数据库连接池

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原创 2022-10-09 22:46:19 1.3w 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

数据库连接池详解通过合理使用连接池，可以显著提升数据库访问性能并保障系统稳定性，但需结合具体业务场景调整配置。阅读详情

一、关于数据库连接池

数据库连接池负责分配、管理和释放数据库连接。它允许应用程序重复使用一个现有的数据库连接，而不是再重新建立一个；释放空闲时间超过最大空闲时间的数据库连接来避免因为没有释放而引起的连接遗漏。这项技术能明显提高对数据库操作的性能。简言之，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。

连接池基本的思想是在系统初始化的时候，将数据库连接作为对象存储在内存中，当用户需要访问数据库时，并非建立一个新的连接，而是从连接池中取出一个已建立的空闲连接对象。使用完毕后，用户也并非将连接关闭，而是将连接放回连接池中，以供下一个请求访问使用。而连接的建立、断开都由连接池自身来管理。同时，还可以通过设置连接池的参数来控制连接池中的初始连接数、连接的上下限数以及每个连接的最大使用次数、最大空闲时间等等。也可以通过其自身的管理机制来监视数据库连接的数量、使用情况等。

1️⃣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

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。

2️⃣使用连接池之后，流程是这样的：
使用连接池之后，查询流程

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。

数据库连接池是如何管理池子中的连接的呢？

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

应用关闭时，关闭池中所有连接，释放所有资源。

释放资源

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、常用参数配置及含义

maxActive
连接池支持的最大连接数。一般设置为可能的并发量，0 表示没有限制。
maxIdle
连接池中最多可空闲连接数。表示即使没有数据库连接时依然保持的空闲连接，而不被清除，随时处于待命状态。0 表示没有限制。
minIdle
连接池中最小空闲连接数。当连接数少于此值时，连接池会创建连接来补充到该值的数量
initialSize
初始化连接数目
maxWait
连接池中连接用完时，新的请求等待时间，毫秒。-1 表示无限等待，直到超时为止。取值9000，表示 9 秒后超时。超过时间会出错误信息。
removeAbandoned
是否清除已经超过“removeAbandonedTimout”设置的无效连接。如果值为“true”则超过“removeAbandonedTimout”设置的无效连接将会被清除。设置此属性可以从那些没有合适关闭连接的程序中恢复数据库的连接。
removeAbandonedTimeout
活动连接的最大空闲时间，单位为秒，超过此时间的连接会被释放到连接池中，针对未被close的活动连接。
minEvictableIdleTimeMillis
连接池中连接可空闲的时间，单位为毫秒，针对连接池中的连接对象。
timeBetweenEvictionRunsMillis/minEvictableIdleTimeMillis
每timeBetweenEvictionRunsMillis毫秒秒检查一次连接池中空闲的连接，把空闲时间超过minEvictableIdleTimeMillis毫秒的连接断开，直到连接池中的连接数到minIdle为止。

三、为什么使用连接池

资源复用
数据库连接得到复用，避免了频繁的创建、释放连接带来的性能开销，减少内存碎片。
更快的系统响应速度
数据库连接池初始化时，已经创建多个数据库连接置于池中备用。此时连接的初始化工作已经完成。对于业务请求而言，直接使用连接池中的可用连接，避免了数据库连接的创建和释放，从而缩减了系统整体响应时间。
统一的连接管理，避免数据库连接泄露
数据库连接由连接池统一管理，最后由连接池统一对连接进行析构，防止有连接没有析构析构函数(destructor)与构造函数相反，当对象结束其生命周期，如对象所在的函数已调用完毕时，系统自动执行析构函数。析构函数往往用来做“清理善后” 的工作(例如在建立对象时用new开辟了一片内存空间，delete会自动调用析构函数后释放内存)，导致资源泄露
避免多个线程同时使用一个连接
数据库连接并不是线程安全的，连接池可以防止多个线程同时使用一个连接。

四、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();
            }
        }
    }
}

五、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();
            }
        }
    }
}