有效發(fā)揮數(shù)據(jù)庫的最大效率
snapbug
Dec 2003
數(shù)據(jù)庫應(yīng)用，在許多軟件系統(tǒng)中經(jīng)常用到，是開發(fā)中大型系統(tǒng)不可缺少的輔助。但如果對(duì)數(shù)據(jù)庫資源沒有很好地管理(如：沒有及時(shí)回收數(shù)據(jù)庫的游標(biāo)(ResultSet)、Statement、連接 (Connection)等資源)，往往會(huì)直接導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定。這類不穩(wěn)定因素，不單單由數(shù)據(jù)庫或者系統(tǒng)本身一方引起，只有系統(tǒng)正式使用后，隨著流量、用戶的增加，才會(huì)逐步顯露。
在基于Java開發(fā)的系統(tǒng)中，JDBC是程序員和數(shù)據(jù)庫打交道的主要途徑，提供了完備的數(shù)據(jù)庫操作方法接口。但考慮到規(guī)范的適用性，JDBC只提供了最直接的數(shù)據(jù)庫操作規(guī)范，對(duì)數(shù)據(jù)庫資源管理，如：對(duì)物理連接的管理及緩沖，期望第三方應(yīng)用服務(wù)器(Application Server)的提供。
本文，以JDBC規(guī)范為基礎(chǔ)，介紹相關(guān)的數(shù)據(jù)庫連接池機(jī)制，并就如果以簡(jiǎn)單的方式，實(shí)現(xiàn)有效地管理數(shù)據(jù)庫資源介紹相關(guān)實(shí)現(xiàn)技術(shù)。
2. 連接池技術(shù)背景
2.1 JDBC
JDBC是一個(gè)規(guī)范，遵循JDBC接口規(guī)范，各個(gè)數(shù)據(jù)庫廠家各自實(shí)現(xiàn)自己的驅(qū)動(dòng)程序(Driver)，如下圖所示:
應(yīng)用在獲取數(shù)據(jù)庫連接時(shí)，需要以URL的方式指定是那種類型的Driver，在獲得特定的連接后，可按照固定的接口操作不同類型的數(shù)據(jù)庫，如: 分別獲取Statement、執(zhí)行SQL獲得ResultSet等，如下面的例子 :
|
import java.sql.*; ….. DriverManager.registerDriver(new oracle.jdbc.driver.OracleDriver()); Connection dbConn = DriverManager.getConnection( “jdbc:oracle:thin:@127.0.0.1:1521:oracle”, “username”, “password” ); Statement st = dbConn.createStatement(); ResultSet rs = st.executeQuery( “select * from demo_table” ); …some data source operation in here rs.close(); st.close(); dbConn.close(); |
在完成數(shù)據(jù)操作后，還一定要關(guān)閉所有涉及到的數(shù)據(jù)庫資源。這雖然對(duì)應(yīng)用程序的邏輯沒有任何影響，但是關(guān)鍵的操作。上面是個(gè)簡(jiǎn)單的例子，如果攙和眾多的if-else、exception，資源的管理也難免百密一疏。如同C中的內(nèi)存泄漏問題，Java系統(tǒng)也同樣會(huì)面臨崩潰的惡運(yùn)。所以
數(shù)據(jù)庫資源的管理依賴于應(yīng)用系統(tǒng)本身，是不安全、不穩(wěn)定的一種隱患。
2.2 JDBC連接池
在標(biāo)準(zhǔn)JDBC對(duì)應(yīng)用的接口中，并沒有提供資源的管理方法。所以，缺省的資源管理由應(yīng)用自己負(fù)責(zé)。雖然在JDBC規(guī)范中，多次提及資源的關(guān)閉/回收及其他的合理運(yùn)用。但最穩(wěn)妥的方式，還是為應(yīng)用提供有效的管理手段。所以，JDBC為第三方應(yīng)用服務(wù)器（Application Server）提供了一個(gè)由數(shù)據(jù)庫廠家實(shí)現(xiàn)的管理標(biāo)準(zhǔn)接口：連接緩沖(connection pooling)。引入了連接池( Connection Pool )的概念 ，也就是以緩沖池的機(jī)制管理數(shù)據(jù)庫的資源。
JDBC最常用的資源有三類:
- Connection: 數(shù)據(jù)庫連接。
- Statement: 會(huì)話聲明。
- ResultSet: 結(jié)果集游標(biāo)。
分別存在以下的關(guān)系 ：
這是一種 ‘爺-父-子’ 的關(guān)系，對(duì)Connection的管理，就是對(duì)數(shù)據(jù)庫資源的管理。舉個(gè)例子: 如果想確定某個(gè)數(shù)據(jù)庫連接(Connection)是否超時(shí)，則需要確定其（所有的）子Statement是否超時(shí)，同樣，需要確定所有相關(guān)的ResultSet是否超時(shí)；在關(guān)閉Connection前，需要關(guān)閉所有相關(guān)的Statement和ResultSet。
因此，連接池(Connection Pool)所起到的作用，不僅僅簡(jiǎn)單地管理Connection，還涉及到 Statement和ResultSet。
2.3 連接池(ConnectionPool)與資源管理
ConnectionPool以緩沖池的機(jī)制，在一定數(shù)量上限范圍內(nèi)，控制管理Connection，Statement和ResultSet。任何數(shù)據(jù)庫的資源是有限的，如果被耗盡，則無法獲得更多的數(shù)據(jù)服務(wù)。
在大多數(shù)情況下，資源的耗盡不是由于應(yīng)用的正常負(fù)載過高，而是程序原因。
在實(shí)際工作中，數(shù)據(jù)資源往往是瓶頸資源，不同的應(yīng)用都會(huì)訪問同一數(shù)據(jù)源。其中某個(gè)應(yīng)用耗盡了數(shù)據(jù)庫資源后，意味其他的應(yīng)用也無法正常運(yùn)行。因此，ConnectionPool的第一個(gè)任務(wù)是限制：每個(gè)應(yīng)用或系統(tǒng)可以擁有的最大資源。也就是確定連接池的大小(PoolSize)。
ConnectionPool的第二個(gè)任務(wù)：在連接池的大小(PoolSize)范圍內(nèi)，最大限度地使用資源，縮短數(shù)據(jù)庫訪問的使用周期。許多數(shù)據(jù)庫中，連接（Connection）并不是資源的最小單元，控制Statement資源比Connection更重要。以Oracle為例：
每申請(qǐng)一個(gè)連接（Connection）會(huì)在物理網(wǎng)絡(luò)（如 TCP/IP網(wǎng)絡(luò)）上建立一個(gè)用于通訊的連接，在此連接上還可以申請(qǐng)一定數(shù)量的Statement。同一連接可提供的活躍Statement數(shù)量可以達(dá)到幾百。 在節(jié)約網(wǎng)絡(luò)資源的同時(shí)，縮短了每次會(huì)話周期（物理連接的建立是個(gè)費(fèi)時(shí)的操作）。但在一般的應(yīng)用中，多數(shù)按照2.1范例操作，這樣有10個(gè)程序調(diào)用，則會(huì)產(chǎn)生10次物理連接，每個(gè)Statement單獨(dú)占用一個(gè)物理連接，這是極大的資源浪費(fèi)。 ConnectionPool可以解決這個(gè)問題，讓幾十、幾百個(gè)Statement只占用同一個(gè)物理連接， 發(fā)揮數(shù)據(jù)庫原有的優(yōu)點(diǎn)。
通過ConnectionPool對(duì)資源的有效管理，應(yīng)用可以獲得的Statement總數(shù)到達(dá) ：
（并發(fā)物理連接數(shù)） x （每個(gè)連接可提供的Statement數(shù)量）
例如某種數(shù)據(jù)庫可同時(shí)建立的物理連接數(shù)為 200個(gè)，每個(gè)連接可同時(shí)提供250個(gè)Statement，那么ConnectionPool最終為應(yīng)用提供的并發(fā)Statement總數(shù)為: 200 x 250 = 50,000個(gè)。這是個(gè)并發(fā)數(shù)字，很少有系統(tǒng)會(huì)突破這個(gè)量級(jí)。所以在本節(jié)的開始，指出資源的耗盡與應(yīng)用程序直接管理有關(guān)。
對(duì)資源的優(yōu)化管理，很大程度上依靠數(shù)據(jù)庫自身的JDBC Driver是否具備。有些數(shù)據(jù)庫的JDBC Driver并不支持Connection與Statement之間的邏輯連接功能，如SQLServer，我們只能等待她自身的更新版本了。
對(duì)資源的申請(qǐng)、釋放、回收、共享和同步，這些管理是復(fù)雜精密的。所以，ConnectionPool另一個(gè)功能就是，封裝這些操作，為應(yīng)用提供簡(jiǎn)單的，甚至是不改變應(yīng)用風(fēng)格的調(diào)用接口。
3. 簡(jiǎn)單JDBC連接池的實(shí)現(xiàn)
根據(jù)第二章中原理機(jī)制，Snap-ConnectionPool（一種簡(jiǎn)單快速的連接池工具，可在www.下載）按照部分的JDBC規(guī)范，實(shí)現(xiàn)了連接池所具備的對(duì)數(shù)據(jù)庫資源有效管理功能。
3.1 體系描述
在JDBC規(guī)范中，應(yīng)用通過驅(qū)動(dòng)接口（Driver Interface）直接方法數(shù)據(jù)庫的資源。為了有效、合理地管理資源，在應(yīng)用與JDBC Driver之間，增加了連接池: Snap-ConnectionPool。并且通過面向?qū)ο蟮臋C(jī)制，使連接池的大部分操作是透明的。參見下圖，Snap-ConnectionPool的體系：
圖中所示，通過實(shí)現(xiàn)JDBC的部分資源對(duì)象接口( Connection, Statement, ResultSet )，在 Snap-ConnectionPool內(nèi)部分別產(chǎn)生三種邏輯資源對(duì)象: PooledConnection, PooledStatement和 PooledResultSet。它們也是連接池主要的管理操作對(duì)象，并且繼承了JDBC中相應(yīng)的從屬關(guān)系。這樣的體系有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
- 透明性。在不改變應(yīng)用原有的使用JDBC驅(qū)動(dòng)接口的前提下，提供資源管理的服務(wù)。應(yīng)用系統(tǒng)，如同原有的 JDBC，使用連接池提供的邏輯對(duì)象資源。簡(jiǎn)化了應(yīng)用程序的連接池改造。
- 資源封裝。復(fù)雜的資源管理被封裝在 Snap-ConnectionPool內(nèi)部，不需要應(yīng)用系統(tǒng)過多的干涉。管理操作的可靠性、安全性由連接池保證。應(yīng)用的干涉（如：主動(dòng)關(guān)閉資源），只起到優(yōu)化系統(tǒng)性能的作用，遺漏操作不會(huì)帶來負(fù)面影響。
- 資源合理應(yīng)用。按照JDBC中資源的從屬關(guān)系，Snap-ConnectionPool不僅對(duì)Connection進(jìn)行緩沖處理，對(duì)Statement也有相應(yīng)的機(jī)制處理。在2.3已描述，合理運(yùn)用Connection和Statement之間的關(guān)系，可以更大限度地使用資源。所以，Snap-ConnectionPool封裝了Connection資源，通過內(nèi)部管理PooledConnection，為應(yīng)用系統(tǒng)提供更多的Statement資源。
- 資源連鎖管理。Snap-ConnectionPool包含的三種邏輯對(duì)象，繼承了JDBC中相應(yīng)對(duì)象之間的從屬關(guān)系。在內(nèi)部管理中，也依照從屬關(guān)系進(jìn)行連鎖管理。例如：判斷一個(gè)Connection是否超時(shí)，需要根據(jù)所包含的Statement是否活躍；判斷Statement也要根據(jù)ResultSet的活躍程度。
3.2 連接池集中管理ConnectionManager
ConnectionPool是Snap-ConnectionPool的連接池對(duì)象。在Snap-ConnectionPool內(nèi)部，可以指定多個(gè)不同的連接池(ConnectionPool)為應(yīng)用服務(wù)。ConnectionManager管理所有的連接池，每個(gè)連接池以不同的名稱區(qū)別。通過配置文件適應(yīng)不同的數(shù)據(jù)庫種類。如下圖所示：
3.3 連接池使用范例
對(duì)2.1的標(biāo)準(zhǔn)JDBC的使用范例，改為使用連接池，結(jié)果如下：
|
import java.sql.*; import net.snapbug.util.dbtool.*; ….. ConnectionPool dbConn = ConnectionManager.getConnectionPool( "testOracle" ); Statement st = dbConn.createStatement(); ResultSet rs = st.executeQuery( “select * from demo_table” ); …some data source operation in here rs.close(); st.close(); |
在例子中，Snap-ConnectionPool封裝了應(yīng)用對(duì)Connection的管理。只要改變JDBC獲取Connection的方法，為獲取連接池(ConnectionPool)(粗體部分)，其他的數(shù)據(jù)操作都可以不做修改。按照這樣的方式，Snap-ConnectionPool可幫助應(yīng)用有效地管理數(shù)據(jù)庫資源。如果應(yīng)用忽視了最后資源的釋放: rs.close() 和 st.close()，連接池會(huì)通過超時(shí)(time-out)機(jī)制，自動(dòng)回收。
4. 小結(jié)
無論是Snap-ConnectionPool還是其他的數(shù)據(jù)庫連接池，都應(yīng)當(dāng)具備一下基本功能：
- 對(duì)源數(shù)據(jù)庫資源的保護(hù)
- 充分利用發(fā)揮數(shù)據(jù)庫的有效資源
- 簡(jiǎn)化應(yīng)用的數(shù)據(jù)庫接口，封閉資源管理。
- 對(duì)應(yīng)用遺留資源的自動(dòng)回收和整理，提高資源的再次利用率。
在這個(gè)前提下，應(yīng)用程序才能投入更多的精力于各自的業(yè)務(wù)邏輯中。數(shù)據(jù)庫資源也不再成為系統(tǒng)的瓶頸。
注: 在網(wǎng)站 www.可免費(fèi)下載Snap-ConnectionPool及更詳細(xì)的文檔。
