TinyWebServer项目笔记 ——11 数据库连接池

目录

1.基础知识

        什么是数据库连接池

        数据库访问的一般流程是什么

        为什么要创建连接池

整体概述  

本文内容

        单例模式创建

        连接池代码实现

        初始化

        获取与释放连接

        销毁连接池

        RAII机制释放数据库连接

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基础知识

        什么是数据库连接池

        池是一组资源的集合，这组资源在服务器启动之初就被完全创建好并初始化。通俗来说，池是资源的容器，本质上是对资源的复用。

        顾名思义，连接池中的资源为一组数据库连接，由程序动态地对池中的连接进行使用，释放。

        当系统开始处理客户请求的时候，如果它需要相关的资源，可以直接从池中获取，无需动态分配；当服务器处理完一个客户连接后,可以把相关的资源放回池中，无需执行系统调用释放资源。

        数据库访问的一般流程是什么

        当系统需要访问数据库时，先系统创建数据库连接，完成数据库操作，然后系统断开数据库连接。

        为什么要创建连接池

        从一般流程中可以看出，若系统需要频繁访问数据库，则需要频繁创建和断开数据库连接，而创建数据库连接是一个很耗时的操作，也容易对数据库造成安全隐患。

        在程序初始化的时候，集中创建多个数据库连接，并把他们集中管理，供程序使用，可以保证较快的数据库读写速度，更加安全可靠。

整体概述  

        池可以看做资源的容器，所以多种实现方法，比如数组、链表、队列等。这里，使用单例模式和链表创建数据库连接池，实现对数据库连接资源的复用。

        项目中的数据库模块分为两部分，其一是数据库连接池的定义，其二是利用连接池完成登录和注册的校验功能。具体的，工作线程从数据库连接池取得一个连接，访问数据库中的数据，访问完毕后将连接交还连接池。

本文内容

本篇将介绍数据库连接池的定义，具体的涉及到单例模式创建、连接池代码实现、RAII机制释放数据库连接。

        单例模式创建，结合代码描述连接池的单例实现。

        连接池代码实现，结合代码对连接池的外部访问接口进行详解。

        RAII机制释放数据库连接，描述连接释放的封装逻辑。

        单例模式创建

        使用局部静态变量懒汉模式创建连接池。

 1 class connection_pool
 2 {
 3 public:
 4    //局部静态变量单例模式
 5    static connection_pool *GetInstance();
 6
 7 private:
 8    connection_pool();
 9    ~connection_pool();
10 }
11
12 connection_pool *connection_pool::GetInstance()
13 {
14    static connection_pool connPool;
15    return &connPool;
16 }

        连接池代码实现

        连接池的定义中注释比较详细，这里仅对其实现进行解析。

        连接池的功能主要有：初始化，获取连接、释放连接，销毁连接池。

        初始化

        值得注意的是，销毁连接池没有直接被外部调用，而是通过RAII机制来完成自动释放；使用信号量实现多线程争夺连接的同步机制，这里将信号量初始化为数据库的连接总数。

connection_pool::connection_pool():m_CurConn(0),m_FreeConn(0) {}

connection_pool *connection_pool::GetInstance()   
{
	static connection_pool connPool;
	return &connPool;
}

//构造初始化
void connection_pool::init(string url, string User, string PassWord, string DBName, int Port, int MaxConn, int close_log)
{
    //初始化信息
	m_url = url;
	m_Port = Port;
	m_User = User;
	m_PassWord = PassWord;
	m_DatabaseName = DBName;
	m_close_log = close_log;
    
    //创建连接
	for (int i = 0; i < MaxConn; i++)
	{
		MYSQL *con = NULL;
		con = mysql_init(con);

		if (con == NULL)
		{
			LOG_ERROR("MySQL Error");
			exit(1);
		}
		con = mysql_real_connect(con, url.c_str(), User.c_str(), PassWord.c_str(), DBName.c_str(), Port, NULL, 0);

		if (con == NULL)
		{
			LOG_ERROR("MySQL Error");
			exit(1);
		}
        //更新连接池和空闲连接数量
		connList.push_back(con);
		++m_FreeConn;
	}
    //将信号量初始化为最大连接次数
	reserve = sem(m_FreeConn);

	m_MaxConn = m_FreeConn;
}

        获取与释放连接

        当线程数量大于数据库连接数量时，使用信号量进行同步，每次取出连接，信号量原子减1，释放连接原子加1，若连接池内没有连接了，则阻塞等待。

        另外，由于多线程操作连接池，会造成竞争，这里使用互斥锁完成同步，具体的同步机制均使用lock.h中封装好的类。

MYSQL *connection_pool::GetConnection() //获取连接
{
	MYSQL *con = NULL;

	if (0 == connList.size())
		return NULL;

	reserve.wait(); //信号量减1
	
	lock.lock(); //加锁

	con = connList.front(); //拿走
	connList.pop_front();

	--m_FreeConn;
	++m_CurConn;

	lock.unlock(); //解锁
	return con;
}

//释放当前使用的连接
bool connection_pool::ReleaseConnection(MYSQL *con)
{
	if (NULL == con)
		return false;

	lock.lock();

	connList.push_back(con); //放进连接池
	++m_FreeConn;
	--m_CurConn;

	lock.unlock();

	reserve.post(); //信号量加1 
	return true;
}

        销毁连接池

        通过迭代器遍历连接池链表，关闭对应数据库连接，清空链表并重置空闲连接和现有连接数量。

//销毁数据库连接池
void connection_pool::DestroyPool()
{

	lock.lock();
	if (connList.size() > 0)
	{
		for (auto it = connList.begin(); it != connList.end(); ++it)
		{
			MYSQL *con = *it;
			mysql_close(con);
		}
		m_CurConn = 0;
		m_FreeConn = 0;
        //清空容器
		connList.clear();
	}

	lock.unlock();
}

        RAII机制释放数据库连接

        将数据库连接的获取与释放通过RAII机制封装，避免手动释放。

        这里需要注意的是，在获取连接时，通过有参构造对传入的参数进行修改。其中数据库连接本身是指针类型，所以参数需要通过双指针才能对其进行修改。

class connectionRAII{

public:
    //双指针，传入参数要引用
	connectionRAII(MYSQL **con, connection_pool *connPool);
	~connectionRAII();
	
private:
	MYSQL *conRAII;
	connection_pool *poolRAII;
};

        实现

        不直接调用获取和释放连接的接口，将其封装起来，通过RAII机制进行获取和释放。

connectionRAII::connectionRAII(MYSQL **SQL, connection_pool *connPool){
	*SQL = connPool->GetConnection();
	
	conRAII = *SQL;
	poolRAII = connPool;
}

connectionRAII::~connectionRAII(){
	poolRAII->ReleaseConnection(conRAII);
}