摘要如何搭建一个高性能的数据库连接池框架，从哪些角度进行优化，连接池的大量优化实践如何为你的系统保驾护航，本文专题将带你走进连接池的世界，为你一一揭秘。你可能会有这样的疑惑：连接池类似于线程池或者对象池。它是一个用于存储连接的池。用的时候拿一个，用完了还回去。功能非常简单。我能说什么？可能还有这样的疑惑：这么小的连接池怎么跟得上这么高的性能。本专题将全面介绍连接池的原理、高性能设计、优化实践、现有连接池的瓶颈及解决方案。同时也会介绍为什么唯品会自研的数据库连接池产品（代号：Caelus）会有连接池。我们先来看一下连接池的位置：应用框架的业务实现一般会访问数据库、缓存或者HTTP服务。为什么要在访问的地方加一个连接池呢？下面以访问MySQL为例，执行一条SQL命令。如果不使用连接池，需要经过哪些流程。1：建立TCP连接的三次握手2：MySQL认证的三次握手3：真正的SQL执行4：MySQL关闭5：TCP四次握手关闭与网络交互有关。优点：实施简单。缺点：1：网络IO较多2：数据库负载高3：响应时间长，QPS低4：应用频繁创建和关闭连接，导致临时对象较多，GC频繁5：关闭连接后，会产生较大TIME_WAITTCP状态的数量（在2个MSL后关闭）当使用连接池进程进行首次访问时，需要建立连接。但是，后续访问将重用先前创建的连接。优点：1：网络开销少2：系统的性能会得到大幅度提升3：没有麻烦的TIME_WAIT状态当然，现实往往是残酷的，当我们解决一个问题的时候，伴随着另一个问题出现。使用连接池最大的挑战：连接池的性能和线程数。性能优化分库DB部署结构：假设有128个分库：32台服务器，每台服务器有4个schema。按照128个分库的设计，会创建128个独立的数据库连接池。数据库连接池的模型特点：1：128个连接池完全独立，不同的schema也对应不同的连接池2：首先通过拆库、读写等策略选择对应的连接池，然后从连接池中获取连接执行操作3：操作完成后，将连接归还给对应的连接池。优点：结构简单，竞争分散问题：1：线程过多首先看新建连接池时需要新建的线程数。连接池线程数描述128个子库C3P043helperThread(pollerThread)、1个定时任务AdminTaskTimer(DeadlockDetector)4*128=512DBCP1负责心跳、最小维护连接数、最大空闲时间和connectionleakageprevention1*128=128Druid2一个异步创建的连接。异步关闭连接。2*128=256可以看出，随着分库的增加，无论选择哪个连接池，线程数都会线性增加。线程太多会导致内存占用大：默认1个线程会占用1M空间，如果有512个线程，会占用1M*512=512M的上下文切换开销。Tips：由于栈和堆申请的是虚拟地址空间，一旦使用就不会释放。（线程不一定占用1M空间）2：连接数过多的数据库连接资源比较重，随着连接数的增加，数据库的性能会明显下降。DBA一般会限制每个DB建立的连接数，比如限制为3K。假设单个数据库限制为3K，那么32个数据库的容量就是3K*32=96K。如果应用***，最小连接数为10，则每个应用一共需要128*10=1.28K个连接。那么数据库理论上支持的应用数是96K/1.28K=803：不能连接复用同一台物理机下的不同schema是完全独立的，连接不能复用优化后的数据库连接池模型特点：1：只能一个连接池，所有节点共享线程（解决线程太多的问题）2：每台物理机对应一个host，在host中维护多个schema，schema存储连接。3：同一主机下的不同schema可以进行连接复用（解决连接过多的问题）。获取连接过程：1：获取连接需要带上ip、端口和schema信息：比如获取host31的schema12：首先从host31的schema1中获取空闲连接，但是如果schema1中没有空闲连接，它将从schema2获得空闲连接。3：从schema2获取的连接执行useschema1，连接切换到schema1。4：执行相应的SQL操作，执行完成后返回到schema1连接的pool中。优点：1：连接复用：有效减少连接数。2：提高性能：避免频繁新建连接。创建新连接的开销比较高，而使用useschema的开销很小。3：有效减少线程数。按照现有的方案，只需要4个线程。优化前需要512个线程。缺点：1：管理比较复杂2：不符合JDBC接口规范。DataSource只有简单的getConnection()接口，没有获取对应schema的连接接口。需要继承DataSouce，实现特定的接口。事务语句性能优化优化前，事务执行模型从连接池中获取连接，默认为自动提交。为了启动事务，需要执行setautocommit=false操作，然后执行具体的SQL。返回连接时，还需要将连接设置为autocommit（需要执行setautocommit=true）。可以看到要启动一个事务，还需要执行两条额外的事务语句。优化后，每个模式中的所有连接将根据自动提交进行分组。分为自动提交（autocommit=true）和非自动提交（autocommit=false）。获取连接时，首先获取同一个自动提交组中的连接。如果没有可用连接，则从另一个组获取连接。业务操作完成后，归还给相应的组。这种机制避免了多次执行打开事务的两个事务语句。锁性能优化连接池的一般功能：连接池主要包括五个部分：获取连接、返回连接、定时任务、维护组件和资源池获取连接：1：获取超时：如果在指定时间内没有获取到连接，会抛出异常2：有效性检查：从资源池中获取资源时，需要检查资源的有效性。如果失败，则重新获得连接。避免执行业务时报错。3：创建连接：可以同步创建，也可以异步创建。Returnconnection:1:返回连接:比如需要检查最大空闲数，判断是物理关闭还是返回连接池2:Destroyconnection:可以同步或者异步销毁定时任务:1:Idlecheck：主要是检查idleConnection，如果连接空闲了一定时间，就会关闭连接。2：最小连接数控制：一般设置最小连接数。保证当前系统的最小连接数。如果没有，将创建一个新连接。组件维护：1：连接状态控制：idle、use、delete等状态控制2：异常处理：JDBC访问异常统一处理，如果异常与连接相关，则连接被销毁。3：缓存：避免SQL的重复解析。在PrepareStatement机制下，SQL解析出来的对象会被缓存起来。4：JDBC封装：实现了JDBC，真正实现的是底层驱动，比如MySQL-connector-java。资源池：1：资源池是存放连接的地方，也是连接池的核心。2：所有组件基本都和资源池交互，连接资源的竞争非常激烈。这里的性能将决定整个连接池的性能。3：一般资源池的实现是使用JDK提供的BlockingQueue。那么有无锁设计的解决方案来避免竞争。资源池无锁设计获取连接的一般流程：1：从ThreadLocal获取连接，如果没有空闲连接，则从全局连接池（CopyOnWriteArrayList）获取。2：如果全局连接池中没有空闲连接，则异步创建一个新连接。3：判断超时时间是否大于阈值，小于阈值则自旋。否则，停车睡觉。4：连接建立成功后，公园的线程会被唤醒，主要从四个方面实现无锁设计：ThreadLocal、CopyOnWriteArrayList、异步连接建立和自旋。ThreadLocal1：每个线程都有一个连接队列。队列是对全局队列的引用。2：获取连接时，先从ThreadLocal获取连接，如果连接空闲就使用。否则，删除它并进行下一个连接，直到连接不再可用。3：返回连接时，只需要返回到Threadlocal队列中，同时将连接置为空闲状态即可。4：如果使用BlockQueue，获取连接时调用poll，返回连接时调用offer。有两个锁比赛。优化后，通过CAS避免了两次锁的开销（获取连接时，使用CAS设置连接为非空闲状态；返回时，使用CAS设置连接为空闲状态）CopyOnWriteArrayList1：使用场景这个队列的特点是：读操作量大，写操作量小，存储的数据比较有限。连接池场景很适合CopyOnWriteArrayList。2：在获取连接或返回连接时，只会通过CAS改变连接的状态，不会进行添加或删除连接池的操作。3：一般情况下连接池的连接数是比较可控的。CopyOnWriteArrayList会在写操作的时候复制所有的连接，对内存影响不大。异步建立连接获取到连接后，判断是否有并发等待获取连接，如果有则异步建立连接。避免等待下一个连接。如果CopyOnWriteArrayList没有空闲连接，则异步建立连接。Spin自旋类似于JDK对synchronized的自旋机制。如果发现超时时间大于设定的阈值（比如10微秒），线程就会被挂起。如果小于设定的阈值，则重新获取连接并自选，避免线程上下文切换带来的性能开销。.优化tips方法内联优化1：线程每次调用都会创建一个新的栈帧，创建新栈帧的成本比较高2：JIT会在运行时进行内联优化，多个方法使用一个栈frametoavoidToomanynewstackframes3：JIT方法内联优化默认的字节码阈值是35字节，只有小于35字节才会进行优化。（可以通过-XX:MaxInlineSize=35设置）通过修改上面的代码，将编译后的字节码修改为34字节，可以满足内联条件。心跳语句选择PrepareStatement方式，选择MySQL驱动。默认是客户端模式。如果需要启用服务器模式，则需要设置useServerPrepStmts=true。DB端默认的PrepareStatement和Statement客户端模式没有区别。一般理解PrepareStatement和Statement的区别在于PrepareStatement可以避免SQL注入。但是如何避免SQL注入呢？使用PrepareStatement设置参数时，比如调用setString(intparameterIndex,Stringx)，本地会对设置的参数进行转义，避免SQL注入。执行SQL时，SQL?将被转义字符替换并发送到数据库执行。PSCacheMySQLdriver默认是不开启的，可以通过设置cachePrepStmts=true来开启QueryTimeout，之前你也遇到过开启queryTimeout导致连接泄露的问题。唯品会自研连接池：CaelusCaelus是唯品会自研的一款高性能分布式数据库连接池。高性能：基于无锁连接池设计模型提升连接池性能；在分库较多的场景下减少线程数。如果有128个分库，在现有的连接池模型下需要使用128个独立的连接池，每个连接池需要线程（1-4个，不同的连接池不同）来处理任务。那么总共需要维护128到128*4个线程，这是一个巨大的开销。Caelus连接池会大大减少线程数。连接重用。针对一个MySQL实例上有多个schema的场景。现有连接池中不同模式的连接不能被重用。Caelus可以重用不同模式的连接以提高性能。交易指令过多。如果是事务语句，从连接池中获取连接后，需要启动事务（setautocommit=false），返回时需要重新设置（setautocommit=true）。每次使用连接时，都需要执行两条额外的事务指令。Caelus可以有效减少交易指令。统一配置规范。结合MySQL设置，提供标准化、统一的配置。
