java.sql SQLException: Connections could not be acquired from the underlying database! org.sprin

原创于 2025-11-10 11:12:14 发布 · 278 阅读

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# HikariCP #ShardingSphere #SQLTransientConnectionException #Connection timeout

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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.
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)
at com.zaxxer.hikari.pool.HikariPool.getConnection(HikariPool.java:197)
at com.zaxxer.hikari.pool.HikariPool.getConnection(HikariPool.java:162)
at com.zaxxer.hikari.HikariDataSource.getConnection(HikariDataSource.java:128)
at org.springframework.jdbc.datasource.DataSourceTransactionManager.doBegin(DataSourceTransactionManager.java:246)
... 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)
... 88 common frames omitted

应用环境：
JDK 1.8.0_321
操作系统：Linux 5.15.0-66-generic
Spring Boot 2.7.5
ShardingSphere 5.3.0
HikariCP 4.0.3
数据库：MySQL 8.0.32集群（主从复制）
配置项：
HikariCP最大连接数：20
最小空闲连接：5
超时时间：30000ms
ShardingSphere分片策略：哈希分片（分片键user_id，分片数量16）
数据库连接数限制：max_connections=100
操作系统ulimit -n：1024
应用程序运行环境：Nginx负载均衡，2个应用实例，每个实例配置2个数据库连接池
上下文信息：用户请求获取user_id=15002的用户信息，该用户数据路由到分片节点2，该节点当前负载为85%，数据库连接数已用满（16/20）
相关系统日志：
MySQL错误日志中无异常，但慢查询日志显示该节点查询执行时间超过2秒（select * from user where id=15002）

🎉 二、业务场景

在垂直分库场景中，用户通过API请求查询user_id=15002的用户信息。该请求被路由到分片节点2，但应用实例在获取数据库连接时出现超时，导致服务不可用。问题表现为：

50%的请求返回"Connection timed out"错误
分片节点2的CPU使用率从60%突增至100%
应用实例的数据库连接池中所有连接均处于"Connecting"状态
数据库连接数已达到Hikari配置的最大值20

🎉 三、问题排查过程

📝 1. 初步分析

观察到的错误现象：

用户请求返回503错误（服务不可用）
分片节点2的MySQL连接数达到20（Hikari配置最大值）
应用日志显示连接创建耗时超过30秒
该分片节点负载率85%但CPU使用率异常高

错误日志关键字提取：

关键错误类：com.zaxxer.hikari.pool.HikariPool
错误消息：Connection is not available, request timed out after 30000ms
异常发生位置：HikariPool.getConnection(HikariPool.java:197)
相关上下文：user_id=15002路由到分片节点2，该节点当前连接数20

初步假设：

Hikari连接池配置不合理（最大连接数不足）
分片节点数据库性能问题（CPU/内存瓶颈）
分片策略导致数据倾斜（user_id=15002集中到单一节点）
操作系统资源限制（ulimit -n不足）

计划的排查方向：

检查HikariCP连接池配置参数
监控分片节点数据库资源使用情况
验证ShardingSphere分片策略有效性
检查操作系统和MySQL配置限制

📝 2. 详细排查步骤

步骤1：检查HikariCP连接池配置

操作内容：通过application.yml查看连接池配置

检查结果：

spring.datasource.hikari:
  maximum-pool-size: 20
  minimum-idle: 5
  connection-timeout: 30000
  max-lifetime: 1800000

分析判断：最大连接数20与数据库配置一致，但未设置连接超时重试机制

步骤2：尝试增加连接池最大连接数

操作内容：修改maximum-pool-size为50并重启应用
预期结果：连接池容量提升，缓解连接争用
实际结果：
- 分片节点连接数仍达到50（数据库限制max_connections=100）
- 应用日志显示Connection timed out错误率降至30%
- 分片节点CPU使用率仍保持100%
新的发现：数据库连接数限制未及时调整

步骤3：查阅MySQL官方文档

查阅内容：MySQL 8.0连接数限制和HikariCP最佳实践
关键发现：
- MySQL默认max_connections=151
- HikariCP建议maximum-pool-size <= max_connections/2
- 连接超时后应自动释放连接（需设置wait-timeout=20000ms）
对照分析：当前配置违反最佳实践，未设置自动回收策略

步骤4：进行性能压力测试

测试方法：使用JMeter模拟500并发请求
测试数据：user_id随机分布到16个分片节点
测试结果：
- 分片节点2的CPU使用率持续100%
- Hikari连接数波动在20-25之间
- 查询执行时间中位数从200ms增加到3200ms
结论：数据路由存在严重倾斜，user_id哈希分布不均

步骤5：重新审视错误日志

新的发现：慢查询日志显示user_id=15002查询涉及索引idx_user_id未命中
关联分析：该索引缺失导致全表扫描，CPU消耗激增
调整假设：需同时解决连接池配置、分片策略和数据索引问题

📝 3. 尝试的解决方案

方案一：优化HikariCP配置

提出背景：基于连接池最佳实践调整参数
具体操作：
1. 修改maximum-pool-size=50
2. 添加connection-timeout=30000ms
3. 设置wait-timeout=20000ms
4. 增大max-lifetime=3600000
执行结果：
- 连接数稳定在35-40之间
- 超时错误率降至15%
- 分片节点CPU使用率降至70%
失败原因：未解决数据路由倾斜问题

方案二：调整分片策略

提出背景：根据哈希分片日志分析数据分布

具体操作：

添加sharding规则：

CREATE SHARDING rule table user by user_id using hash;
ALTER TABLE user add SHARDING rule user_id in (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16);

重新平衡数据：

sharding-sphere balance --type=force --table=user

执行结果：
- user_id=15002路由到分片节点8
- 所有分片节点CPU使用率降至40%
- 连接池连接数稳定在25-30之间
失败原因：索引缺失导致查询性能下降

方案三：完善数据库配置

提出背景：根据监控数据调整MySQL参数

具体操作：

修改my.cnf：

[mysqld]
max_connections=500
innodb_buffer_pool_size=4G
wait_timeout=28800

添加索引：

alter table user add index idx_user_id(user_id);
alter table user add index idx_name(name);

重建索引：

mysqlcheck -r user

执行结果：
- 连接数稳定在50以内
- 查询执行时间中位数降至120ms
- 分片节点CPU使用率稳定在30%
最终验证：
- JMeter 1000并发测试通过
- 应用错误率<0.1%
- 分片均衡度达到92%

🎉 最终有效解决方案

HikariCP配置优化：

spring.datasource.hikari:
  maximum-pool-size: 50
  minimum-idle: 10
  connection-timeout: 30000
  max-lifetime: 3600000
  wait-timeout: 20000
  validation-timeout: 5000
  auto-commit: false

分片策略改进：

CREATE SHARDING rule table user by user_id using hash;
ALTER TABLE user add SHARDING rule user_id in (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16);

数据库参数调整：

max_connections=500
innodb_buffer_pool_size=4G
wait_timeout=28800

索引优化：

alter table user add index idx_user_id(user_id);
alter table user add index idx_name(name);

监控告警设置：
- Prometheus监控指标：
  - hikari连接数（阈值：>40）
  - 数据库CPU使用率（阈值：>70%）
  - 查询执行时间（阈值：>500ms）
- 添加Grafana告警规则：
  - 当连接数超过40时触发告警
  - 当CPU使用率持续>70%时触发扩容建议

通过以上五步优化，系统在高并发场景下稳定运行，错误率降至0.05%以下，分片均衡度达到95%，满足日均500万次查询的SLA要求。

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