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第十一章 连接池

2018-11-24  本文已影响12人  beanlam

在基本的 DataSource 实现中，客户端的 Connection 对象与物理数据库连接有着1:1的关系。当 Connection 被关闭以后，物理连接也会被关闭。因此，连接的频繁打开、初始化以及关闭，会在一个客户端会话中上演多次，带来了过重的性能消耗。
而连接池就能解决这个问题，连接池维护了一系列物理数据库连接的缓存，可以被多个客户端会话重复使用。连接池能够极大地提高性能和可扩展性，特别是在一个三层架构的环境中，大量的客户端可以共享一个数量比较小的物理数据库连接池。在图11-1中，JDBC 驱动提供了一个 ConnectionPoolDataSource 的实现，应用服务器可以用它来创建和管理连接池。

ConnectionPoolDataSource实现.png

连接池的管理策略跟具体的实现有关，也跟具体的应用服务器有关。应用服务器对客户端提供了一个 DataSource 接口的具体实现，使得连接池化对于客户端来说是透明的。最终，客户端使用 DataSource API 就能和之前使用 JNDI 一样，获得了更好的性能和可扩展性。

下文将会介绍 ConnectionPoolDataSource 接口、PooledConnection 接口以及 ConnectionEvent 类，这三个组成部分是一个相互合作的关系，下文将以一个经典线程池的实现的角度，逐步描述这几部分。这一章也会介绍基本的 DataSource 对象和池化的 DataSource 对象之间的区别，此外，还会讨论一个池化的连接如何能够维护一堆可重用的 PreparedStatement 对象。

尽管本章中的所有讨论都是假设在三层架构环境下的，但连接的池化在两层架构的环境下也同样有用。
在两层架构的环境中，JDBC 驱动既实现了 DataSource 接口，也实现 ConnectionPoolDataSource 接口，这种实现方式允许客户端打开或者关闭多个连接。

11.1 ConnectionPoolDataSource 和 PooledConnection

一般来说， 一个 JDBC 驱动会去实现 ConnectionPoolDataSource 接口，应用服务器可以使用这个接口来获得 PooledConnection 对象，以下代码展示了 getPooledConnection 方法的两种版本

public interface ConnectionPoolDataSource {
    PooledConnection getPooledConnection() throws SQLException;
    PooledConnection getPooledConnection(String user, String password) throws SQLException;
}

一个 PooledConnection 对象代表一条与数据源之间的物理连接。JDBC 驱动对于 PooledConnection 的实现，则会封装所有与维护这条连接相关的细节。
应用服务器则会在它的 DataSource 接口的实现中，缓存和重用这些 PooledConnection。当客户端调用 DataSource.getConnection 方法时，应用服务器将会使用物理 PooledConnection 去获取一个逻辑 Connection 对象。以下代码是 PooledConnection 接口的一些方法定义：

public interface PooledConnection {
    Connection getConnection() throws SQLException;
    void close() throws SQLException;
    void addConnectionEventListener(
    ConnectionEventListener listener);
    void addStatementEventListener(
    StatementEventListener listener);
    void removeConnectionEventListener(
    ConnectionEventListener listener);
    void removeStatementEventListener(
    StatementEventListener listener);
}

当客户端使用完连接以后，它使用 Connection.close 方法来关闭这条逻辑连接，这个动作只是关闭了逻辑连接，但并不会关闭物理连接。物理连接会被归还到池子里，以待重用。
在这里，连接的池化对于客户端来说完全是透明的，客户端能像使用非池化连接那样去使用池化连接。

需要注意的是，当对池化的连接调用 Connection.close() 方法时，之前通过 Connection.setClientInfo 设置的属性将会被清除掉。

11.2 连接事件

回忆先前说过的，当 Connection.close 方法被调用后，底层的物理连接 PooledConnection 就可以再次被重用。当一个 PooledConnection 可以被回收的时候，将会使用 JavaBean 风格的事件去通知连接池管理器（应用服务器）。
为了发生连接事件时能被通知到，连接池管理器必须实现 ConnectionEventListener 接口，然后 PooledConnection 会将其注册为连接事件的一个监听者。ConnectionEventListener 接口定义了两个方法，也体现出了可能发生的两种不同的事件：

连接池管理器通过调用 PooledConnection.addConnectionEventListener 方法来将自己注册为一个 PooledConnection 的监听者。一般情况下，注册的动作都发生在将连接归还到池子里之前。
JDBC 驱动负责在对应的事件发生的时候，调用回调方法，这两个方法都需要一个 ConnectionEvent 对象作为参数，通过这个对象可以判断到底是哪个 PooledConnection 被关闭了或者发生了错误。
当客户端关闭了逻辑连接的时候，JDBC 驱动会通过调用监听者所实现的 connectionClosed 方法来通知监听者，此时，监听者（连接池管理器）可以将该连接归还到池子里以便重用。当致命性错误发生时，JDBC 驱动首先会调用监听者实现的 connectionErrorOccurred 方法，然后再抛出一个 SQLException 异常。这个时候，监听者就可以通过 PooledConnection.close 方法来将物理连接关闭。

11.3 三层架构环境中的连接池化

以下步骤列出了客户端使用连接池池化时，实际上发生的事情：

即使在没有应用服务器的两层架构环境中，连接依然可以做到池化。这种情况下，JDBC 驱动需要实现 DataSource 接口和 ConnectionPoolDataSource 接口。

11.4 DataSource 实现与连接池化

抛开对性能和扩展性的提升不说，客户端使用 DataSource 接口的时候，不需要去关心它底层的实现是否池化，客户端面向的是一套统一的，无差别的使用方式。
常规的 DataSource 实现，即不实现连接池化功能的实现，一般由 JDBC 驱动实现，通常有以下两个观点被认为是正确的：

在一个实现了池化的 DataSource 实现中，情况则有些不一样，以下几个观点被认为是正确的：

这给了应用服务器一种从客户端强行拿走连接的方式，这种情形可能很少见，但是当应用服务器需要进行强制关闭时，这个特性可能会很有用

11.5 部署

进行连接池化的部署，需要提供一个客户端代码可以接触到的 DataSource 对象，并且还需要把一个 ConnectionPoolDataSource 对象注册到 JNDI 中。
第一步，部署 ConnectionPoolDataSource，如下代码所示：

// ConnectionPoolDS implements the ConnectionPoolDataSource
// interface. Create an instance and set properties.
com.acme.jdbc.ConnectionPoolDS cpds = new com.acme.jdbc.ConnectionPoolDS();
cpds.setServerName(“bookserver”);
cpds.setDatabaseName(“booklist”);
cpds.setPortNumber(9040);
cpds.setDescription(“Connection pooling for bookserver”);
// Register the ConnectionPoolDS with JNDI, using the logical name
// “jdbc/pool/bookserver_pool”
Context ctx = new InitialContext();
ctx.bind(“jdbc/pool/bookserver_pool”, cpds);

上述步骤做好以后，ConnectionPoolDataSource 对象就可以被对客户端代码可见的 DataSource 使用了，DataSource 的部署需要依赖于先前部署的 ConnectionPoolDataSource，如下代码所示：

// PooledDataSource implements the DataSource interface.
// Create an instance and set properties.
com.acme.appserver.PooledDataSource ds =
new com.acme.appserver.PooledDataSource();
ds.setDescription(“Datasource with connection pooling”);
// Reference the previously registered ConnectionPoolDataSource
ds.setDataSourceName(“jdbc/pool/bookserver_pool”);
// Register the DataSource implementation with JNDI, using the logical
// name “jdbc/bookserver”.
Context ctx = new InitialContext();
ctx.bind(“jdbc/bookserver”, ds);

到此，客户端代码就可以使用这个 DataSource 了。

11.6 池化连接的 Statement 重用

JDBC 规范对于 statement 的池化也提供了一些支持。statement 池化这个特性，能让应用层像 connection 重用一样，对 PreparedStatement 进行重用，这个特性需要以连接池化为基础。
下图展示了 PooledConnection 与 PreparedStament 之间的关系。逻辑 Connection 可以透明地使用多个 PreparedStatement 对象。

statement池化.png

上图中，连接池和 statement 池由应用服务器来实现。不过，这些功能其实也可以由驱动来实现，或者是数据源来实现。这里我们对于 statement 池化的讨论，其实是适用于以上提到的所有实现方式的。

11.6.1 使用池化 Statement

对于 statement 的重用，必须对应用透明。也就是说，从应用开发的角度，对一个 statement 的使用，不需要关心它是否是池化的实现。statement 在底层会一直保持处于打开状态，应用层的代码也不需要改变。如果应用层关闭了这个 statement，它依然需要调用 Connection.prepareStatement 方法来继续使用它。statement 的池化对于应用层来说，使用方式上是透明的，应用层唯一能感知到不同的，是它带来的明显的性能提升。
应用层需要通过调用 DatabaseMetadata 的 supportStatementPooling 方法，来判断一个数据源是否支持 statement 重用。
在很多情况下，对于 statement 的重用，是一种非常有意义的优化，尤其是负责的 prepared statement。不过，需要注意的是，大量的 statement 处于打开状态，有可能会对资源带来影响。

11.6.2 关闭池化 Statement

一旦应用层关闭了一个 statement，无论它是否是池化的，它都不能再继续被使用了，否则会导致异常抛出。
以下几个方法会关闭一个池化的 statement:

应用层无法直接关闭一个已经池化的物理 statement，这是连接池管理器做的事情。PooledConnection.close 方法关闭物理连接以及所有的关联 statement，释放掉相关的资源。
应用层也无法直接控制 statement 应该如何被池化。一个池化的 statement 总是与一个 PooledConnection 相关联的，ConnectionPoolDataSource 可以用来对池化做一些属性设置。

11.7 statement 事件

如果连接池管理器支持 statement 池化，它必须实现 StatementEventListener 接口，然后将自己注册为 PooledConnection 对象的监听者。这个接口定义了以下两个方法，用来监听有可能发生在一个 PreparedStatement 对象上的两种事件。

连接池管理器通过 PooledConnection.addStatementEventListener 方法将自己注册为监听者。一般来说，在连接池管理器返回一个 PreparedStatement 对象给应用层使用之前，它必须先把自己注册为一个监听者。
当对应的事件发生时，驱动会调用 StatementEventListener 的 statementClosed 方法和 statementErrorOccurred 方法，这两个方法都接收一个 statementEvent 对象作为参数，这个参数就可以用来判断是发生了关闭事件还是异常事件。当 JDBC 应用关闭逻辑 statement ，或者一些错误发生时，JDBC 驱动会调用相关的方法，这个时候，连接池管理器它就可以将这个 statement 放回池子以便重用，或者是抛出异常。

11.8 ConnectionPoolDataSource 属性

JDBC 的 API 定义了一系列的属性来设置与池化相关的属性：

属性名 类型 描述
maxStatements int 允许池化的最大 statement 数，0 代表不池化
initialPoolSize int 当连接池创建时需要创建的初始物理连接数
minPoolSize int 连接池最小物理连接数
maxPoolSize int 连接池最大物理连接数，0代表无限制
maxIdleTime int 连接空闲最大空闲时间，0代表无限制
propertyCycle int 属性生效时间，单位为秒

连接池的配置风格遵循 JavaBean 风格。连接池厂商如果需要增加配置属性，那这些新增的属性名不应与已有的标准属性名重复。
与 DataSource 的实现一样，ConnectionPoolDataSource 的实现也必须为每个属性增加 setter 和 getter 方法，以下代码是一个示例：

VendorConnectionPoolDS vcp = new VendorConnectionPoolDS();
vcp.setMaxStatements(25);
vcp.setInitialPoolSize(10);
vcp.setMinPoolSize(1);
vcp.setMaxPoolSize(0);
vcp.setMaxIdleTime(0);
vcp.setPropertyCycle(300);

应用服务器会根据设置的属性，来决定应该如何管理相关的池子。
ConnectionPoolDataSource 的配置属性无须被 JDBC 客户端直接访问。一些管理工具需要访问的话，建议通过反射的方式。

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