连接池原来这么简单（一分钟系列）

一、如何通过连接访问下游

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工程架构中有很多访问下游的需求，下游包括但不限于服务/数据库/缓存，其通讯步骤是为：

(1)与下游建立一个连接

(2)通过这个连接，收发请求

(3)交互结束，关闭连接，释放资源

这个连接是什么呢，通过连接怎么调用下游接口?服务/数据库/缓存，官方会提供不同语言的Driver、Document、DemoCode来教使用方建立连接与调用接口，以MongoDB的C++官方Driver API为例(伪代码)：

 
 
  
  MongoDB的C++官方Driver API为例（伪代码）：   
  DBClientConnection* c = new DBClientConnection();   
  c->connect(“127.0.0.1:8888”);   
  c->insert(“db.s”, BSON(”shenjian”));   
  c->close();

这个DBClientConnection就是一个与MongoDB的连接，官方Driver通过它提供了若干API，让用户可以对MongoDB进行连接，增删查改，关闭的操作，从而实现不同的业务逻辑。

二、为什么需要连接池

当并发量很低的时候，上述伪代码没有任何问题，但当服务单机QPS达到几百、几千的时候，建立连接connect和销毁连接close就会成为瓶颈，此时该如何优化?

结论也很简单，服务启动的时候，先建立好若干连接Array[DBClientConnection]，当有请求过来的时候，从Array中取出一个，执行下游操作，执行完再放回，从而避免反复的建立和销毁连接，以提升性能。

而这个对Array[DBClientConnection]进行维护的数据结构，就是连接池。有了连接池之后，数据库操作的伪代码变为：

 
 
  
  DBClientConnection* c = ConnectionPool::GetConnection();   
  c->insert(“db.s”, BSON(”shenjian”));   
  ConnectionPool::FreeConnection(c);

三、连接池核心接口与实现

通过上面的讨论，可以看到连接池ConnectionPool主要有三个核心接口：

(1)Init：初始化好Array[DBClientConnection]，这个接口只在服务启动时调用一次

(2)GetConnection：请求每次需要访问数据库时，不是connect一个连接，而是通过连接池的这个接口来拿

(3)FreeConnection：请求每次访问完数据库时，不是close一个连接，而是把这个连接放回连接池

连接池核心数据结构：

(1)连接数组Array DBClientConnection [N]

(2)互斥锁数组Array lock[N]

连接池核心接口实现：

 
 
  
  Init(){   
   for i = 1 to N {   
    Array DBClientConnection [i] = new();   
    Array DBClientConnection [i]->connect();   
    Array lock[i] = 0;   
   }   
  }

说明：把所有连接和互斥锁初始化

 
 
  
  GetConnection()   
   for i = 1 to N {   
    if(Array lock[i] == 0){   
     Array lock[i] = 1;   
     return Array DBClientConnection[i];   
     }   
   }   
  }

说明：找一个可用的连接，锁住，并返回连接

 
 
  
  FreeConnection(c)   
   for i = 1 to N {   
   if(Array DBClientConnection [i] == c){   
     Array lock[i] = 0;   
     }   
    }   
  }

说明：找到连接，把锁释放

可以发现，简单的连接池管理并不是很复杂，基本原理即如上所述。

四、未尽事宜

上述伪代码忽略了一些细节，在实现连接池中是需要考虑的：

(1)如果连接全部被占用，是返回失败，还是让上游等待

(2)需要实施连接可用性检测

(3)为了让调用方更友好，可能还需要包装一层DAO层，让“连接”这个东西对调用方都是黑盒的

(4)通过freeArray，connectionMap可以让取连接和放回连接都达到O(1)时间复杂度

(5)可以通过hash实现id串行化

(6)负载均衡、故障转移、服务自动扩容都可以在这一层实现

【本文为专栏作者“58沈剑”原创稿件，转载请联系原作者】

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