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

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🎉 一、错误日志

[2023-11-15 14:22:33.442] ERROR [kubernetes-pod-abc123] [com.example.app.service.DatabaseService] [DatabaseService] Failed to connect to database: Connection timed out
    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.HikariDataSource.getConnection(HikariDataSource.java:128)
        at org.springframework.jdbc.datasource.DataSourceTransactionManager.doBegin(DataSourceTransactionManager.java:246)
        at org.springframework.transaction.support.AbstractPlatformTransactionManager.getTransaction(AbstractPlatformTransactionManager.java:378)
        at org.springframework.transaction.interceptor.TransactionAspectSupport.createTransactionIfNecessary(TransactionAspectSupport.java:595)
        ... (15 common frames omitted)

    Caused by: java.sql.SQLException: No available connections in pool
        at com.zaxxer.hikari.pool.HikariPool.getConnection(HikariPool.java:195)
        at com.zaxxer.hikari.HikariDataSource.getConnection(HikariDataSource.java:128)
        ... (10 common frames omitted)

    Application Environment:
        JDK: 17.0.8 (OpenJDK)
        OS: Linux 5.15.0-1011-amd64
        Kubernetes: 1.27.3
        Database: PostgreSQL 14.5
        Config:
            hikariCP.maxPoolSize=20
            hikariCP连接超时时间=30000ms
            database.url=jdbc:postgresql://db-service:5432/appdb
            database.username=appuser
            database.password=apppass

    Business Context:
        During deployment of microservices, 3 pods (microservice-a, microservice-b, microservice-c) were scheduled on nodes with database-service pod
        Affinity: anti-affinity: pod.affinity term: key=appdb, operator=Exists, topologyKey=kubernetes.io/hostname
        Error occurred when microservice-a tried to query user data
        5 out of 10 concurrent requests failed with timeout
        Database monitoring showed 95% connection saturation during the incident

🎉 二、业务场景

在Kubernetes集群中部署微服务架构时，通过反亲和性策略确保数据库服务与业务Pod不同节点运行。当3个业务Pod同时启动时，出现数据库连接超时错误，导致核心业务功能不可用。

🎉 三、问题排查过程

📝 1. 初步分析

观察到的错误现象：

• 微服务Pod频繁报错"Connection timed out"
• 错误发生频率：每5分钟出现3次集群级故障
• 可见现象：Prometheus监控显示数据库响应时间从200ms突增至5000ms
• 直观印象：疑似数据库连接池耗尽但未发现明显扩容日志

错误日志关键字提取：

• 关键错误类：SQLTransientConnectionException
• 错误消息：No available connections in pool
• 异常发生位置：HikariPool.getConnection()
• 相关上下文：microservice-a尝试访问appdb数据库

初步假设：

1. 反亲和性策略导致Pod分布异常
2. HikariCP连接池配置不当
3. PostgreSQL数据库资源不足

排查方向：

1. 验证Pod反亲和性生效情况
2. 调查数据库连接池参数
3. 监控数据库资源使用情况

📝 2. 详细排查步骤

[步骤1] 检查反亲和性策略

• 操作内容：执行kubectl describe pod microservice-a查看调度策略
• 检查结果：

  affinity:
    podAntiAffinity:
      requiredDuringSchedulingIgnoredDuringExecution:
      - labelSelector:
          matchLabels:
            app: appdb
        topologyKey: kubernetes.io/hostname
  

• 分析判断：策略正确限制业务Pod与数据库Pod同节点

[步骤2] 调查数据库连接池

• 操作内容：修改application.properties临时调整参数

  hikariCP.maxPoolSize=50
  hikariCP空闲超时时间=60000ms
  

• 预期结果：连接池容量增加缓解压力
• 实际结果：错误率下降但未完全解决（错误率从50%降至30%）

[步骤3] 查阅PostgreSQL文档

• 关键发现：PostgreSQL 14.5默认连接数限制为100
• 对比分析：当前连接池最大值20远低于数据库上限

[步骤4] 执行压力测试

• 测试方法：使用pgbench -c 100 -s 100 -t 300模拟100并发连接
• 测试数据：基准测试显示连接数稳定在90左右
• 测试结果：连接池扩容后仍出现连接耗尽

[步骤5] 重新分析日志

• 新发现：数据库错误日志显示Maximum allowed connections reached
• 关联分析：连接池参数与数据库硬限制冲突

📝 3. 尝试的解决方案

方案一：调整HikariCP参数

• 提出背景：根据错误日志推测连接池容量不足
• 来源：官方文档建议连接数应接近数据库最大值
• 操作步骤：
  1. 将maxPoolSize改为100
  2. 设置minimumIdle=50
  3. 启用连接泄漏检测
• 执行结果：错误率降至5%但数据库出现Connection limit exceeded警告

方案二：优化反亲和性策略

• 提出背景：策略可能过度限制Pod分布
• 来源：Kubernetes调度策略最佳实践
• 操作步骤：
  1. 修改拓扑键为kubernetes.io/region
  2. 增加允许跨区域部署的例外规则
  3. 配置weight=100提高策略优先级
• 执行结果：Pod分布更均衡但未解决连接问题

方案三：实施数据库级扩容

• 提出背景：PostgreSQL硬连接限制无法通过应用层解决
• 来源：PostgreSQL官方支持文档
• 操作步骤：
  1. 修改max_connections参数至150
  2. 重启数据库服务
  3. 增加数据库实例副本数
• 执行结果：错误完全消除，连接数稳定在120-130之间

方案四：网络策略优化

• 提出背景：反亲和性可能引发网络延迟
• 来源：Kubernetes网络策略指南
• 操作步骤：
  1. 创建服务网络策略
  2. 配置允许跨节点通信的Ingress规则
  3. 启用Service mesh（Istio）
• 执行结果：连接超时减少但引入新延迟问题

🎉 最终解决方案

有效方案：方案三（数据库级扩容）

• 实施步骤：
  1. 修改postgresql.conf：

     max_connections = 150
     max_prepared_transactions = 100
     

  2. 执行pg_ctl reload -D /var/lib/postgresql/data
  3. 增加Replica实例并调整负载均衡策略
• 验证结果：
  • 连接池饱和度从95%降至35%
  • 平均响应时间恢复至200ms
  • 集群故障率降至0.1%以下
• 持续监控：
  • 每日检查连接数使用情况
  • 配置自动扩容脚本（当连接数>120时触发）

（注：完整排查过程包含32个中间方案尝试记录，此处仅展示关键节点）

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