Java数据库连接池

2019-04-29 本文已影响57人 Djbfifjd

一、关于数据库连接池

一个普通的java程序，要查询数据库的数据，基本流程是这样的：

查询数据基本流程.jpg

可以看到，进行一次查询，要进行很多次网络交互，这样的缺点是：

网络IO多；
响应时间长，导致QPS降低；
频繁创建连接和关闭连接，浪费数据库资源，影响服务器性能。

什么是数据库连接池？
顾名思义，就是一个池子，里面放着数据库连接，应用服务需要的时候就去池子里面拿，用完之后归还给池子。数据库连接池负责分配、管理、释放数据库连接，它允许应用服务重复使用数据库连接，而非重新建立。

使用连接池之后，流程是这样的：

使用连接池之后，查询流程.jpg

数据库的连接创建和关闭连接均由连接池来实现。这样做的优点有：

减少网络开销；
提升数据库性能；

那数据库连接池是如何管理池子中的数据库连接的呢？

应用启动时，根据配置的最小连接数，在连接池将创建此数目的数据库连接放到池中。
应用访问时，首先查看连接池中是否有空闲连接，如果存在空闲连接，则将连接分配给客户使用；如果没有空闲连接，则查看当前所开的连接数是否已经达到最大连接数，如果没达到就重新创建一个连接给请求的客户；如果达到就按设定的最大等待时间进行等待，如果超出最大等待时间，则抛出异常给客户。当客户释放数据库连接时，先判断该连接的引用次数是否超过了规定值，如果超过就从连接池中删除该连接，否则保留等待再次使用。

流程图.jpg

应用关闭时，关闭池中所有连接，释放所有资源。

释放资源.jpg

此过程会涉及的配置：最小连接数，最大连接数，最长等待时间，均配置在应用服务配置文件中。

二、DataSource的实现

现在很多WEB服务器(Weblogic, WebSphere, Tomcat)都提供了DataSoruce的实现，即连接池的实现。通常我们把DataSource的实现，按其英文含义称之为数据源，数据源中都包含了数据库连接池的实现。也有一些开源组织提供了数据源的独立实现：

DBCP 数据库连接池
C3P0 数据库连接池

在使用了数据库连接池之后，在项目的实际开发中就不需要编写连接数据库的代码了，直接从数据源获得数据库的连接。

DBCP数据源

DBCP 是 Apache 软件基金组织下的开源连接池实现，要使用DBCP数据源，需要应用程序应在系统中增加如下两个 jar 文件：

Commons-dbcp.jar：连接池的实现
Commons-pool.jar：连接池实现的依赖库

Tomcat 的连接池正是采用该连接池来实现的。该数据库连接池既可以与应用服务器整合使用，也可由应用程序独立使用。

在应用程序中加入dbcp连接池

导入相关jar包commons-dbcp-1.2.2.jar、commons-pool.jar
在类目录下加入dbcp的配置文件：dbcpconfig.properties

dbcpconfig.properties的配置信息如下：

#连接设置
driverClassName=com.mysql.jdbc.Driver
url=jdbc:mysql://localhost:3306/jdbcstudy
username=root
password=XDP

#<!-- 初始化连接 -->
initialSize=10

#最大连接数量
maxActive=50

#<!-- 最大空闲连接 -->
maxIdle=20

#<!-- 最小空闲连接 -->
minIdle=5

#<!-- 超时等待时间以毫秒为单位 6000毫秒/1000等于60秒 -->
maxWait=60000

#JDBC驱动建立连接时附带的连接属性属性的格式必须为这样：[属性名=property;] 
#注意："user" 与 "password" 两个属性会被明确地传递，因此这里不需要包含他们。
connectionProperties=useUnicode=true;characterEncoding=UTF8

#指定由连接池所创建的连接的自动提交（auto-commit）状态。
defaultAutoCommit=true

#driver default 指定由连接池所创建的连接的只读（read-only）状态。
#如果没有设置该值，则“setReadOnly”方法将不被调用。（某些驱动并不支持只读模式，如：Informix）
defaultReadOnly=

#driver default 指定由连接池所创建的连接的事务级别（TransactionIsolation）。
#可用值为下列之一：（详情可见javadoc。）NONE,READ_UNCOMMITTED, READ_COMMITTED, REPEATABLE_READ, SERIALIZABLE
defaultTransactionIsolation=READ_UNCOMMITTED

在获取数据库连接的工具类的静态代码块中创建池

//数据库连接工具类
public class JdbcDBCP {
    /**
     * 在java中，编写数据库连接池需实现java.sql.DataSource接口，每一种数据库连接池都是DataSource接口的实现
     * DBCP连接池就是java.sql.DataSource接口的一个具体实现
     */
    private static DataSource ds = null;
    //在静态代码块中创建数据库连接池
    static{
        try{
            //加载dbcpconfig.properties配置文件
            InputStream in = JdbcDBCP.class.getClassLoader().getResourceAsStream("dbcpconfig.properties");
            Properties prop = new Properties();
            prop.load(in);
            //创建数据源
            ds = BasicDataSourceFactory.createDataSource(prop);
        }catch (Exception e) {
            throw new ExceptionInInitializerError(e);
        }
    }
    
   //从数据源中获取数据库连接
    public static Connection getConnection() throws SQLException{
        //从数据源中获取数据库连接
        return ds.getConnection();
    }
    
 /**
   * 释放资源，释放的资源包括Connection数据库连接对象，负责执行SQL命 
   *令的Statement对象，存储查询结果的ResultSet对象
   */
    public static void release(Connection conn,Statement st,ResultSet rs){
        if(rs!=null){
            try{
                //关闭存储查询结果的ResultSet对象
                rs.close();
            }catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            rs = null;
        }
        if(st!=null){
            try{
                //关闭负责执行SQL命令的Statement对象
                st.close();
            }catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        
        if(conn!=null){
            try{
                //将Connection连接对象还给数据库连接池
                conn.close();
            }catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

三、配置Tomcat数据源

在实际开发中，我们有时候还会使用服务器提供给我们的数据库连接池，比如我们希望Tomcat服务器在启动的时候可以帮我们创建一个数据库连接池，那么在应用程序中就不需要手动去创建数据库连接池，直接使用Tomcat服务器创建好的数据库连接池即可。要想让Tomcat服务器在启动的时候创建一个数据库连接池，那么需要简单配置一下Tomcat服务器。

JNDI技术简介

JNDI(Java Naming and Directory Interface)，Java命名和目录接口，它对应于J2SE中的javax.naming包。这套API的主要作用在于：它可以把Java对象放在一个容器中（JNDI容器），并为容器中的java对象取一个名称，以后程序想获得Java对象，只需通过名称检索即可。其核心API为Context，它代表JNDI容器，其lookup方法为检索容器中对应名称的对象。

Tomcat服务器创建的数据源是以JNDI资源的形式发布的，所以说在Tomat服务器中配置一个数据源实际上就是在配置一个JNDI资源，通过查看Tomcat文档，我们知道使用如下的方式配置tomcat服务器的数据源：

<Context>
  <Resource name="jdbc/datasource" auth="Container"
            type="javax.sql.DataSource" username="root" password="XDP"
            driverClassName="com.mysql.jdbc.Driver" 
            url="jdbc:mysql://localhost:3306/jdbcstudy"
            maxActive="8" maxIdle="4"/>
</Context>

服务器创建好数据源之后，我们的应用程序又该怎么样得到这个数据源呢？Tomcat服务器创建好数据源之后是以JNDI的形式绑定到一个JNDI容器中的，可以把JNDI想象成一个大大的容器，我们可以往这个容器中存放一些对象、一些资源，JNDI容器中存放的对象和资源都会有一个独一无二的名称。应用程序想从JNDI容器中获取资源时，只需要告诉JNDI容器要获取的资源的名称，JNDI根据名称去找到对应的资源后返回给应用程序。我们平时做javaEE开发时，服务器会为我们的应用程序创建很多资源，比如request对象，response对象，服务器创建的这些资源有两种方式提供给我们的应用程序使用：

第一种是通过方法参数的形式传递进来，比如我们在Servlet中写的doPost和doGet方法中使用到的request对象和response对象就是服务器以参数的形式传递给我们的。
第二种就是JNDI的方式，服务器把创建好的资源绑定到JNDI容器中去，应用程序想要使用资源时，就直接从JNDI容器中获取相应的资源即可。

对于上面的name="jdbc/datasource"数据源资源，在应用程序中可以用如下的代码去获取：

Context initCtx = new InitialContext();
Context envCtx = (Context) initCtx.lookup("java:comp/env");
dataSource = (DataSource)envCtx.lookup("jdbc/datasource");

此种配置下，数据库的驱动jar文件需放置在tomcat的lib下。

配置Tomcat数据源

在Web项目的WebRoot目录下的META-INF目录创建一个context.xml文件
在context.xml文件配置tomcat服务器的数据源

<Context>
   <Resource 
       name="jdbc/datasource" 
       auth="Container"
       type="javax.sql.DataSource" 
       username="root" 
       password="XDP"
       driverClassName="com.mysql.jdbc.Driver" 
       url="jdbc:mysql://localhost:3306/jdbcstudy"
       maxActive="8" 
       maxIdle="4"/>
</Context>

将数据库的驱动jar文件需放置在tomcat的lib下
在获取数据库连接的工具类的静态代码块中获取JNDI容器中的数据源

//数据库连接工具类
public class JdbcJNDI {
    
    private static DataSource ds = null;
    //在静态代码块中创建数据库连接池
    static{
        try{
             //初始化JNDI
            Context initCtx = new InitialContext();
             //得到JNDI容器
            Context envCtx = (Context) initCtx.lookup("java:comp/env");
             //从JNDI容器中检索name为jdbc/datasource的数据源
            ds = (DataSource)envCtx.lookup("jdbc/datasource");
        }catch (Exception e) {
            throw new ExceptionInInitializerError(e);
        }
    }
    
    //从数据源中获取数据库连接
    public static Connection getConnection() throws SQLException{
        //从数据源中获取数据库连接
        return ds.getConnection();
    }
    
    /**
    *  释放资源，
    * 释放的资源包括Connection数据库连接对象，负责执行SQL命令的Statement对象，存储查询结果的ResultSet对象
    */ 
    public static void release(Connection conn,Statement st,ResultSet rs){
        if(rs!=null){
            try{
                //关闭存储查询结果的ResultSet对象
                rs.close();
            }catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
            rs = null;
        }
        if(st!=null){
            try{
                //关闭负责执行SQL命令的Statement对象
                st.close();
            }catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        
        if(conn!=null){
            try{
                //将Connection连接对象还给数据库连接池
                conn.close();
            }catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

四、Java常见数据库连接池性能比较

目前，流行的Java数据库连接池有HikariCP，druid，tomcat-jdbc，dbcp，c3p0。性能从高到低顺序排列（单从性能角度看）。下图是HikariCP官网给出的性能对比：

性能对比.jpg

HikariCP是目前最快的Java数据库连接池，spring boot 2.x已经使用HikariCP作为默认的数据库连接池，足见其优秀。

五、HikariCP的优越性

HikariCP为什么这么快呢?

优化并精简字节码：使用Java字节码修改类库Javassist来生成委托实现动态代理，JDK Proxy生成的字节码更少。
使用更好的并发集合类ConcurrentBag。
使用FastList替代ArrayList。