连接池

一、连接池原理
      在实际应用开发中，特别是在WEB应用系统中，如果JSP、Servlet或EJB使用JDBC直接访问数据库中的数据，每一次数据访问请求都必须经历建立数据库连接、打开数据库、存取数据和关闭数据库连接等步骤，而连接并打开数据库是一件既消耗资源又费时的工作，如果频繁发生这种数据库操作，系统的性能必然会急剧下降，甚至会导致系统崩溃。数据库连接池技术是解决这个问题最常用的方法，在许多应用程序服务器（例如：Weblogic,WebSphere,JBoss）中，基本都提供了这项技术，无需自己编程，但是，深入了解这项技术是非常必要的。
      数据库连接池技术的思想非常简单，将数据库连接作为对象存储在一个Vector对象中，一旦数据库连接建立后，不同的数据库访问请求就可以共享这些连接，这样，通过复用这些已经建立的数据库连接，可以克服上述缺点，极大地节省系统资源和时间。
      数据库连接池的主要操作如下：
（1）建立数据库连接池对象（服务器启动）。
（2）按照事先指定的参数创建初始数量的数据库连接（即：空闲连接数）。
（3）对于一个数据库访问请求，直接从连接池中得到一个连接。如果数据库连接池对象中没有空闲的连接，且连接数没有达到最大（即：最大活跃连接数），创建一个新的数据库连接。
（4）存取数据库。
（5）关闭数据库，释放所有数据库连接（此时的关闭数据库连接，并非真正关闭，而是将其放入空闲队列中。如实际空闲连接数大于初始空闲连接数则释放连接）。
（6）释放数据库连接池对象（服务器停止、维护期间，释放数据库连接池对象，并释放所有连接）。
二.常见的数据库连接池
常见的数据库连接池有:proxool,c3p0,dbcp,DBPool,还有各个应用服务器自带的连接池.
hibernate开发组推荐使用c3p0;
spring开发组推荐使用dbcp(dbcp连接池有weblogic连接池同样的问题，就是强行关闭连接或数据库重启后，无法reconnect ，告诉连接被重置,这个设置可以解决);
hibernate in action推荐使用c3p0和proxool;
三、连接池中常见的参数概述
（1）dbcp:
driverClassName 驱动
url 连接字符串
username 用户名
password 密码
maxActive 连接池支持的最大连接数
maxIdle 连接池中最多可空闲maxIdle个连接
minIdle 连接池中最少可空闲maxIdle个连接
initialSize 初始化连接数目
maxWait 连接池中连接用完时,新的请求等待时间,毫秒

timeBetweenEvictionRunsMillis、timeBetweenEvictionRunsMillis和minEvictableIdleTimeMillis一起使用,
每timeBetweenEvictionRunsMillis毫秒检查一次连接池中空闲的连接,把空闲时间超过minEvictableIdleTimeMillis毫秒的连接断开,直到连接池中的连接数到minIdle为止。

minEvictableIdleTimeMillis 连接池中连接可空闲的时间,毫秒
removeAbandoned true,false,是否清理removeAbandonedTimeout秒没有使用的活动连接,清理后并没有放回连接池
removeAbandonedTimeout 活动连接的最大空闲时间
logAbandoned true,false,连接池收回空闲的活动连接时是否打印消息

minEvictableIdleTimeMillis,removeAbandonedTimeout这两个参数针对的连接对象不一样,minEvictableIdleTimeMillis针对连接池中的连接对象,removeAbandonedTimeout针对未被close的活动连接.

在dbcp使用中遇到的问题:
当短时间之内活动连接达到maxActive,再请求连接,等maxWait秒后连接池就会报出错来:Cannot get a connection, pool exhausted.在这maxWait秒里removeAbandoned并没有起作用,出错后连接池就会把所有的连接断开,为什么这时候 removeAbandoned没有起作用呢?

（2）c3p0:
driverClass
jdbcUrl
user
password
minPoolSize
maxPoolSize
initialPoolSize

acquireIncrement 池中没有空闲连接时,一次请求获取的连接数
maxIdleTime 池中连接最大空闲时间
acquireRetryAttempts 获取连接失败后,重新尝试的次数
acquireRetryDelay 尝试连接间隔时间,毫秒
checkoutTimeout 等待连接时间,0为无限等待,毫秒
DebugUnreturnedConnectionStackTraces true,false,是否收回未返回的活动连接
unreturnedConnectionTimeout 活动连接的时间.

c3p0中的问题:
unreturnedConnectionTimeout是给每个活动连接一个时间限制,到点儿就收回,不管有没有正在使用连接.这样不是太好,应该是从最后一次使用连接才开始计时才好.那有没有这样的一个参数从最后一次使用计时呢?

四、以下通过案例模拟数据库连接池的内部原理，让开发人员进一步了解数据库连接池原理

1、引入需要的jar，如下图所示：

2、项目结构，如下图所示：

3、ConnectionPool类，数据库连接池

package com.ljq.sql;

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;

@SuppressWarnings("unchecked")
public class ConnectionPool {
    private String jdbcDriver = "oracle.jdbc.driver.OracleDriver"; // 数据库驱动
    private String dbUrl = "jdbc:oracle:thin:@localhost:1521:orcl"; // 数据 URL
    private String dbUsername = "test"; // 数据库用户名
    private String dbPassword = "test"; // 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

    public ConnectionPool(){
        
    }
    
    /**
     * 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
     */
    @SuppressWarnings("unchecked")
    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
            wait(250);
            // 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
            conn = getFreeConnection(); 
        }
        
        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()方法来判断连接是否可用（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;
    }

    /**
     * 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 {
            if (conn != null) {
                conn.close();
                conn = null;
            }
        } catch (SQLException e) {
            System.out.println(" 关闭数据库连接出错： " + e.getMessage());
            e.printStackTrace();
        }
    }

    /**
     * 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) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    /**
     * 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;
        }

    }

}

四、ConnectionPoolTest测试类

package junit.test;

import java.sql.Connection;

import org.junit.Test;

import com.ljq.sql.ConnectionPool;

public class ConnectionPoolTest {

    /**
     * 连接池调用方法一
     * @throws Exception
     */
    @Test
    public void conn() throws Exception{
        ConnectionPool connPool=new ConnectionPool();
        connPool.createPool();
        Connection conn=connPool.getConnection();
        System.out.println("conn: "+conn);
    }
    
    /**
     * 连接池调用方法二
     * 
     * @throws Exception
     */
    @Test
    public void conn2() throws Exception{
        ConnectionPool connPool=new ConnectionPool("oracle.jdbc.driver.OracleDriver", 
                "jdbc:oracle:thin:@localhost:1521:orcl", 
                "test", 
                "test");
        connPool.createPool();
        Connection conn=connPool.getConnection();
        System.out.println("conn: "+conn);
    }
}

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题外话：
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