** 有效发挥数据库的最大效率 **

snapbug

Dec 2003

1. 前言

数据库应用，在许多软件系统中经常用到，是开发中大型系统不可缺少的辅助。但如果对数据库资源没有很好地管理 ( 如：没有及时回收数据库的游标 (ResultSet) 、 Statement 、连接 (Connection) 等资源 ) ，往往会直接导致系统的稳定。这类不稳定因素，不单单由数据库或者系统本身一方引起，只有系统正式使用后，随着流量、用户的增加，才会逐步显露。

在基于 Java 开发的系统中， JDBC 是程序员和数据库打交道的主要途径，提供了完备的数据库操作方法接口。但考虑到规范的适用性， JDBC 只提供了最直接的数据库操作规范，对数据库资源管理，如：对物理连接的管理及缓冲，期望第三方应用服务器 (Application Server) 的提供。

本文，以 JDBC 规范为基础，介绍相关的数据库连接池机制，并就如果以简单的方式，实现有效地管理数据库资源介绍相关实现技术。

2. 连接池技术背景

2.1 JDBC

JDBC 是一个规范，遵循 JDBC 接口规范，各个数据库厂家各自实现自己的驱动程序 (Driver) ，如下图所示 :

应用在获取数据库连接时，需要以 URL 的方式指定是那种类型的 Driver ，在获得特定的连接后，可按照固定的接口操作不同类型的数据库，如 : 分别获取 Statement 、执行 SQL 获得 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();

在完成数据操作后，还一定要关闭所有涉及到的数据库资源。这虽然对应用程序的逻辑没有任何影响，但是关键的操作。上面是个简单的例子，如果搀和众多的 if-else 、 exception ，资源的管理也难免百密一疏。如同 C 中的内存泄漏问题， Java 系统也同样会面临崩溃的恶运。所以

数据库资源的管理依赖于应用系统本身，是不安全、不稳定的一种隐患。

2.2 JDBC 连接池

在标准 JDBC 对应用的接口中，并没有提供资源的管理方法。所以，缺省的资源管理由应用自己负责。虽然在 JDBC 规范中，多次提及资源的关闭 / 回收及其他的合理运用。但最稳妥的方式，还是为应用提供有效的管理手段。所以， JDBC 为第三方应用服务器（ Application Server ）提供了一个由数据库厂家实现的管理标准接口：连接缓冲 (connection pooling) 。引入了连接池 ( Connection Pool ) 的概念，也就是以缓冲池的机制管理数据库的资源。

JDBC 最常用的资源有三类 :

- Connection: 数据库连接。

- Statement: 会话声明。

- ResultSet: 结果集游标。

分别存在以下的关系：

这是一种 ‘ 爷 - 父 - 子 ’ 的关系，对 Connection 的管理，就是对数据库资源的管理。举个例子 : 如果想确定某个数据库连接 (Connection) 是否超时，则需要确定其（所有的）子 Statement 是否超时，同样，需要确定所有相关的 ResultSet 是否超时；在关闭 Connection 前，需要关闭所有相关的 Statement 和 ResultSet 。

因此，连接池 (Connection Pool) 所起到的作用，不仅仅简单地管理 Connection ，还涉及到 Statement 和 ResultSet 。

2.3 连接池 (ConnectionPool) 与资源管理

ConnectionPool 以缓冲池的机制，在一定数量上限范围内，控制管理 Connection ， Statement 和 ResultSet 。任何数据库的资源是有限的，如果被耗尽，则无法获得更多的数据服务。

** 在大多数情况下，资源的耗尽不是由于应用的正常负载过高，而是程序原因。 **

在实际工作中，数据资源往往是瓶颈资源，不同的应用都会访问同一数据源。其中某个应用耗尽了数据库资源后，意味其他的应用也无法正常运行。因此， ConnectionPool 的第一个任务是限制：每个应用或系统可以拥有的最大资源。也就是确定连接池的大小 (PoolSize) 。

ConnectionPool 的第二个任务：在连接池的大小 (PoolSize) 范围内，最大限度地使用资源，缩短数据库访问的使用周期。许多数据库中，连接（ Connection ）并不是资源的最小单元，控制 Statement 资源比 Connection 更重要。以 Oracle 为例：

> 每申请一个连接（ Connection ）会在物理网络（如 TCP/IP 网络）上建立一个用于通讯的连接，在此连接上还可以申请一定数量的 Statement 。同一连接可提供的活跃 Statement 数量可以达到几百。在节约网络资源的同时，缩短了每次会话周期（物理连接的建立是个费时的操作）。但在一般的应用中，多数按照 2.1 范例操作，这样有 10 个程序调用，则会产生 10 次物理连接，每个 Statement 单独占用一个物理连接，这是极大的资源浪费。 ConnectionPool 可以解决这个问题，让几十、几百个 Statement 只占用同一个物理连接，发挥数据库原有的优点。

通过 ConnectionPool 对资源的有效管理，应用可以获得的 Statement 总数到达：

（并发物理连接数） x （每个连接可提供的 Statement 数量）

例如某种数据库可同时建立的物理连接数为 200 个，每个连接可同时提供 250 个 Statement ，那么 ConnectionPool 最终为应用提供的并发 Statement 总数为 : 200 x 250 = 50,000 个。这是个并发数字，很少有系统会突破这个量级。所以在本节的开始，指出资源的耗尽与应用程序直接管理有关。

对资源的优化管理，很大程度上依靠数据库自身的 JDBC Driver 是否具备。有些数据库的 JDBC Driver 并不支持 Connection 与 Statement 之间的逻辑连接功能，如 SQLServer ，我们只能等待她自身的更新版本了。

对资源的申请、释放、回收、共享和同步，这些管理是复杂精密的。所以， ConnectionPool 另一个功能就是，封装这些操作，为应用提供简单的，甚至是不改变应用风格的调用接口。

3. 简单 JDBC 连接池的实现

根据第二章中原理机制， Snap-ConnectionPool （一种简单快速的连接池工具，可在 www.snapbug.net下载）按照部分的 JDBC 规范，实现了连接池所具备的对数据库资源有效管理功能。

3.1 体系描述

在 JDBC 规范中，应用通过驱动接口（ Driver Interface ）直接方法数据库的资源。为了有效、合理地管理资源，在应用与 JDBC Driver 之间，增加了连接池 : Snap-ConnectionPool 。并且通过面向对象的机制，使连接池的大部分操作是透明的。参见下图， Snap-ConnectionPool 的体系：

图中所示，通过实现 JDBC 的部分资源对象接口 ( Connection, Statement, ResultSet ) ，在 Snap-ConnectionPool 内部分别产生三种逻辑资源对象 : PooledConnection, PooledStatement 和 PooledResultSet 。它们也是连接池主要的管理操作对象，并且继承了 JDBC 中相应的从属关系。这样的体系有以下几个特点：

- ** 透明性 ** 。在不改变应用原有的使用 JDBC 驱动接口的前提下，提供资源管理的服务。应用系统，如同原有的 JDBC ，使用连接池提供的逻辑对象资源。简化了应用程序的连接池改造。

- ** 资源封装 ** 。复杂的资源管理被封装在 Snap-ConnectionPool 内部，不需要应用系统过多的干涉。管理操作的可靠性、安全性由连接池保证。应用的干涉（如：主动关闭资源），只起到优化系统性能的作用，遗漏操作不会带来负面影响。

- ** 资源合理应用 ** 。按照 JDBC 中资源的从属关系， Snap-ConnectionPool 不仅对 Connection 进行缓冲处理，对 Statement 也有相应的机制处理。在 2.3 已描述，合理运用 Connection 和 Statement 之间的关系，可以更大限度地使用资源。所以， Snap-ConnectionPool 封装了 Connection 资源，通过内部管理 PooledConnection ，为应用系统提供更多的 Statement 资源。

- ** 资源连锁管理 ** 。 Snap-ConnectionPool 包含的三种逻辑对象，继承了 JDBC 中相应对象之间的从属关系。在内部管理中，也依照从属关系进行连锁管理。例如：判断一个 Connection 是否超时，需要根据所包含的 Statement 是否活跃；判断 Statement 也要根据 ResultSet 的活跃程度。

3.2 连接池集中管理 ConnectionManager

ConnectionPool 是 Snap-ConnectionPool 的连接池对象。在 Snap-ConnectionPool 内部，可以指定多个不同的连接池 (ConnectionPool) 为应用服务。 ConnectionManager 管理所有的连接池，每个连接池以不同的名称区别。通过配置文件适应不同的数据库种类。如下图所示：

通过 ConnectionManager ，可以同时管理多个不同的连接池，提供通一的管理界面。在应用系统中通过 ConnectionManager 和相关的配置文件，可以将凌乱散落在各自应用程序中的数据库配置信息（包括：数据库名、用户、密码等信息），集中在一个文件中。便于系统的维护工作。

3.3 连接池使用范例

对 2.1 的标准 JDBC 的使用范例，改为使用连接池，结果如下：

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 封装了应用对 Connection 的管理。只要改变 JDBC 获取 Connection 的方法，为获取连接池 (ConnectionPool)( 粗体部分 ) ，其他的数据操作都可以不做修改。按照这样的方式， Snap-ConnectionPool 可帮助应用有效地管理数据库资源。如果应用忽视了最后资源的释放 : rs.close() 和 st.close() ，连接池会通过超时 (time-out) 机制，自动回收。

4. 小结

无论是 Snap-ConnectionPool 还是其他的数据库连接池，都应当具备一下基本功能：

- 对源数据库资源的保护

- 充分利用发挥数据库的有效资源

- 简化应用的数据库接口，封闭资源管理。

<P class=MsoBodyTextIndent style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt 49.5pt;