HikariCP连接池耗尽引发事务超时及熔断降级实践

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🎉 一、错误日志

[2025-10-12 14:35:12.888] ERROR 12345 --- [nio-8080-exec-5] c.e.u.s.impl.UserServiceImpl : [UserService] Failed to get user by id: 15002
org.springframework.transaction.CannotCreateTransactionException: Could not open JDBC Connection for transaction; nested exception is java.sql.SQLTransientConnectionException: HikariPool-1 - Connection is not available, request timed out after 30000ms.
at org.springframework.jdbc.datasource.DataSourceTransactionManager.doBegin(DataSourceTransactionManager.java:309) ~[spring-jdbc-5.3.23.jar:5.3.23]
at org.springframework.transaction.support.AbstractPlatformTransactionManager.getTransaction(AbstractPlatformTransactionManager.java:378) ~[spring-tx-5.3.23.jar:5.3.23]
at org.springframework.transaction.interceptor.TransactionAspectSupport.createTransactionIfNecessary(TransactionAspectSupport.java:595) ~[spring-tx-5.3.23.jar:5.3.23]
at org.springframework.transaction.interceptor.TransactionInterceptor.invoke(TransactionInterceptor.java:119) ~[spring-tx-5.3.23.jar:5.3.23]
at org.springframework.aop.framework.ReflectiveMethodInvocation.proceed(ReflectiveMethodInvocation.java:186) ~[spring-aop-5.3.23.jar:5.3.23]
at org.springframework.aop.framework.CglibAopProxy$CglibMethodInvocation.proceed(CglibAopProxy.java:753) ~[spring-aop-5.3.23.jar:5.3.23]
at org.springframework.aop.framework.CglibAopProxy$DynamicAdvisedInterceptor.intercept(CglibAopProxy.java:698) ~[spring-aop-5.3.23.jar:5.3.23]
at com.example.user.service.impl.UserServiceImpl$$EnhancerBySpringCGLIB$$1.getUserById(<generated>) ~[classes/:na]
at com.example.user.controller.UserController.getUser(UserController.java:45) ~[classes/:na]
at java.base/jdk.internal.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method) ~[na:na]
at java.base/jdk.internal.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:77) ~[na:na]
at java.base/jdk.internal.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43) ~[na:na]
at java.base/java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:568) ~[na:na]
at org.springframework.web.method.support.InvocableHandlerMethod.doInvoke(InvocableHandlerMethod.java:205) ~[spring-web-5.3.23.jar:5.3.23]
at org.springframework.web.method.support.InvocableHandlerMethod.invokeForRequest(InvocableHandlerMethod.java:150) ~[spring-web-5.3.23.jar:5.3.23]
... (更多Spring MVC调用链，此处省略)
Caused by: java.sql.SQLTransientConnectionException: HikariPool-1 - Connection is not available, request timed out after 30000ms.
at com.zaxxer.hikari.pool.HikariPool.createTimeoutException(HikariPool.java:696) ~[HikariCP-4.0.3.jar:na]
at com.zaxxer.hikari.pool.HikariPool.getConnection(HikariPool.java:197) ~[HikariCP-4.0.3.jar:na]
at com.zaxxer.hikari.pool.HikariPool.getConnection(HikariPool.java:162) ~[HikariCP-4.0.3.jar:na]
at com.zaxxer.hikari.HikariDataSource.getConnection(HikariDataSource.java:128) ~[HikariCP-4.0.3.jar:na]
at org.springframework.jdbc.datasource.DataSourceTransactionManager.doBegin(DataSourceTransactionManager.java:246) ~[spring-jdbc-5.3.23.jar:5.3.23]
... 85 common frames omitted
Caused by: java.sql SQLException: Connections could not be acquired from the underlying database!
at com.zaxxer.hikari.pool.HikariPool.getConnection(HikariPool.java:195) ~[HikariCP-4.0.3.jar:na]
... 88 common frames omitted

🎉 二、业务场景

环境：生产环境（JDK 11.0.15 + Linux 5.15.0 + Spring Boot 2.7.5 + MySQL 8.0.33）
操作：用户通过API查询ID为15002的用户信息
表现：

1. 请求响应时间从正常1秒骤增至120秒后超时
2. 系统抛出CannotCreateTransactionException
3. Hikari连接池监控显示当前连接数从120降至0
4. 数据库监控显示慢查询日志中存在SELECT * FROM users WHERE id=15002耗时3分钟

🎉 三、问题排查过程

📝 1. 初步分析

错误现象：

• 用户查询功能完全不可用（API响应码500）
• 错误频率：每5分钟发生1次（通过Prometheus监控发现）
• 第一印象：数据库连接池资源耗尽或数据库服务异常

关键字提取：

• 核心异常类：SQLTransientConnectionException（com.zaxxer.hikari.pool）
• 错误消息：Connection is not available, request timed out after 30000ms
• 异常位置：UserServiceImpl$$EnhancerBySpringCGLIB$$1.getUserById（行号未记录）
• 上下文：id=15002的查询涉及users表关联orders表（通过慢查询日志分析）

初步假设：

1. Hikari连接池配置参数不足（最大连接数120）
2. 数据库存在死锁或长事务阻塞（通过SHOW ENGINE INNODB STATUS发现存在waited 602 seconds）
3. 网络延迟导致连接超时（TCP Keepalive配置未开启）

排查方向：

1. 检查HikariCP的maximumPoolSize和connectionTimeout配置
2. 查询数据库SHOW PROCESSLIST寻找阻塞进程
3. 验证应用服务器与数据库的TCP连接状态

📝 2. 详细排查步骤

步骤1：检查HikariCP配置

• 操作：通过application.properties查看配置

hikari:
  maximumPoolSize=120
  connectionTimeout=30000
  dataBaseName=example
  url=jdbc:mysql://db.example.com:3306/example?useSSL=false&serverTimezone=UTC

• 结果：maximumPoolSize=120，但监控显示当前连接数120（已满）
• 分析：配置参数未动态扩容，无法应对突发流量

步骤2：尝试调整连接池参数

• 操作：临时修改为maximumPoolSize=200并重启服务
• 预期：连接数降至100并保持稳定
• 实际：连接数仍120（数据库自动扩容失败）
• 新发现：数据库my.cnf中max_connections=150（已达到上限）

步骤3：数据库阻塞分析

• 操作：执行SHOW PROCESSLIST

+----+------------+----------------+----------------+----------------+--------------------+-----------------+
| Id | User       | State          | Time           | Query          | Info               | Rows | Last updated | Last query |
+----+------------+----------------+----------------+----------------+--------------------+-----------------+
|  1 | app        | sleeping       | 602            | SELECT * FROM users WHERE id=15002 | NULL           | 0    | 2025-10-12 14:35:12 | 2025-10-12 14:35:12 |
+----+------------+----------------+----------------+----------------+--------------------+-----------------+

• 结论：存在602秒的睡眠状态查询，涉及users表与orders表的关联查询

步骤4：验证网络连接

• 操作：使用telnet db.example.com 3306测试TCP连接
• 结果：连接成功但响应延迟超过2秒（RTT=2500ms）
• 分析：网络延迟导致连接超时（connectionTimeout=30000未设置合理阈值）

📝 3. 尝试的解决方案

方案一：扩容连接池并优化数据库配置

• 背景依据：连接池配置不足且数据库连接数已达上限
• 操作：
  1. 修改my.cnf：max_connections=300
  2. 修改HikariCP：maximumPoolSize=200，connectionTimeout=5000
  3. 重启MySQL和Spring应用
• 结果：
  • 连接池连接数降至80（数据库仍报max_connections错误）
  • 10分钟后再次触发错误（数据库连接数上限未解决）
• 失败原因：MySQL配置修改未生效（需要重启MySQL服务）

方案二：启用连接超时重试机制

• 背景依据：网络延迟导致连接超时
• 操作：在UserServiceImpl中添加重试逻辑

public User getUserById(Long id) {
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        try {
            return repository.findById(id);
        } catch (Exception e) {
            if (i == 2) throw new RuntimeException("查询失败");
            Thread.sleep(1000);
        }
    }
}

• 结果：
  • 50%请求成功（超时后抛出RuntimeException）
  • 日志中新增org.springframework.dao.DataAccessException
• 失败原因：未处理事务回滚导致的级联异常

方案三：降级策略实现

• 背景依据：核心功能不可用需快速恢复
• 操作：
  1. 添加降级开关：@EnableHystrix + @HystrixCommand
  2. 配置熔断阈值：command timeouts < 5s
  3. 降级逻辑：返回缓存数据或固定用户信息

@HystrixCommand(failFast = true, timeoutUnit = TimeUnit.SECONDS)
public User getUserById(Long id) {
    if (isBreakdown()) {
        return User.builder().id(-1).name("服务降级中").build();
    }
    return repository.findById(id);
}

• 结果：
  • 错误率从100%降至15%
  • 系统可用性恢复至90%（通过Prometheus监控）
• 有效原因：熔断机制隔离了非核心功能

🎉 最终结论

有效解决方案：

1. 优化数据库配置：max_connections=300 + wait_timeout=600（重启MySQL生效）
2. 调整HikariCP参数：maximumPoolSize=200 + connectionTimeout=5000
3. 实现熔断降级：通过Hystrix在5秒内未获取连接时返回降级信息
4. 添加慢查询日志分析：针对id=15002的查询优化索引（添加index idx_user_id orders_id）

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