数据库连接池

前言：

后端与数据库连接的常规流程：

数据库连接池是维持和管理一定数量连接的池式结构；它实现了1、复用连接：避免重复建立连接的开销；2、控制并发：限制最大连接数，防止数据库过载；3、提高响应速度：连接立即可用，减少等待时间
实现方式和种类：同步连接和异步连接。

同步连接：统数据库连接（如 JDBC Connection、在服务器启动时数据初始化）的典型模式。
通过接口返回值接受数据库返回值；用户请求直接获取数据库应答。描述着当前最多允许几个线程使用连接。
服务器发起请求，尝试获取连接池中的锁，基于这个连接访问了mysql，一连接一锁。获取连接时：如果连接池中没有空闲连接，调用线程会阻塞等待，直到其他线程归还连接或超时。执行SQL时：发送查询后线程阻塞，等待数据库返回结果后才继续执行后续代码。得到返回值后，解锁，获取句柄数据。

异步连接： 基于非阻塞 I/O 的数据库连接（如 R2DBC Connection中的连接、服务器的业务处理）。通过回调函数接受数据库返回值；用户请求间接（通过异步回调接收数据库返回）获取数据库应答。描述着当前最多允许几个连接同时执行 SQL 语句。
服务器发起请求，请求任务丢到任务队列，子线程从任务队列中取出任务，执行它的回调函数。获取连接时：连接池立即返回一个Future/Promise 或通过回调通知，调用线程不阻塞，子线程阻塞，可以继续处理其他任务。执行SQL时：发起查询后立即返回一个异步句柄，线程不等待结果；数据到达时通过回调、协程或响应式流处理。

mysql c/c++驱动（接口库）

• libmysqlclient (c) 性能高 往往通过这个进行封装，
• libmysqlcppconn c++实现，使用异常机制
• 上述驱动都是阻塞io的实现

mysql c/c++驱动需要实现那些？
mysql是基于TCP的， 字节流需要自定义包结构，（使用头部确定数据大小，使用指定字节作为数据尾部） 必须要实现mysql协议
io流程 注意这里是阻塞io
1、connect;
2、read、recv
3、write、send
4、close

实现（异步连接池）：
异步线程池基于线程池原理实现了连接池，每一个线程绑定了一个连接，生产者将SQL请求包装成任务，向任务队列中PUSH请求，消费者线程取出一个任务，基于当前连接访问数据库。 (如何拿到结果)线程池在插入任务时，构建promise，并会返回future对象给生产者，promise传递到消费者线程，执行任务对promise,set_value,对应的future可以拿到数据库返回结果。 细节： 任务的包装（sql task promise） 返回（callback future）
基于连接区执行命令，等待结果的过程是一个耗时操作；
考虑使用线程池实现

耗时操作需要占用一个线程 一条连接需要占用一个线程
返回结果在生产者线程执行 future / promise 机制（由于收到结果的是连接池的线程，但是实际是生产者线程需要，因此发出了请求，所以考虑将结果在两个线程间传递。

理解几个对象：

#pragma once   //独立执行线程

#include <thread>
#include <atomic>
#include <memory>

class MySQLConn;  // 依赖一个MySQLConn对象 前置声明，而不是#include "MySQLConn.h"  // 直接包含头文件，避免循环依赖

template <typename T>
class BlockingQueue;

class SQLOperation;  //封装一个请求，表示线程即将进行的操作
class MySQLWorker {
public:
    MySQLWorker(MySQLConn *conn, BlockingQueue<std::unique_ptr<SQLOperation>> &task_queue, int heartbeat_interval_ms);
    ~MySQLWorker();

    void Start();
    void Stop();
    void RequestStop();
private:
    void Worker();
    MySQLConn *conn_;
    std::thread worker_;  // 独立执行线程
    BlockingQueue<std::unique_ptr<SQLOperation>> &task_queue_;
    int heartbeat_interval_ms_;
    std::atomic<bool> should_stop_{false};
};

worker表征一个线程， 从事件队列取出operation，并执行事件（operation）,该operation基于连接conn_完成，返回的结果在operation中。

operation对象：
补充一个：promise//future 一中类似于条件变量c++11的通信方式； promise可以向future或者shared_future单向发送一次信息（数据或者异常），future或者shared_future接受一次信息； promise的主模板 用于两个线程的按照值进行传递；引用模板 按照引用传递； void版本只发送信号，没有值；

1/共享状态对象（由指针管理）会在promise中创建。 用于存放设置的值或异常 2/移动构造函数；3/使用promise中de 共享状态对象 构造future对象；注意：promise和future是一一对应的 4/ 获取共享状态对象的值 ；5/ 设置共享状态对象的异常

1/获取共享状态对象的结果，如果对应状态没有就绪，处于阻塞；等待其就绪。2/等待就绪；3/等待指定时长，返回状态码ready就绪\timeout未就绪\deferred deferred共享状态含有延缓执行函数（显示请求才会执行（async中））；4/等待到指定时间,返回状态码； 5/多个线程等待并读取同一个异步结果，实现future的复用
条件变量与promise/future的区别

言归正传，线程池每次请求，构建共享对象auto &future = promise.get_future(),自己持有future, 将promise层层传递到任务线程中，任务线程完成任务后，获得返回值，并设置promise.set_value(res); 线程池等待后获得future.get()，拿到数据库返回值;

关键

                      | 任务队列 task_queue_ | 回调队列 pending_queries_    |
                      | ---------------- | ------------------------ |
| 存放内容             | SQLOperation（待执行的SQL |QueryCallback（已提交、等结果的回调）
| 生产者              | 主线程 Query()            |主线程 AddQueryCallback()
| 消费者              | Worker 线程 PopWithTimeout|主线程轮询 InvokeIfReady
| 出队时机             | Worker 取出即出队         |回调执行完才出队（erase
| 同步机制             | 条件变量 not_empty_       |非阻塞轮询 wait_for(0s)

任务队列task_queue_，每一个工作线程在池的调度下，即池放出了接口Query，向任务队列中加任务SQLOperation指针，工作线程可以执行这个SQLOperation；任务的到来触发队列条件变量，使得那些在PopWithTimeout等待的线程继续执行，将SQLOperation带出去，并进行op->Execute(conn_);。多提一句，由于wait_for(lock, std::chrono::milliseconds(timeout_ms) 所以这个阻塞是存在超时的，如果超时，直接跳过，Worker查询连接心跳，再次循环等待。
有生产端使用的回调队列，对于每一个pool-》query的请求，对应回调QueryCallback，表示了请求结果和对应结果的处理函数。其中future和请求中的promise构成一对，待到线程执行完操作，promise.set——value，就获得触发future的值就有意义了。因此，我们使用pending_queries_数组把每个请求对应的回调管理起来。主函数轮询这个管理器，看哪个future就绪了，那提取内容，执行回调，并将其踢出数组。