数据库连接池

数据库连接池基本概念

数据库连接池（Database Connection Pool）是一种用于管理数据库连接的技术，旨在提高数据库操作的性能和资源利用率。它通过预先创建并维护一定数量的数据库连接，避免频繁创建和关闭连接的开销，从而提升系统的响应速度和稳定性

为什么需要连接池

传统数据库连接的问题：

频繁创建和关闭连接：
- 每次执行 SQL 都需要创建连接，操作完成后关闭连接。
- 创建和关闭连接是非常耗时的操作（涉及网络通信、身份验证等）。
资源浪费：
- 连接对象占用系统资源（如内存、CPU）。
- 频繁创建和关闭连接会导致资源浪费。
性能瓶颈：
- 高并发场景下，频繁创建连接会导致数据库性能下降。
连接数限制：
- 数据库对同时打开的连接数有限制，频繁创建连接可能导致连接数耗尽

连接池的优势：

复用连接：
- 连接池预先创建一定数量的连接，应用程序从池中获取连接，使用完毕后归还连接。
减少开销：
- 避免了频繁创建和关闭连接的开销，提高了性能。
资源控制：
- 可以限制最大连接数，防止数据库连接数过多导致资源耗尽。
提高响应速度：
- 连接池中的连接是预先创建的，应用程序可以快速获取连接。

连接池的工作原理

核心组件：

连接池管理器：
- 负责创建、管理和销毁连接池。
连接池：
- 维护一组数据库连接，提供连接的获取和归还功能。
空闲连接：
- 当前未被使用的连接，存放在连接池中。
活动连接：
- 当前正在被使用的连接。

工作流程：

初始化连接池：
- 在应用程序启动时，连接池会预先创建一定数量的数据库连接。
获取连接：
- 应用程序从连接池中请求一个连接。
- 如果池中有空闲连接，则直接返回；如果没有空闲连接且未达到最大连接数，则创建新连接；如果已达到最大连接数，则等待或抛出异常。
使用连接：
- 应用程序使用连接执行数据库操作。
归还连接：
- 操作完成后，应用程序将连接归还给连接池，而不是关闭连接。
连接回收：
- 连接池会定期检查连接的有效性，回收无效连接并创建新连接。

常见连接池实现

HikariCP

HikariCP 是一个高性能的 JDBC 连接池实现，以其轻量、快速和简单著称。它的设计目标是尽可能减少开销，提供最快的数据库连接获取速度
特点
- 轻量：代码量少，依赖少。
- 高性能：在大多数场景下性能优于其他连接池。
- 简单易用：配置简单，开箱即用。
- 可靠性高：经过严格测试，稳定性强。
- HikariCP 通过优化代码和减少锁竞争，显著提高了连接获取的速度
- 减少了不必要的对象创建和垃圾回收，降低了 JVM 的开销
- 自动维护连接池的健康状态，回收无效连接

常用配置参数

参数名	说明
jdbcUrl	数据库连接 URL。
username	数据库用户名。
password	数据库密码。
maximumPoolSize	连接池中允许的最大连接数，默认 10。
minimumIdle	连接池中保持的最小空闲连接数，默认等于 maximumPoolSize。
idleTimeout	连接空闲超时时间（毫秒），超过此时间未使用的连接会被回收，默认 600000（10 分钟）。
maxLifetime	连接的最大生命周期（毫秒），超过此时间的连接会被回收，默认 1800000（30 分钟）。
connectionTimeout	获取连接的超时时间（毫秒），默认 30000（30 秒）。
poolName	连接池的名称，用于监控和日志记录。

配置参数介绍
- maximumPoolSize
  - 连接池中允许的最大连接数
    - 如果连接池中没有可用的空闲连接，且当前连接数已达到 maxPoolSize，连接池会让应用程序等待一段时间。
    - 等待时间由 maxWait 或 connectionTimeout 参数控制
    - 如果等待时间超过配置的超时时间，连接池会抛出异常（如 Druid：SQLException 或HikariCP： SQLTimeoutException）
  - 数据库对同时打开的连接数有限制（如 MySQL 默认是 151），maxPoolSize 不应超过数据库的最大连接数

使用示例

添加依赖

<dependency>
    <groupId>com.zaxxer</groupId>
    <artifactId>HikariCP</artifactId>
    <version>5.0.1</version>
</dependency>

配置连接池

HikariConfig config = new HikariConfig();
config.setJdbcUrl("jdbc:mysql://localhost:3306/test");
config.setUsername("root");
config.setPassword("password");
config.setMaximumPoolSize(20);
config.setMinimumIdle(5);
config.setIdleTimeout(300000); // 5 分钟
config.setMaxLifetime(1800000); // 30 分钟
config.setConnectionTimeout(30000); // 30 秒

HikariDataSource dataSource = new HikariDataSource(config);

使用连接池

try (Connection connection = dataSource.getConnection()) {
    Statement stmt = connection.createStatement();
    ResultSet rs = stmt.executeQuery("SELECT * FROM users");
    while (rs.next()) {
        System.out.println(rs.getString("name"));
    }
} catch (SQLException e) {
    e.printStackTrace();
}

监控与管理

HikariCP 提供了简单的监控接口，可以通过 HikariPoolMXBean 获取连接池的状态信息

HikariPoolMXBean poolMXBean = dataSource.getHikariPoolMXBean();
System.out.println("活动连接数: " + poolMXBean.getActiveConnections());
System.out.println("空闲连接数: " + poolMXBean.getIdleConnections());
System.out.println("总连接数: " + poolMXBean.getTotalConnections());

Druid

Druid 是阿里巴巴开源的数据库连接池实现，除了高性能外，还提供了丰富的监控和统计功能，适合需要深度监控和管理的场景
特点
- 高性能：性能接近 HikariCP。
- 功能丰富：支持 SQL 监控、防火墙、加密等功能。
- 监控强大：内置监控页面，支持实时查看连接池状态和 SQL 执行情况。
- 扩展性强：支持自定义过滤器
核心优势
- SQL 监控：
  - 可以监控 SQL 的执行时间、执行次数等，帮助优化 SQL 性能。
- 防火墙功能：
  - 提供 SQL 防火墙，防止恶意 SQL 注入。
- 加密支持：
  - 支持数据库密码加密，提高安全性。
- 扩展性：
  - 支持自定义过滤器，方便扩展功能

配置参数

参数名	说明
url	数据库连接 URL。
username	数据库用户名。
password	数据库密码。
maxActive	连接池中允许的最大连接数，默认 8。
initialSize	连接池初始化时创建的连接数，默认 0。
minIdle	连接池中保持的最小空闲连接数，默认 0。
maxWait	获取连接的最大等待时间（毫秒），默认 -1（无限等待）。
timeBetweenEvictionRunsMillis	连接回收线程的运行间隔时间（毫秒），默认 60000（1 分钟）。
minEvictableIdleTimeMillis	连接在池中保持空闲的最小时间（毫秒），默认 1800000（30 分钟）。
validationQuery	用于检测连接有效性的 SQL 语句，如 `SELECT 1`。