什么是連接池？

池，不由自主的會(huì)想到水池。小時(shí)候，我們都要去遠(yuǎn)處的水井挑水，倒進(jìn)家中的水池里面。這樣，每次要用水時(shí)，直接從水池中「取」就行了。不用大老遠(yuǎn)跑去水井打水。數(shù)據(jù)庫(kù)連接池就如此，我們預(yù)先準(zhǔn)備好一些連接，放到池中。當(dāng)需要時(shí)，就直接獲取。而不要每次跟數(shù)據(jù)庫(kù)建立一個(gè)新的連接。特別對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)連接這類(lèi)耗時(shí)，耗資源的操作。當(dāng)連接用完后，再放回池中，供后續(xù)使用。

連接池的作用？

避免多次去創(chuàng)建資源。例如，創(chuàng)建新的數(shù)據(jù)庫(kù)連接，500ms 輕輕松松就消耗了。建立 TCP 連接，數(shù)據(jù)庫(kù)賬號(hào)驗(yàn)證等等。這性能消耗起來(lái)，可是非常大的。在稍大的系統(tǒng)內(nèi)，連接池是必備的。同時(shí)，對(duì)技術(shù)人員要求，對(duì)連接池的掌握也是必須的。

tomcat-jdbc-pool 的特色

基于 jdk1.5 后的并發(fā)實(shí)現(xiàn)。代碼簡(jiǎn)潔，精練。核心的類(lèi)就2，3個(gè)。對(duì)池的控制就在 org.apache.tomcat.jdbc.pool.ConnectionPool 中搞定。

先前有簡(jiǎn)單看過(guò) dbcp1.x, c3p0 等等，代碼量真不少，邏輯復(fù)雜。想熟悉池的設(shè)計(jì)，可以仔細(xì)讀讀 tomcat-jdbc-pool，非?？焖俚娜胧?。在 dbcp2 的實(shí)現(xiàn)時(shí)，跟 tomcat-jdbc-pool 思路一致（完全 copy 的版本）。對(duì)于連接池來(lái)說(shuō)，最基本的特點(diǎn)就是：

有一定的容量，及已經(jīng)創(chuàng)建好的對(duì)象
有「借」有「還」操作的接口

池中「借出」連接是怎么個(gè)過(guò)程？

在 jdbc-pool 設(shè)計(jì)有 2 隊(duì)列，分別為 busy 和 idle，存儲(chǔ)「正在使用」和「空閑」的連接。都采用 ArrayBlockingQueue 以保證線程安全。

當(dāng)有請(qǐng)求「借」的動(dòng)作過(guò)來(lái)時(shí)，從 idle 中 poll 一個(gè)連接，然后將該連接再 offer 至 busy 隊(duì)列中。這是最基本最純凈的思路。
當(dāng) idle 連接不夠時(shí)，內(nèi)部會(huì)再去創(chuàng)建新的連接返回給客戶(hù)端。

但是，做為「池」必須的職責(zé)之一是控制總量，不會(huì)任你去增長(zhǎng)。那么，有意思來(lái)了，他是怎么控制總量的咧？我們可以通俗點(diǎn)稱(chēng)『占坑法』（tomcat 中也有不少場(chǎng)景采用這方式）。

首先池中有維護(hù)連接數(shù)總量「計(jì)數(shù)器」（采用 AtomicInteger 保證線程安全，每次新增或銷(xiāo)毀都會(huì)變更）?！赫伎臃ā痪驮诿看我聞?chuàng)建連接池，先總量計(jì)數(shù)器+1（占位），再比較是否達(dá)到配置的池的最大連接數(shù)。如果沒(méi)有達(dá)到，則創(chuàng)建新的；如果已達(dá)到了，則等待現(xiàn)有連接釋放，再取走。有點(diǎn)類(lèi)似，大學(xué)時(shí)先用本書(shū)去搶位置占著。大致實(shí)現(xiàn)代碼【已經(jīng)對(duì)源碼簡(jiǎn)化】如下：

public class ConnectionPool {
    // 連接數(shù)的總量
    private AtomicInteger size = new AtomicInteger(0);

    // 所有正在使用中的連接
    private BlockingQueue<PooledConnection> busy;

    // 所有空閑的連接
    private BlockingQueue<PooledConnection> idle;
        PooledConnection con = idle.poll();//

        while (true) {
            if (con != null) {// 如果從空閑連接隊(duì)列中取出的連接不為空
                 // 把這個(gè)連接加入正在使用中的連接列表，***并返回
                 busy.offer(con);// 這簡(jiǎn)化了，在源碼中這兒會(huì)對(duì)連接進(jìn)行校驗(yàn)、檢查或進(jìn)行連接。
                 return con;
            }
            // 下面判斷空閑連接隊(duì)列中取出的連接為空的情況
            // 沒(méi)有超出連接總數(shù)
            if (size.get() < getPoolProperties().getMaxActive()) {

                // 占坑神技 
                if (size.addAndGet(1) > getPoolProperties().getMaxActive()) {// 超出連接總數(shù)
                    // 既然沒(méi)了，那數(shù)量也減回去
                    // 再去等待其他連接歸還回來(lái)
                    size.decrementAndGet();
                } else {
                    //新建一個(gè)物理連接
                    return createConnection(now, con, username, password);
                }
            }

            // 等待一定時(shí)間 timetowait 后，再次從空閑連接隊(duì)列中取出的連接，循環(huán)執(zhí)行上面過(guò)程
            con = idle.poll(timetowait, TimeUnit.MILLISECONDS);
        }
    }}

用完后「歸還」連接是怎么個(gè)過(guò)程？

大致思路跟「借」操作相反落。當(dāng)然是無(wú)視那些「善后」的工作，只關(guān)注資源的管理。但是，做為連接池必須的職責(zé)之一，并不真實(shí)的斷開(kāi)與數(shù)據(jù)庫(kù)的連接。而只是放至 idle 隊(duì)列中，供客戶(hù)端下次再使用。如果有需要或必要肯定會(huì)釋放，技巧所在。大致代碼如下：

protected void returnConnection(PooledConnection con) {
    if (con != null) {
        try {
            con.lock();

            if (busy.remove(con)) {
                // 跟允許的最大空閑數(shù)比較
                if(idle.size() < poolProperties.getMaxIdle()) {
                    idle.offer(con);
                    // 源碼中調(diào)用 release
                    // 會(huì)根據(jù)配置項(xiàng)執(zhí)行一些校驗(yàn)，例如：testOnReturn 為 true，則在回收時(shí)檢查連接是否正常
                    //release(con); 
                }
        } catch(Exception e) {
           //.... 
        } finally {
            con.unlock();
        }
    } //end if}

當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，怎么回收無(wú)效的連接？

這是連接池必備的功能之一，類(lèi)似檢查死鏈或者釋放自身過(guò)多的資源。比如，在高并發(fā)過(guò)后，對(duì)資源消耗量少時(shí)，就釋放些不再使用的數(shù)據(jù)庫(kù)連接（真實(shí)斷開(kāi)），維護(hù)合理的空格數(shù)量?！?** 連接池的minIdle定義了這個(gè)數(shù)量】

看到這應(yīng)用場(chǎng)景就自然想到，通過(guò)后臺(tái)線程定時(shí)掃描?！獙?duì)的，就是這樣子?！埂瑯釉?ConnectionPool 這個(gè)類(lèi)文件中的 PoolCleaner 類(lèi)。寫(xiě)在同個(gè)類(lèi)文件中，便于用 this 進(jìn)行傳遞數(shù)據(jù)。不用再去構(gòu)造個(gè)復(fù)雜的 ConnectionPool 對(duì)象。

直接上代碼，「好代碼」就是最好的描述。

public class ConnectionPool {

    /**
     * Initialize the connection pool - called from the constructor
     */
    protected void init(PoolConfiguration properties) throws SQLException {
        initializePoolCleaner(properties);
    }

    public void initializePoolCleaner(PoolConfiguration properties) {        
        if (properties.isPoolSweeperEnabled()) {
            poolCleaner = new PoolCleaner(this, properties.getTimeBetweenEvictionRunsMillis());
            poolCleaner.start(); //只注冊(cè)一個(gè)清理器，并未啟動(dòng)線程。
        } //end if
    }

    /**
    * 檢查所有的空閑連接
    */
    public void checkIdle(boolean ignoreMinSize) {

        try {
            if (idle.size()==0) return;

            Iterator<PooledConnection> unlocked = idle.iterator();

            //【重點(diǎn)：如果空閑數(shù)量大于屬性MinIdle，則執(zhí)行清理！】
            while ( (idle.size()>=getPoolProperties().getMinIdle())) &&unlocked.hasNext()) {
                PooledConnection con = unlocked.next();
                try {
                    con.lock();
                    //如果這時(shí)已到busy中，則不檢查了
                    if (busy.contains(con)) {
                        continue;
                    }

                    release(con);//釋放了物理連接
                    idle.remove(con);//從空閑隊(duì)列中移除

                } finally {
                    con.unlock();
                }
            } //while
        } catch (Exception e) {
            //....
        }

    }

    private static volatile Timer poolCleanTimer = null;
    private static HashSet<PoolCleaner> cleaners = new HashSet<>();

    //注冊(cè)一個(gè)清理器
    private static synchronized void registerCleaner(PoolCleaner cleaner) {
        unregisterCleaner(cleaner);
        cleaners.add(cleaner);

        //一堆構(gòu)造方式。。。
        if (poolCleanTimer == null) {
            ClassLoader loader = Thread.currentThread().getContextClassLoader();
            try {
                Thread.currentThread().setContextClassLoader(ConnectionPool.class.getClassLoader());
                poolCleanTimer = new Timer("PoolCleaner["+ System.identityHashCode(ConnectionPool.class.getClassLoader()) + ":"+
                                           System.currentTimeMillis() + "]", true);
            }finally {
                Thread.currentThread().setContextClassLoader(loader);
            }
        }
        //構(gòu)造定時(shí)掃描器
        //java有內(nèi)庫(kù)非常強(qiáng)大，想用啥有啥呀
        poolCleanTimer.scheduleAtFixedRate(cleaner, cleaner.sleepTime,cleaner.sleepTime);
    }

    //真實(shí)的處理線程在這兒。。。
    protected static class PoolCleaner extends TimerTask {
        protected WeakReference<ConnectionPool> pool;

        PoolCleaner(ConnectionPool pool, long sleepTime) {
            //弱引用，不了解的可以google下
            this.pool = new WeakReference<>(pool);
        }

        @Override
        public void run() {
            ConnectionPool pool = this.pool.get();
            if (pool == null) {
                stopRunning();
            } else if (!pool.isClosed()) {                

                if (pool.getPoolProperties().getMinIdle() < pool.idle.size()) {
                    pool.checkIdle(); //【重點(diǎn)，如果空閑數(shù)量大于MinIdle，則執(zhí)行checkIdle】
                }
            }
        }

        public void start() {
            registerCleaner(this); //并未啟動(dòng)線程，只是注冊(cè)一個(gè)清理器
        }

        public void stopRunning() {
            unregisterCleaner(this);
        }
    }}

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