Java数据库连接池实现原理

 

 

一般来说，Java应用程序访问数据库的过程是：
　　①装载数据库驱动程序；
　　②通过jdbc建立数据库连接；
　　③访问数据库，执行sql语句；

　　④断开数据库连接。

public class DBConnection {

    private Connection con;         //定义数据库连接类对象
    private PreparedStatement pstm;
    private String user="root";     //连接数据库用户名
    private String password="123456";       //连接数据库密码
    private String driverName="com.mysql.jdbc.Driver";  //数据库驱动
    private String url="jdbc:mysql://localhost:3306/qingqingtuan";
//连接数据库的URL,后面的是为了防止插入数据 库出现乱码，?useUnicode=true&characterEncoding=UTF-8
//构造函数
public DBConnection(){

}
/**创建数据库连接*/
public Connection getConnection(){
    try{
        Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");
    }catch(ClassNotFoundException e){
        System.out.println("加载数据库驱动失败！");
        e.printStackTrace();
    }
    try {
        con=DriverManager.getConnection(url,user,password);     //获取数据库连接
    } catch (SQLException e) {
        System.out.println("创建数据库连接失败！");
        con=null;
        e.printStackTrace();
    }
    return con;                 //返回数据库连接对象
}
 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()){
                                ......//封装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();
                }
            }

                     

程序开发过程中，存在很多问题：

首先，每一次web请求都要建立一次数据库连接。建立连接是一个费时的活动，每次都得花费0.05s～1s的时间，而且系统还要分配内存资源。这个时间对于一次或几次数据库操作，或许感觉不出系统有多大的开销。

可是对于现在的web应用，尤其是大型电子商务网站，同时有几百人甚至几千人在线是很正常的事。在这种情况下，频繁的进行数据库连接操作势必占用很多的系统资源，网站的响应速度必定下降，严重的甚至会造成服务器的崩溃。不是危言耸听，这就是制约某些电子商务网站发展的技术瓶颈问题。其次，对于每一次数据库连接，使用完后都得断开。否则，如果程序出现异常而未能关闭，将会导致数据库系统中的内存泄漏，最终将不得不重启数据库

     通过上面的分析，我们可以看出来，“数据库连接”是一种稀缺的资源，为了保障网站的正常使用，应该对其进行妥善管理。实现getConnection()从连接库中获取一个可用的连接
③ returnConnection(conn) 提供将连接放回连接池中方法

ConnectionPool.java

//////////////////////////////// 数据库连接池类 ConnectionPool.java ////////////////////////////////////////

/*
 这个例子是根据POSTGRESQL数据库写的，
 请用的时候根据实际的数据库调整。
 调用方法如下：
 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 = ""; // 数据库驱动
    private String dbUrl = ""; // 数据 URL
    private String dbUsername = ""; // 数据库用户名
    private String dbPassword = ""; // 数据库用户密码
    private String testTable = ""; // 测试连接是否可用的测试表名，默认没有测试表

    private int initialConnections = 10; // 连接池的初始大小
    private int incrementalConnections = 5;// 连接池自动增加的大小
    private int maxConnections = 50; // 连接池最大的大小
    private Vector connections = null; // 存放连接池中数据库连接的向量 , 初始时为 null
    // 它中存放的对象为 PooledConnection 型

    /**
     * 构造函数
     *
     * @param jdbcDriver
     *            String JDBC 驱动类串
     * @param dbUrl
     *            String 数据库 URL
     * @param dbUsername
     *            String 连接数据库用户名
     * @param dbPassword
     *            String 连接数据库用户的密码
     *
     */
    public ConnectionPool(String jdbcDriver, String dbUrl, String dbUsername,
            String dbPassword) {
        this.jdbcDriver = jdbcDriver;
        this.dbUrl = dbUrl;
        this.dbUsername = dbUsername;
        this.dbPassword = dbPassword;
    }

    /**
     * 返回连接池的初始大小
     *
     * @return 初始连接池中可获得的连接数量
     */
    public int getInitialConnections() {
        return this.initialConnections;
    }
    /**
     * 设置连接池的初始大小
     *
     * @param 用于设置初始连接池中连接的数量
     */
    public void setInitialConnections(int initialConnections) {
        this.initialConnections = initialConnections;
    }
    /**
     * 返回连接池自动增加的大小 、
     *
     * @return 连接池自动增加的大小
     */
    public int getIncrementalConnections() {
        return this.incrementalConnections;
    }
    /**
     * 设置连接池自动增加的大小
     *
     * @param 连接池自动增加的大小
     */

    public void setIncrementalConnections(int incrementalConnections) {
        this.incrementalConnections = incrementalConnections;
    }
    /**
     * 返回连接池中最大的可用连接数量
     *
     * @return 连接池中最大的可用连接数量
     */
    public int getMaxConnections() {
        return this.maxConnections;
    }
    /**
     * 设置连接池中最大可用的连接数量
     *
     * @param 设置连接池中最大可用的连接数量值
     */
    public void setMaxConnections(int maxConnections) {
        this.maxConnections = maxConnections;
    }

    /**
     * 获取测试数据库表的名字
     *
     * @return 测试数据库表的名字
     */

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

    /**
     * 设置测试表的名字
     *
     * @param testTable
     *            String 测试表的名字
     */

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

    /**
     *
     * 创建一个数据库连接池，连接池中的可用连接的数量采用类成员 initialConnections 中设置的值
     */

    public synchronized void createPool() throws Exception {
        // 确保连接池没有创建
        // 如果连接池己经创建了，保存连接的向量 connections 不会为空
        if (connections != null) {
            return; // 如果己经创建，则返回
        }
        // 实例化 JDBC Driver 中指定的驱动类实例
        Driver driver = (Driver) (Class.forName(this.jdbcDriver).newInstance());
        DriverManager.registerDriver(driver); // 注册 JDBC 驱动程序
        // 创建保存连接的向量 , 初始时有 0 个元素
        connections = new Vector();
        // 根据 initialConnections 中设置的值，创建连接。
        createConnections(this.initialConnections);
        // System.out.println(" 数据库连接池创建成功！ ");
    }

    /**
     * 创建由 numConnections 指定数目的数据库连接 , 并把这些连接 放入 connections 向量中
     *
     * @param numConnections
     *            要创建的数据库连接的数目
     */

    private void createConnections(int numConnections) throws SQLException {
        // 循环创建指定数目的数据库连接
        for (int x = 0; x < numConnections; x++) {
            // 是否连接池中的数据库连接的数量己经达到最大？最大值由类成员 maxConnections
            // 指出，如果 maxConnections 为 0 或负数，表示连接数量没有限制。
            // 如果连接数己经达到最大，即退出。
            if (this.maxConnections > 0
                    && this.connections.size() >= this.maxConnections) {
                break;
            }
            // add a new PooledConnection object to connections vector
            // 增加一个连接到连接池中（向量 connections 中）
            try {
                connections.addElement(new PooledConnection(newConnection()));
            } catch (SQLException e) {
                System.out.println(" 创建数据库连接失败！ " + e.getMessage());
                throw new SQLException();
            }
            // System.out.println(" 数据库连接己创建 ......");
        }
    }
    /**
     * 创建一个新的数据库连接并返回它
     *
     * @return 返回一个新创建的数据库连接
     */
    private Connection newConnection() throws SQLException {
        // 创建一个数据库连接
        Connection conn = DriverManager.getConnection(dbUrl, dbUsername,
                dbPassword);
        // 如果这是第一次创建数据库连接，即检查数据库，获得此数据库允许支持的
        // 最大客户连接数目
        // connections.size()==0 表示目前没有连接己被创建
        if (connections.size() == 0) {
            DatabaseMetaData metaData = conn.getMetaData();
            int driverMaxConnections = metaData.getMaxConnections();
            // 数据库返回的 driverMaxConnections 若为 0 ，表示此数据库没有最大
            // 连接限制，或数据库的最大连接限制不知道
            // driverMaxConnections 为返回的一个整数，表示此数据库允许客户连接的数目
            // 如果连接池中设置的最大连接数量大于数据库允许的连接数目 , 则置连接池的最大
            // 连接数目为数据库允许的最大数目
            if (driverMaxConnections > 0
                    && this.maxConnections > driverMaxConnections) {
                this.maxConnections = driverMaxConnections;
            }
        }
        return conn; // 返回创建的新的数据库连接
    }

    /**
     * 通过调用 getFreeConnection() 函数返回一个可用的数据库连接 , 如果当前没有可用的数据库连接，并且更多的数据库连接不能创
     * 建（如连接池大小的限制），此函数等待一会再尝试获取。
     *
     * @return 返回一个可用的数据库连接对象
     */

    public synchronized Connection getConnection() throws SQLException {
        // 确保连接池己被创建
        if (connections == null) {
            return null; // 连接池还没创建，则返回 null
        }
        Connection conn = getFreeConnection(); // 获得一个可用的数据库连接
        // 如果目前没有可以使用的连接，即所有的连接都在使用中
        while (conn == null) {
            // 等一会再试
            // System.out.println("Wait");
            wait(250);
            conn = getFreeConnection(); // 重新再试，直到获得可用的连接，如果
            // getFreeConnection() 返回的为 null
            // 则表明创建一批连接后也不可获得可用连接
        }
        return conn;// 返回获得的可用的连接
    }

    /**
     * 本函数从连接池向量 connections 中返回一个可用的的数据库连接，如果 当前没有可用的数据库连接，本函数则根据
     * incrementalConnections 设置 的值创建几个数据库连接，并放入连接池中。 如果创建后，所有的连接仍都在使用中，则返回 null
     *
     * @return 返回一个可用的数据库连接
     */
    private Connection getFreeConnection() throws SQLException {
        // 从连接池中获得一个可用的数据库连接
        Connection conn = findFreeConnection();
        if (conn == null) {
            // 如果目前连接池中没有可用的连接
            // 创建一些连接
            createConnections(incrementalConnections);
            // 重新从池中查找是否有可用连接
            conn = findFreeConnection();
            if (conn == null) {
                // 如果创建连接后仍获得不到可用的连接，则返回 null
                return null;
            }
        }
        return conn;
    }

    /**
     * 查找连接池中所有的连接，查找一个可用的数据库连接， 如果没有可用的连接，返回 null
     *
     * @return 返回一个可用的数据库连接
     */

    private Connection findFreeConnection() throws SQLException {
        Connection conn = null;
        PooledConnection pConn = null;
        // 获得连接池向量中所有的对象
        Enumeration enumerate = connections.elements();
        // 遍历所有的对象，看是否有可用的连接
        while (enumerate.hasMoreElements()) {
            pConn = (PooledConnection) enumerate.nextElement();
            if (!pConn.isBusy()) {
                // 如果此对象不忙，则获得它的数据库连接并把它设为忙
                conn = pConn.getConnection();
                pConn.setBusy(true);
                // 测试此连接是否可用
                if (!testConnection(conn)) {
                    // 如果此连接不可再用了，则创建一个新的连接，
                    // 并替换此不可用的连接对象，如果创建失败，返回 null
                    try {
                        conn = newConnection();
                    } catch (SQLException e) {
                        System.out.println(" 创建数据库连接失败！ " + e.getMessage());
                        return null;
                    }
                    pConn.setConnection(conn);
                }
                break; // 己经找到一个可用的连接，退出
            }
        }
        return conn;// 返回找到到的可用连接
    }

    /**
     * 测试一个连接是否可用，如果不可用，关掉它并返回 false 否则可用返回 true
     *
     * @param conn
     *            需要测试的数据库连接
     * @return 返回 true 表示此连接可用， false 表示不可用
     */

    private boolean testConnection(Connection conn) {
        try {
            // 判断测试表是否存在
            if (testTable.equals("")) {
                // 如果测试表为空，试着使用此连接的 setAutoCommit() 方法
                // 来判断连接否可用（此方法只在部分数据库可用，如果不可用 ,
                // 抛出异常）。注意：使用测试表的方法更可靠
                conn.setAutoCommit(true);
            } else {// 有测试表的时候使用测试表测试
                // check if this connection is valid
                Statement stmt = conn.createStatement();
                stmt.execute("select count(*) from " + testTable);
            }
        } catch (SQLException e) {
            // 上面抛出异常，此连接己不可用，关闭它，并返回 false;
            closeConnection(conn);
            return false;
        }
        // 连接可用，返回 true
        return true;
    }

    /**
     * 此函数返回一个数据库连接到连接池中，并把此连接置为空闲。 所有使用连接池获得的数据库连接均应在不使用此连接时返回它。
     *
     * @param 需返回到连接池中的连接对象
     */

    public void returnConnection(Connection conn) {
        // 确保连接池存在，如果连接没有创建（不存在），直接返回
        if (connections == null) {
            System.out.println(" 连接池不存在，无法返回此连接到连接池中 !");
            return;
        }
        PooledConnection pConn = null;
        Enumeration enumerate = connections.elements();
        // 遍历连接池中的所有连接，找到这个要返回的连接对象
        while (enumerate.hasMoreElements()) {
            pConn = (PooledConnection) enumerate.nextElement();
            // 先找到连接池中的要返回的连接对象
            if (conn == pConn.getConnection()) {
                // 找到了 , 设置此连接为空闲状态
                pConn.setBusy(false);
                break;
            }
        }
    }

    /**
     * 刷新连接池中所有的连接对象
     *
     */

    public synchronized void refreshConnections() throws SQLException {
        // 确保连接池己创新存在
        if (connections == null) {
            System.out.println(" 连接池不存在，无法刷新 !");
            return;
        }
        PooledConnection pConn = null;
        Enumeration enumerate = connections.elements();
        while (enumerate.hasMoreElements()) {
            // 获得一个连接对象
            pConn = (PooledConnection) enumerate.nextElement();
            // 如果对象忙则等 5 秒 ,5 秒后直接刷新
            if (pConn.isBusy()) {
                wait(5000); // 等 5 秒
            }
            // 关闭此连接，用一个新的连接代替它。
            closeConnection(pConn.getConnection());
            pConn.setConnection(newConnection());
            pConn.setBusy(false);
        }
    }

    /**
     * 关闭连接池中所有的连接，并清空连接池。
     */

    public synchronized void closeConnectionPool() throws SQLException {
        // 确保连接池存在，如果不存在，返回
        if (connections == null) {
            System.out.println(" 连接池不存在，无法关闭 !");
            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 秒后直接关闭它
            closeConnection(pConn.getConnection());
            // 从连接池向量中删除它
            connections.removeElement(pConn);
        }
        // 置连接池为空
        connections = null;
    }

    /**
     * 关闭一个数据库连接
     *
     * @param 需要关闭的数据库连接
     */

    private void closeConnection(Connection conn) {
        try {
            conn.close();
        } catch (SQLException e) {
            System.out.println(" 关闭数据库连接出错： " + e.getMessage());
        }
    }
    /**
     * 使程序等待给定的毫秒数
     *
     * @param 给定的毫秒数
     */

    private void wait(int mSeconds) {
        try {
            Thread.sleep(mSeconds);
        } catch (InterruptedException e) {
        }
    }
    /**
     *
     * 内部使用的用于保存连接池中连接对象的类 此类中有两个成员，一个是数据库的连接，另一个是指示此连接是否 正在使用的标志。
     */

    class PooledConnection {
        Connection connection = null;// 数据库连接
        boolean busy = false; // 此连接是否正在使用的标志，默认没有正在使用

        // 构造函数，根据一个 Connection 构告一个 PooledConnection 对象
        public PooledConnection(Connection connection) {
            this.connection = connection;
        }

        // 返回此对象中的连接
        public Connection getConnection() {
            return connection;
        }

        // 设置此对象的，连接
        public void setConnection(Connection connection) {
            this.connection = connection;
        }

        // 获得对象连接是否忙
        public boolean isBusy() {
            return busy;
        }

        // 设置对象的连接正在忙
        public void setBusy(boolean busy) {
            this.busy = busy;
        }
    }

}

//////////////////////////////// 数据库连接池类 ConnectionPool.java ////////////////////////////////////////

ConnectionPoolUtils.java

/*连接池工具类，返回唯一的一个数据库连接池对象,单例模式*/
public class ConnectionPoolUtils {
    private ConnectionPoolUtils(){};//私有静态方法
    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 {
                  /*使用连接池创建100个连接的时间*/
                   /*// 创建数据库连接库对象
                   ConnectionPool connPool = new ConnectionPool("com.mysql.jdbc.Driver","jdbc:mysql://localhost:3306/test", "root", "123456");
                   // 新建数据库连接库
                   connPool.createPool();*/

                  ConnectionPool  connPool=ConnectionPoolUtils.GetPoolInstance();//单例模式创建连接池对象
                    // SQL测试语句
                   String sql = "Select * from pet";
                   // 设定程序运行起始时间
                   long start = System.currentTimeMillis();
                         // 循环测试100次数据库连接
                          for (int i = 0; i < 100; i++) {
                              Connection conn = connPool.getConnection(); // 从连接库中获取一个可用的连接
                              Statement stmt = conn.createStatement();
                              ResultSet rs = stmt.executeQuery(sql);
                              while (rs.next()) {
                                  String name = rs.getString("name");
                               //  System.out.println("查询结果" + name);
                              }
                              rs.close();
                              stmt.close();
                              connPool.returnConnection(conn);// 连接使用完后释放连接到连接池
                          }
                          System.out.println("经过100次的循环调用，使用连接池花费的时间:"+ (System.currentTimeMillis() - start) + "ms");
                          // connPool.refreshConnections();//刷新数据库连接池中所有连接，即不管连接是否正在运行，都把所有连接都释放并放回到连接池。注意：这个耗时比较大。
                         connPool.closeConnectionPool();// 关闭数据库连接池。注意：这个耗时比较大。
                          // 设定程序运行起始时间
                          start = System.currentTimeMillis();

                          /*不使用连接池创建100个连接的时间*/
                         // 导入驱动
                          Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");
                          for (int i = 0; i < 100; i++) {
                              // 创建连接
                             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();// 关闭连接
                         }
                         System.out.println("经过100次的循环调用，不使用连接池花费的时间:"
                                 + (System.currentTimeMillis() - start) + "ms");
                     } catch (SQLException e) {
                        e.printStackTrace();
                     } catch (ClassNotFoundException e) {
                         e.printStackTrace();
                    }
    }