Java數據庫連接池實現原理

 

 

一般來說，Java應用程序訪問數據庫的過程是：
　　①裝載數據庫驅動程序；
　　②通過jdbc建立數據庫連接；
　　③訪問數據庫，執行sql語句；

　　④斷開數據庫連接。

 

public class DBConnection {

    private Connection con;         //定義數據庫連接類對象
    private PreparedStatement pstm;
    private String user="root";     //連接數據庫用戶名
    private String password="123456";       //連接數據庫密碼
    private String driverName="com.mysql.jdbc.Driver";  //數據庫驅動
    private String url="jdbc:mysql://localhost:3306/qingqingtuan";
//連接數據庫的URL,后面的是為了防止插入數據 庫出現亂碼，?useUnicode=true&characterEncoding=UTF-8
//構造函數
public DBConnection(){

}
/**創建數據庫連接*/
public Connection getConnection(){
    try{
        Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");
    }catch(ClassNotFoundException e){
        System.out.println("加載數據庫驅動失敗！");
        e.printStackTrace();
    }
    try {
        con=DriverManager.getConnection(url,user,password);     //獲取數據庫連接
    } catch (SQLException e) {
        System.out.println("創建數據庫連接失敗！");
        con=null;
        e.printStackTrace();
    }
    return con;                 //返回數據庫連接對象
}
 List<Shop> mShopList=new ArrayList<Shop>();
         mConnection=new DBConnection().getConnection();
         if(mConnection!=null){
            try {
                String sql="select * from shop";
                PreparedStatement pstm=mConnection.prepareStatement(sql);
                ResultSet rs=pstm.executeQuery();
                while(rs.next()){
                                ......//封裝PoPj的操作
                                }
                                rs.close();
                pstm.close();
            } catch (SQLException e) {
                e.printStackTrace();
            }finally{
                try {
                    if(mConnection!=null){
                        mConnection.close();
                    }
                } catch (SQLException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

 

                     

 

程序開發過程中，存在很多問題：

首先，每一次web請求都要建立一次數據庫連接。建立連接是一個費時的活動，每次都得花費0.05s～1s的時間，而且系統還要分配內存資源。這個時間對於一次或幾次數據庫操作，或許感覺不出系統有多大的開銷。

可是對於現在的web應用，尤其是大型電子商務網站，同時有幾百人甚至幾千人在線是很正常的事。在這種情況下，頻繁的進行數據庫連接操作勢必占用很多的系統資源，網站的響應速度必定下降，嚴重的甚至會造成服務器的崩潰。不是危言聳聽，這就是制約某些電子商務網站發展的技術瓶頸問題。其次，對於每一次數據庫連接，使用完后都得斷開。否則，如果程序出現異常而未能關閉，將會導致數據庫系統中的內存泄漏，最終將不得不重啟數據庫

     通過上面的分析，我們可以看出來，“數據庫連接”是一種稀缺的資源，為了保障網站的正常使用，應該對其進行妥善管理。實現getConnection()從連接庫中獲取一個可用的連接
③ returnConnection(conn) 提供將連接放回連接池中方法

 

ConnectionPool.java

 

//////////////////////////////// 數據庫連接池類 ConnectionPool.java ////////////////////////////////////////

/*
 這個例子是根據POSTGRESQL數據庫寫的，
 請用的時候根據實際的數據庫調整。
 調用方法如下：
 ①　ConnectionPool connPool
 = new ConnectionPool("com.microsoft.jdbc.sqlserver.SQLServerDriver"
 ,"jdbc:microsoft:sqlserver://localhost:1433;DatabaseName=MyDataForTest"
 ,"Username"
 ,"Password");
 ②　connPool .createPool();
 Connection conn = connPool .getConnection();
 connPool.returnConnection(conn);
 connPool.refreshConnections();
 connPool.closeConnectionPool();
 */
import java.sql.Connection;
import java.sql.DatabaseMetaData;
import java.sql.Driver;
import java.sql.DriverManager;
import java.sql.SQLException;
import java.sql.Statement;
import java.util.Enumeration;
import java.util.Vector;

public class ConnectionPool {
    private String jdbcDriver = ""; // 數據庫驅動
    private String dbUrl = ""; // 數據 URL
    private String dbUsername = ""; // 數據庫用戶名
    private String dbPassword = ""; // 數據庫用戶密碼
    private String testTable = ""; // 測試連接是否可用的測試表名，默認沒有測試表

    private int initialConnections = 10; // 連接池的初始大小
    private int incrementalConnections = 5;// 連接池自動增加的大小
    private int maxConnections = 50; // 連接池最大的大小
    private Vector connections = null; // 存放連接池中數據庫連接的向量 , 初始時為 null
    // 它中存放的對象為 PooledConnection 型

    /**
     * 構造函數
     *
     * @param jdbcDriver
     *            String JDBC 驅動類串
     * @param dbUrl
     *            String 數據庫 URL
     * @param dbUsername
     *            String 連接數據庫用戶名
     * @param dbPassword
     *            String 連接數據庫用戶的密碼
     *
     */
    public ConnectionPool(String jdbcDriver, String dbUrl, String dbUsername,
            String dbPassword) {
        this.jdbcDriver = jdbcDriver;
        this.dbUrl = dbUrl;
        this.dbUsername = dbUsername;
        this.dbPassword = dbPassword;
    }

    /**
     * 返回連接池的初始大小
     *
     * @return 初始連接池中可獲得的連接數量
     */
    public int getInitialConnections() {
        return this.initialConnections;
    }
    /**
     * 設置連接池的初始大小
     *
     * @param 用於設置初始連接池中連接的數量
     */
    public void setInitialConnections(int initialConnections) {
        this.initialConnections = initialConnections;
    }
    /**
     * 返回連接池自動增加的大小 、
     *
     * @return 連接池自動增加的大小
     */
    public int getIncrementalConnections() {
        return this.incrementalConnections;
    }
    /**
     * 設置連接池自動增加的大小
     *
     * @param 連接池自動增加的大小
     */

    public void setIncrementalConnections(int incrementalConnections) {
        this.incrementalConnections = incrementalConnections;
    }
    /**
     * 返回連接池中最大的可用連接數量
     *
     * @return 連接池中最大的可用連接數量
     */
    public int getMaxConnections() {
        return this.maxConnections;
    }
    /**
     * 設置連接池中最大可用的連接數量
     *
     * @param 設置連接池中最大可用的連接數量值
     */
    public void setMaxConnections(int maxConnections) {
        this.maxConnections = maxConnections;
    }

    /**
     * 獲取測試數據庫表的名字
     *
     * @return 測試數據庫表的名字
     */

    public String getTestTable() {
        return this.testTable;
    }

    /**
     * 設置測試表的名字
     *
     * @param testTable
     *            String 測試表的名字
     */

    public void setTestTable(String testTable) {
        this.testTable = testTable;
    }

    /**
     *
     * 創建一個數據庫連接池，連接池中的可用連接的數量采用類成員 initialConnections 中設置的值
     */

    public synchronized void createPool() throws Exception {
        // 確保連接池沒有創建
        // 如果連接池己經創建了，保存連接的向量 connections 不會為空
        if (connections != null) {
            return; // 如果己經創建，則返回
        }
        // 實例化 JDBC Driver 中指定的驅動類實例
        Driver driver = (Driver) (Class.forName(this.jdbcDriver).newInstance());
        DriverManager.registerDriver(driver); // 注冊 JDBC 驅動程序
        // 創建保存連接的向量 , 初始時有 0 個元素
        connections = new Vector();
        // 根據 initialConnections 中設置的值，創建連接。
        createConnections(this.initialConnections);
        // System.out.println(" 數據庫連接池創建成功！ ");
    }

    /**
     * 創建由 numConnections 指定數目的數據庫連接 , 並把這些連接 放入 connections 向量中
     *
     * @param numConnections
     *            要創建的數據庫連接的數目
     */

    private void createConnections(int numConnections) throws SQLException {
        // 循環創建指定數目的數據庫連接
        for (int x = 0; x < numConnections; x++) {
            // 是否連接池中的數據庫連接的數量己經達到最大？最大值由類成員 maxConnections
            // 指出，如果 maxConnections 為 0 或負數，表示連接數量沒有限制。
            // 如果連接數己經達到最大，即退出。
            if (this.maxConnections > 0
                    && this.connections.size() >= this.maxConnections) {
                break;
            }
            // add a new PooledConnection object to connections vector
            // 增加一個連接到連接池中（向量 connections 中）
            try {
                connections.addElement(new PooledConnection(newConnection()));
            } catch (SQLException e) {
                System.out.println(" 創建數據庫連接失敗！ " + e.getMessage());
                throw new SQLException();
            }
            // System.out.println(" 數據庫連接己創建 ......");
        }
    }
    /**
     * 創建一個新的數據庫連接並返回它
     *
     * @return 返回一個新創建的數據庫連接
     */
    private Connection newConnection() throws SQLException {
        // 創建一個數據庫連接
        Connection conn = DriverManager.getConnection(dbUrl, dbUsername,
                dbPassword);
        // 如果這是第一次創建數據庫連接，即檢查數據庫，獲得此數據庫允許支持的
        // 最大客戶連接數目
        // connections.size()==0 表示目前沒有連接己被創建
        if (connections.size() == 0) {
            DatabaseMetaData metaData = conn.getMetaData();
            int driverMaxConnections = metaData.getMaxConnections();
            // 數據庫返回的 driverMaxConnections 若為 0 ，表示此數據庫沒有最大
            // 連接限制，或數據庫的最大連接限制不知道
            // driverMaxConnections 為返回的一個整數，表示此數據庫允許客戶連接的數目
            // 如果連接池中設置的最大連接數量大於數據庫允許的連接數目 , 則置連接池的最大
            // 連接數目為數據庫允許的最大數目
            if (driverMaxConnections > 0
                    && this.maxConnections > driverMaxConnections) {
                this.maxConnections = driverMaxConnections;
            }
        }
        return conn; // 返回創建的新的數據庫連接
    }

    /**
     * 通過調用 getFreeConnection() 函數返回一個可用的數據庫連接 , 如果當前沒有可用的數據庫連接，並且更多的數據庫連接不能創
     * 建（如連接池大小的限制），此函數等待一會再嘗試獲取。
     *
     * @return 返回一個可用的數據庫連接對象
     */

    public synchronized Connection getConnection() throws SQLException {
        // 確保連接池己被創建
        if (connections == null) {
            return null; // 連接池還沒創建，則返回 null
        }
        Connection conn = getFreeConnection(); // 獲得一個可用的數據庫連接
        // 如果目前沒有可以使用的連接，即所有的連接都在使用中
        while (conn == null) {
            // 等一會再試
            // System.out.println("Wait");
            wait(250);
            conn = getFreeConnection(); // 重新再試，直到獲得可用的連接，如果
            // getFreeConnection() 返回的為 null
            // 則表明創建一批連接后也不可獲得可用連接
        }
        return conn;// 返回獲得的可用的連接
    }

    /**
     * 本函數從連接池向量 connections 中返回一個可用的的數據庫連接，如果 當前沒有可用的數據庫連接，本函數則根據
     * incrementalConnections 設置 的值創建幾個數據庫連接，並放入連接池中。 如果創建后，所有的連接仍都在使用中，則返回 null
     *
     * @return 返回一個可用的數據庫連接
     */
    private Connection getFreeConnection() throws SQLException {
        // 從連接池中獲得一個可用的數據庫連接
        Connection conn = findFreeConnection();
        if (conn == null) {
            // 如果目前連接池中沒有可用的連接
            // 創建一些連接
            createConnections(incrementalConnections);
            // 重新從池中查找是否有可用連接
            conn = findFreeConnection();
            if (conn == null) {
                // 如果創建連接后仍獲得不到可用的連接，則返回 null
                return null;
            }
        }
        return conn;
    }

    /**
     * 查找連接池中所有的連接，查找一個可用的數據庫連接， 如果沒有可用的連接，返回 null
     *
     * @return 返回一個可用的數據庫連接
     */

    private Connection findFreeConnection() throws SQLException {
        Connection conn = null;
        PooledConnection pConn = null;
        // 獲得連接池向量中所有的對象
        Enumeration enumerate = connections.elements();
        // 遍歷所有的對象，看是否有可用的連接
        while (enumerate.hasMoreElements()) {
            pConn = (PooledConnection) enumerate.nextElement();
            if (!pConn.isBusy()) {
                // 如果此對象不忙，則獲得它的數據庫連接並把它設為忙
                conn = pConn.getConnection();
                pConn.setBusy(true);
                // 測試此連接是否可用
                if (!testConnection(conn)) {
                    // 如果此連接不可再用了，則創建一個新的連接，
                    // 並替換此不可用的連接對象，如果創建失敗，返回 null
                    try {
                        conn = newConnection();
                    } catch (SQLException e) {
                        System.out.println(" 創建數據庫連接失敗！ " + e.getMessage());
                        return null;
                    }
                    pConn.setConnection(conn);
                }
                break; // 己經找到一個可用的連接，退出
            }
        }
        return conn;// 返回找到到的可用連接
    }

    /**
     * 測試一個連接是否可用，如果不可用，關掉它並返回 false 否則可用返回 true
     *
     * @param conn
     *            需要測試的數據庫連接
     * @return 返回 true 表示此連接可用， false 表示不可用
     */

    private boolean testConnection(Connection conn) {
        try {
            // 判斷測試表是否存在
            if (testTable.equals("")) {
                // 如果測試表為空，試着使用此連接的 setAutoCommit() 方法
                // 來判斷連接否可用（此方法只在部分數據庫可用，如果不可用 ,
                // 拋出異常）。注意：使用測試表的方法更可靠
                conn.setAutoCommit(true);
            } else {// 有測試表的時候使用測試表測試
                // check if this connection is valid
                Statement stmt = conn.createStatement();
                stmt.execute("select count(*) from " + testTable);
            }
        } catch (SQLException e) {
            // 上面拋出異常，此連接己不可用，關閉它，並返回 false;
            closeConnection(conn);
            return false;
        }
        // 連接可用，返回 true
        return true;
    }

    /**
     * 此函數返回一個數據庫連接到連接池中，並把此連接置為空閑。 所有使用連接池獲得的數據庫連接均應在不使用此連接時返回它。
     *
     * @param 需返回到連接池中的連接對象
     */

    public void returnConnection(Connection conn) {
        // 確保連接池存在，如果連接沒有創建（不存在），直接返回
        if (connections == null) {
            System.out.println(" 連接池不存在，無法返回此連接到連接池中 !");
            return;
        }
        PooledConnection pConn = null;
        Enumeration enumerate = connections.elements();
        // 遍歷連接池中的所有連接，找到這個要返回的連接對象
        while (enumerate.hasMoreElements()) {
            pConn = (PooledConnection) enumerate.nextElement();
            // 先找到連接池中的要返回的連接對象
            if (conn == pConn.getConnection()) {
                // 找到了 , 設置此連接為空閑狀態
                pConn.setBusy(false);
                break;
            }
        }
    }

    /**
     * 刷新連接池中所有的連接對象
     *
     */

    public synchronized void refreshConnections() throws SQLException {
        // 確保連接池己創新存在
        if (connections == null) {
            System.out.println(" 連接池不存在，無法刷新 !");
            return;
        }
        PooledConnection pConn = null;
        Enumeration enumerate = connections.elements();
        while (enumerate.hasMoreElements()) {
            // 獲得一個連接對象
            pConn = (PooledConnection) enumerate.nextElement();
            // 如果對象忙則等 5 秒 ,5 秒后直接刷新
            if (pConn.isBusy()) {
                wait(5000); // 等 5 秒
            }
            // 關閉此連接，用一個新的連接代替它。
            closeConnection(pConn.getConnection());
            pConn.setConnection(newConnection());
            pConn.setBusy(false);
        }
    }

    /**
     * 關閉連接池中所有的連接，並清空連接池。
     */

    public synchronized void closeConnectionPool() throws SQLException {
        // 確保連接池存在，如果不存在，返回
        if (connections == null) {
            System.out.println(" 連接池不存在，無法關閉 !");
            return;
        }
        PooledConnection pConn = null;
        Enumeration enumerate = connections.elements();
        while (enumerate.hasMoreElements()) {
            pConn = (PooledConnection) enumerate.nextElement();
            // 如果忙，等 5 秒
            if (pConn.isBusy()) {
                wait(5000); // 等 5 秒
            }
            // 5 秒后直接關閉它
            closeConnection(pConn.getConnection());
            // 從連接池向量中刪除它
            connections.removeElement(pConn);
        }
        // 置連接池為空
        connections = null;
    }

    /**
     * 關閉一個數據庫連接
     *
     * @param 需要關閉的數據庫連接
     */

    private void closeConnection(Connection conn) {
        try {
            conn.close();
        } catch (SQLException e) {
            System.out.println(" 關閉數據庫連接出錯： " + e.getMessage());
        }
    }
    /**
     * 使程序等待給定的毫秒數
     *
     * @param 給定的毫秒數
     */

    private void wait(int mSeconds) {
        try {
            Thread.sleep(mSeconds);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
    }
    /**
     *
     * 內部使用的用於保存連接池中連接對象的類 此類中有兩個成員，一個是數據庫的連接，另一個是指示此連接是否 正在使用的標志。
     */

    class PooledConnection {
        Connection connection = null;// 數據庫連接
        boolean busy = false; // 此連接是否正在使用的標志，默認沒有正在使用

        // 構造函數，根據一個 Connection 構告一個 PooledConnection 對象
        public PooledConnection(Connection connection) {
            this.connection = connection;
        }

        // 返回此對象中的連接
        public Connection getConnection() {
            return connection;
        }

        // 設置此對象的，連接
        public void setConnection(Connection connection) {
            this.connection = connection;
        }

        // 獲得對象連接是否忙
        public boolean isBusy() {
            return busy;
        }

        // 設置對象的連接正在忙
        public void setBusy(boolean busy) {
            this.busy = busy;
        }
    }

}

//////////////////////////////// 數據庫連接池類 ConnectionPool.java ////////////////////////////////////////

ConnectionPoolUtils.java

 

 

/*連接池工具類，返回唯一的一個數據庫連接池對象,單例模式*/
public class ConnectionPoolUtils {
    private ConnectionPoolUtils(){};//私有靜態方法
    private static ConnectionPool poolInstance = null;
    public static ConnectionPool GetPoolInstance(){
        if(poolInstance == null) {
            poolInstance = new ConnectionPool(
                    "com.mysql.jdbc.Driver",
                    "jdbc:mysql://localhost:3306/test?useUnicode=true&characterEncoding=utf-8",
                    "root", "123456");
            try {
                poolInstance.createPool();
            } catch (Exception e) {
                // TODO Auto-generated catch block
                e.printStackTrace();
            }
        }
        return poolInstance;
    }
}

ConnectionPoolTest.java

 

 

import java.sql.Connection;
import java.sql.DriverManager;
import java.sql.ResultSet;
import java.sql.SQLException;
import java.sql.Statement;


public class ConnectionTest {

    /**
     * @param args
     * @throws Exception
     */
    public static void main(String[] args) throws Exception {
         try {
                  /*使用連接池創建100個連接的時間*/
                   /*// 創建數據庫連接庫對象
                   ConnectionPool connPool = new ConnectionPool("com.mysql.jdbc.Driver","jdbc:mysql://localhost:3306/test", "root", "123456");
                   // 新建數據庫連接庫
                   connPool.createPool();*/

                  ConnectionPool  connPool=ConnectionPoolUtils.GetPoolInstance();//單例模式創建連接池對象
                    // SQL測試語句
                   String sql = "Select * from pet";
                   // 設定程序運行起始時間
                   long start = System.currentTimeMillis();
                         // 循環測試100次數據庫連接
                          for (int i = 0; i < 100; i++) {
                              Connection conn = connPool.getConnection(); // 從連接庫中獲取一個可用的連接
                              Statement stmt = conn.createStatement();
                              ResultSet rs = stmt.executeQuery(sql);
                              while (rs.next()) {
                                  String name = rs.getString("name");
                               //  System.out.println("查詢結果" + name);
                              }
                              rs.close();
                              stmt.close();
                              connPool.returnConnection(conn);// 連接使用完后釋放連接到連接池
                          }
                          System.out.println("經過100次的循環調用，使用連接池花費的時間:"+ (System.currentTimeMillis() - start) + "ms");
                          // connPool.refreshConnections();//刷新數據庫連接池中所有連接，即不管連接是否正在運行，都把所有連接都釋放並放回到連接池。注意：這個耗時比較大。
                         connPool.closeConnectionPool();// 關閉數據庫連接池。注意：這個耗時比較大。
                          // 設定程序運行起始時間
                          start = System.currentTimeMillis();

                          /*不使用連接池創建100個連接的時間*/
                         // 導入驅動
                          Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");
                          for (int i = 0; i < 100; i++) {
                              // 創建連接
                             Connection conn = DriverManager.getConnection(
                                      "jdbc:mysql://localhost:3306/test", "root", "123456");
                              Statement stmt = conn.createStatement();
                              ResultSet rs = stmt.executeQuery(sql);
                             while (rs.next()) {
                              }
                             rs.close();
                             stmt.close();
                             conn.close();// 關閉連接
                         }
                         System.out.println("經過100次的循環調用，不使用連接池花費的時間:"
                                 + (System.currentTimeMillis() - start) + "ms");
                     } catch (SQLException e) {
                        e.printStackTrace();
                     } catch (ClassNotFoundException e) {
                         e.printStackTrace();
                    }
    }