程是一個(gè)相當(dāng)消耗系統(tǒng)資源的過程，對(duì)于小的一般程序環(huán)境來說，似乎感覺不到性能的影響，但是對(duì)于一些多層結(jié)構(gòu)大型企業(yè)級(jí)的應(yīng)用程序環(huán)境來說，這種反復(fù)消耗系統(tǒng)資源的弊端就開始體現(xiàn)出來了。于是很多服務(wù)器產(chǎn)品都提供了連接池技術(shù)來提高數(shù)據(jù)庫操作的性能，通過連接池技術(shù)，可以盡可能多對(duì)內(nèi)存資源進(jìn)行重用，大大節(jié)約了內(nèi)存的開銷，同時(shí)能夠支持更多的客戶服務(wù)和提高程序的運(yùn)行效率，最終從整體上提高到了服務(wù)器的運(yùn)行效率。

二、連接池的產(chǎn)生及基本原理

在早期的java項(xiàng)目開發(fā)過程中，當(dāng)項(xiàng)目開發(fā)完成之后，運(yùn)行的時(shí)候發(fā)現(xiàn)隨著訪問量的增長，系統(tǒng)的性能下降得特別的嚴(yán)重，實(shí)踐表面，導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降的原因就是發(fā)生在數(shù)據(jù)庫訪問階段，而在此階段，有一個(gè)反復(fù)執(zhí)行的動(dòng)作，那就是建立和關(guān)閉Connection對(duì)象，由于關(guān)閉操作是在所有的數(shù)據(jù)庫動(dòng)作執(zhí)行之后才進(jìn)行，它主要目的是釋放資源，而建立Connection對(duì)象的操作是在加載了數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)之后，數(shù)據(jù)庫操作之前必須完成的動(dòng)作，而且這個(gè)對(duì)象的生成過程比較耗時(shí)，如果每次操作數(shù)據(jù)庫都臨時(shí)生成一個(gè)Connection對(duì)象，那么隨著并發(fā)訪問量的增加，必然會(huì)影響系統(tǒng)的性能，所以Connection對(duì)象的生成就是影響系統(tǒng)性能的主要原因，為了解決這個(gè)瓶頸，一個(gè)普遍可行的解決方案，就是在應(yīng)用啟動(dòng)的時(shí)候，一次性生成若干個(gè)Connection對(duì)象，而不是在每次操作數(shù)據(jù)庫的時(shí)候去臨時(shí)生成，這些一次性生成的若干個(gè)Connection對(duì)象就可以常駐內(nèi)存中可以反復(fù)被使用，這樣就避免了Connection對(duì)象的創(chuàng)建過程耗時(shí)的缺陷，從而使得數(shù)據(jù)庫訪問速度得到了很大的提升，瓶頸有效的得到了緩解，這就是數(shù)據(jù)庫連接池技術(shù)的產(chǎn)生背景。

圖1顯示了數(shù)據(jù)庫連接池技術(shù)的基本原理。

當(dāng)客戶端訪問需要對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行請求，需要先建立數(shù)據(jù)庫的連接對(duì)象Connection，此時(shí)是向數(shù)據(jù)源對(duì)象(DataSource)進(jìn)行請求，而數(shù)據(jù)源對(duì)象預(yù)先一次性和數(shù)據(jù)庫(Database)建立好了若干個(gè)連接(Connection)，并將這些連接組成一個(gè)連接池(Connection Pool)，由應(yīng)用程序動(dòng)態(tài)的對(duì)連接池中的連接進(jìn)行申請，使用和釋放。當(dāng)請求的對(duì)象用完以后，不需要進(jìn)行關(guān)閉，直接返回給連接池當(dāng)中，以便其他請求可以重復(fù)使用。當(dāng)并發(fā)的請求的數(shù)量多于連接池的連接數(shù)的時(shí)候，這些請求先在排隊(duì)請求隊(duì)列當(dāng)中排隊(duì)等候，然后由應(yīng)用程序根據(jù)連接池中的使用情況，動(dòng)態(tài)的來增加連接數(shù)。

三、數(shù)據(jù)庫連接池基本功能的算法實(shí)現(xiàn)

因?yàn)檫B接池的建立已經(jīng)在它基礎(chǔ)上的操作和對(duì)集合類型的操作非常相似，因此我們可以將整個(gè)實(shí)現(xiàn)過程通過對(duì)集合類型的對(duì)象操作來進(jìn)行模擬實(shí)現(xiàn)，首先，我們要建立一個(gè)數(shù)據(jù)庫連接池類ConnectionPool,為了控制在取得連接的過程中只生成一個(gè)類的實(shí)例，應(yīng)該用單態(tài)模式(Singleton)來設(shè)計(jì)這個(gè)連接池類，通過單態(tài)模式可以節(jié)省內(nèi)存的開銷，同時(shí)也降低了Java虛擬機(jī)(JVM)進(jìn)行垃圾回收的開銷。首先需要定義一個(gè)私有的構(gòu)造方法，然后通過保留一個(gè)公開的靜態(tài)方法來取得這個(gè)類的實(shí)例，另外要有一個(gè)容器來保存生成的連接，在JAVA中，我們一般使用集合類型的對(duì)象，例如Vector，ArrayList都可以，但是考慮到多線程的安全性，我們一般使用Vector來進(jìn)行封裝，其中用到的代碼片段如下：

首先定義一個(gè)名為ConnectionPool的類，里面用到的一系列屬性和幾個(gè)主要方法如下：

private Vector pool; //Vector類型的連接池對(duì)象

private String url; //數(shù)據(jù)庫訪問的url

private String username; //數(shù)據(jù)庫訪問的用戶名

private String password; //數(shù)據(jù)庫的密碼

private String driver; //數(shù)據(jù)庫的驅(qū)動(dòng)類

private int poolSize; //連接池的大小，即連接的數(shù)量

private int initSize; //初始化連接的數(shù)量

private int poolSizeIncrement; //當(dāng)連接數(shù)不夠時(shí)的容量的增量

private static ConnectionPool instance=null; //定義一個(gè)靜態(tài)的連接池類變量

//私有構(gòu)造方法，讀取屬性文件的內(nèi)容，建立指定數(shù)量的連接池中的初始連接。

private ConnectionPool(){

//讀取初始化配置參數(shù)，我們可以將數(shù)據(jù)庫參數(shù)保存在properties的屬性文件中，或者在xml文件中加以配置，推薦使用xml方式，可以提高系統(tǒng)解耦。

… … … …

//實(shí)例化一個(gè)向量，當(dāng)作數(shù)據(jù)庫連接池對(duì)象的容器。

Vector pool=new Vector(poolSize, poolSizeIncrement);

//在連接池中創(chuàng)建指定數(shù)目的數(shù)據(jù)庫連接對(duì)象

for(int i=0;i

try{

Class.forName(driver);

Connection conn=java.sql.DriverManager.

getConnection(url,username,password);

}catch (SQLException e) {

e.printStackTrace();

}catch (ClassNotFoundException e) {

e.printStackTrace();

}

//將生成的Connection對(duì)象放入Vector中

pool.add(conn);

}

}

//靜態(tài)方法，用于初始化該連接池類的實(shí)例。

public static ConnectionPool getInstance(){

if(instance==null){

instance=new ConnectionPool();

}

return instance;

}

當(dāng)我們通過上面的方法調(diào)用這個(gè)類的私有構(gòu)造函數(shù)后，它就會(huì)根據(jù)配置文件中的參數(shù)，創(chuàng)建指定數(shù)量的數(shù)據(jù)庫連接，如果有程序需要進(jìn)行數(shù)據(jù)庫訪問，那么可以給它分配一個(gè)連接，因?yàn)樗械倪B接對(duì)象都保存在一個(gè)Vector中，對(duì)于每個(gè)需要取得連接的請求，首先就讓它取得get(0)位置上連接對(duì)象，并將它從Vector中刪除，從而保證Vector中剩下的都是可用的連接。相反，當(dāng)一個(gè)連接用完以后，就應(yīng)該釋放這個(gè)連接，并且將這個(gè)剛剛釋放的連接重新加入到連接池Vector中，其具體代碼如下：

//返回連接池中的一個(gè)數(shù)據(jù)庫連接,用戶自己來調(diào)用以取得數(shù)據(jù)庫的連接對(duì)象。

public synchronized Connection getConnection(){

if(pool.size()>0){

Connection conn=(Connection)pool.get(0);

//取得連接后，從連接池中刪除

pool.remove(conn);

return conn;

}else{

return null;

}

}

//釋放連接方法，需要用戶自己來調(diào)用這個(gè)方法。

public synchronized void closeConnection(Connection conn){

//返回到連接池中，即將這個(gè)Conncetion對(duì)象加入到Vector中最前面。

pool.add(0,conn);

}

如果最后我們的要關(guān)閉所有的連接，那么就要直接關(guān)閉數(shù)據(jù)庫連接池，那么可以通過遍歷，依次連接池對(duì)象中的每個(gè)連接，同時(shí)可以從vector對(duì)象中移除，代碼如下所示：

publicsynchronized void closePool(){

//通過遍歷的方式依次關(guān)閉Conncetion對(duì)象

for(int i=0;i

try{

((Connection)pool.get(i)).close();

}catch(SQLException e){

e.printStackTrace();

}

//從Vector中移除

pool.remove(i);

}

}

以上就是基于數(shù)據(jù)庫連接池技術(shù)的基本原理及用java代碼的算法實(shí)現(xiàn)過程，當(dāng)我們需要使用連接池技術(shù)時(shí)，首先我們通過ConnectionPool.getI

nstance()方法取得連接池實(shí)例，然后會(huì)自動(dòng)調(diào)用私有的構(gòu)造方法ConnectionPool()取得相應(yīng)數(shù)據(jù)庫連接參數(shù)，并在Vector中生成指定數(shù)目的Conncetion對(duì)象，在程序中我們就可以通過調(diào)用getConnection()方法來取得連接了，因?yàn)榇藭r(shí)的連接不是臨時(shí)生成的，而是在連接池初始化時(shí)就生成了，所以這個(gè)取得Conncetion對(duì)象的過程的效率非常高，最后我們可以調(diào)用closeConnection(Connection conn)和closePool()方法依次關(guān)閉Conncetion和連接池。測試表明，通過連接池技術(shù)的來訪問數(shù)據(jù)庫比不使用連接池技術(shù)時(shí)效率要高很多，當(dāng)數(shù)據(jù)庫訪問量大時(shí)，采用連接池技術(shù)的優(yōu)勢更加明顯。

目前可用的數(shù)據(jù)庫連接池組件也很多，例如C3PO，DBCP，PROXOOL等都是一些優(yōu)秀的連接池組件，我們只需要在程序中引入相關(guān)的類庫，然后通過相關(guān)的參數(shù)配置或者實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的接口和方法，都可以很方便地在實(shí)際的項(xiàng)目中使用它們提供的數(shù)據(jù)庫連接池技術(shù)了，另外在很多服務(wù)器中，如Tomcat，Jboss，WebLogic，WebSphere都內(nèi)置提供了對(duì)數(shù)據(jù)庫連接池的支持，例如在Tomcat中本身也帶有連接池的功能，它是通過配置數(shù)據(jù)源(DataSource)參數(shù)來實(shí)現(xiàn)的連接池功能，通過在配置文件的相應(yīng)位置加入如下代碼 ，我們只需要設(shè)置好相關(guān)參數(shù)，就完成了對(duì)數(shù)據(jù)源(DataSource)的配置，然后在程序當(dāng)中加入以下語句就可以取得數(shù)據(jù)源的連接了Context context = new InitialContext();

DataSource ds = (DataSource)context.lookup("");

con=ds.getConnection();

值得特別注意的是，有了這個(gè)連接，我們可以像平時(shí)一樣操作數(shù)據(jù)庫了，而且我們可以執(zhí)行con.close();讓連接池收回這個(gè)連接，但和普通連接不同的是，此時(shí)并沒有關(guān)閉到數(shù)據(jù)庫的物理連接，所以下次請求的時(shí)候不會(huì)重新生成新的連接，這也是使用連接池技術(shù)的好處，以上數(shù)據(jù)源的配置也是建立在連接池技術(shù)的基本原理之上的，例如，name,username,passw

Ord,driverClassName,url等參數(shù)實(shí)際上就是和數(shù)據(jù)庫訪問相關(guān)的參數(shù)，另外，maxActive代表最大連接數(shù)，maxIdle表示最大空閑數(shù)，maxWait代表最大等待數(shù)，這些額外的參數(shù)只是各個(gè)服務(wù)器廠商提供的連接池的額外屬性。

四、結(jié)束語

本文是從數(shù)據(jù)庫連接池最基本的原理著手，從最基本的層面分析了數(shù)據(jù)庫連接池技術(shù)的核心原理，并用Java語言實(shí)現(xiàn)了核心代碼，目前的數(shù)據(jù)庫連接池組件很豐富，功能也各不相同，但是其核心原理都差不多，都是在數(shù)據(jù)庫連接池技術(shù)的最基本的功能上的不斷完善與創(chuàng)新。

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作者簡介：

羅金濤，男，漢族，湖北咸寧人，碩士，研究方向：人工智能，并行計(jì)算；李躍新，男，漢族，湖北武漢人，副教授，研究方向：人工智能，并行計(jì)算。