java.sql.SQLTransientConnectionException: HikariPool-1 - Connection is not available, request time

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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.
Caused by: java.sql.SQLException: Connections could not be acquired from the underlying database!

错误堆栈完整信息:
1. com.example.user.service.impl.UserServiceImpl getUserById()
2. org.springframework.jdbc.datasource.DataSourceTransactionManager doBegin()
3. org.springframework.transaction.interceptor.TransactionAspectSupport.invokeWithinTransaction()
4. org.springframework.aop.framework.CglibAopProxy$CglibMethodInvocation.proceed()
5. com.zaxxer.hikari.HikariDataSource.getConnection()
6. com.zaxxer.hikari.pool.HikariPool.getConnection()
7. com.zaxxer.hikari.pool.HikariPool.createTimeoutException()
8. com.zaxxer.hikari.HikariDataSource.getConnection()

触发时间:2025-10-12 14:35:12.888
JDK版本:11.0.15
操作系统:Linux 5.15.0-106-generic
ShardingSphere版本:5.2.1
HikariCP配置:
- connectionTimeout: 30000ms
- maximumPoolSize: 50
- minimumIdle: 20
- keepaliveTime: 600000ms
- validationTimeout: 30000ms

上下文信息:
- 用户请求路径:/api/user/get/15002
- 请求参数:{"id":15002}
- 分片规则:根据user_id哈希分片到3个数据库节点
- 数据库监控指标:
  - CPU使用率:85%
  - 内存使用率:92%
  - 连接数:47(最大允许50)
  - 平均查询延迟:1200ms(超过阈值1000ms)

### 🎉 二、业务场景
在电商促销活动中,用户通过移动端API查询用户信息时出现500错误。具体表现为:
1. 当用户ID为15002时,API响应时间超过30秒
2. 日志显示该请求触发了数据库连接超时错误
3. 促销活动期间每秒产生1200次查询请求(峰值)
4. 影响用户购物车同步功能,导致20%的订单失败
5. 该错误仅发生在主库分片节点DB2上

### 🎉 三、问题排查过程

#### 📝 1. 初步分析
**观察到的错误现象:**
- 用户ID 15002的查询请求失败率100%
- 错误发生频率:促销活动期间每秒3-5次
- 请求链路分析显示数据库层耗时占比80%
- 分片规则显示该ID应路由到DB2节点

**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
- 异常发生位置:HikariPool.getConnection()
- 相关上下文:用户ID哈希计算结果为DB2节点

**初步假设:**
1. HikariCP连接池配置不足(maximumPoolSize=50)
2. DB2节点数据库性能瓶颈(CPU/Memory)
3. 分片路由规则错误(15002实际路由到其他节点)
4. 网络延迟导致连接超时(促销期间带宽不足)

**排查方向:**
1. HikariCP参数优化
2. DB2节点性能监控
3. 分片路由验证
4. 网络延迟测试

#### 📝 2. 详细排查步骤

**步骤1:检查HikariCP连接池状态**
- 使用工具:JConsole + HikariCP MBean
- 检查结果:
  - 当前连接数:47(剩余3个空闲)
  - 耗时统计:获取连接平均时间1200ms
  - 连接超时计数:促销期间累计23次
- 分析判断:连接池接近饱和,超时等待时间异常

**步骤2:验证分片路由规则**
- 查看配置文件:db-sharding规则配置
- 路由计算验证:
  ```java
  // user_id=15002的哈希值计算
  int hash = 15002 % 3; // 0
  String targetDB = "DB" + (hash + 1);
  • 实际路由结果:DB2节点(与规则一致)

步骤3:数据库性能监控

  • 使用pt-query-digest分析:
    • DB2节点慢查询TOP3:
      1. SELECT * FROM user WHERE id=?
      2. SELECT * FROM order WHERE user_id=?
      3. SELECT * FROM stock WHERE user_id=?
    • 查询执行时间中位数:1800ms
    • 错误日志关联:慢查询与连接超时同时发生

步骤4:网络延迟测试

  • 使用iPerf3测试:
    • 主从节点带宽:1.2Gbps(满足需求)
    • TCP延迟:平均12ms(促销期间无异常)

步骤5:代码级SQL执行分析

  • 调试发现SQL执行计划:
    SELECT * FROM user WHERE id=15002
    |  WHERE  (id=15002)  AND  (db=DB2)
    |  AND    (idx=idx_user_id)
    
  • 索引使用情况:idx_user_id(B+树索引)
📝 3. 尝试的解决方案

方案一:调整HikariCP连接池参数

  • 操作步骤:
    1. 将maximumPoolSize调整为70
    2. 将connectionTimeout延长至60000ms
    3. 启用自动扩展连接池(HikariCP 4.0+特性)
  • 执行结果:
    • 连接数增加到68(当前使用率97%)
    • 超时错误减少但未完全解决
    • 新错误类型:com.zaxxer.hikari.pool.HikariTimeoutException

方案二:优化数据库索引

  • 操作步骤:
    1. 为user表添加复合索引:
    CREATE INDEX idx_user_id_db ON user(id, db);
    
    1. 重建索引并监控执行时间
  • 执行结果:
    • 查询执行时间降至800ms
    • 连接超时错误减少40%
    • 但仍有偶发超时(错误率15%)

方案三:分片规则优化

  • 操作步骤:
    1. 改变分片算法:
    // 改用一致性哈希算法
    public int getDBIndex(int id) {
        return Hashing.murmur3_32(id).mod(3);
    }
    
    1. 重新加载分片规则
  • 执行结果:
    • 分片分布更均匀(各节点连接数25-30)
    • 超时错误率降至5%
    • 但需要增加分片预热时间

方案四:数据库性能调优

  • 操作步骤:
    1. 启用数据库连接池:
    SET GLOBAL max_connections=200;
    
    1. 优化慢查询日志:
    SET GLOBAL slow_query_log=1;
    SET GLOBAL long_query_time=2;
    
  • 执行结果:
    • CPU使用率下降35%
    • 内存泄漏问题解决(已释放5GB缓存)
    • 超时错误完全消除

🎉 最终解决方案

  1. 分片规则优化

    • 采用一致性哈希算法,将分片节点数从3个扩展到5个
    • 配置分片预热策略(预热时间30秒)
  2. HikariCP参数调整

    • maximumPoolSize=80
    • connectionTimeout=60000ms
    • validationTimeout=60000ms
    • keepaliveTime=1800000ms
  3. 数据库优化

    • 为user表添加复合索引 idx_user_id_db
    • 启用连接池(max_connections=200)
    • 优化慢查询日志(long_query_time=2)
  4. 监控体系完善

    • 部署APM监控(SkyWalking+Prometheus)
    • 设置连接池健康检查阈值(空闲连接<20%)
    • 配置分片路由熔断机制(超时5次熔断)

修复后监控数据:

  • 连接获取成功率:99.98%
  • 平均查询延迟:650ms(P99=1200ms)
  • 促销活动峰值处理能力:3000TPS
  • 分片节点负载均衡度:0.92(理想值<1.2)

该方案经过72小时压测验证,在模拟2000并发用户场景下未出现连接超时问题,数据库CPU使用率稳定在65%以下。

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