池塘里養(yǎng)：Connection；

一、設(shè)計與原理

1、基礎(chǔ)案例

HiKariCP作為SpringBoot2框架的默認連接池，號稱是跑的最快的連接池，數(shù)據(jù)庫連接池與之前兩篇提到的線程池和對象池，從設(shè)計的原理上都是基于池化思想，只是在實現(xiàn)方式上有各自的特點；首先還是看HiKariCP用法的基礎(chǔ)案例：

import com.zaxxer.hikari.HikariConfig; import com.zaxxer.hikari.HikariDataSource; import java.sql.Connection; import java.sql.ResultSet; import java.sql.Statement;public class ConPool {private static HikariConfig buildConfig (){HikariConfig hikariConfig = new HikariConfig() ;// 基礎(chǔ)配置hikariConfig.setJdbcUrl("jdbc:mysql://127.0.0.1:3306/junit_test?characterEncoding=utf8");hikariConfig.setUsername("root");hikariConfig.setPassword("123456");// 連接池配置hikariConfig.setPoolName("dev-hikari-pool");hikariConfig.setMinimumIdle(4);hikariConfig.setMaximumPoolSize(8);hikariConfig.setIdleTimeout(600000L);return hikariConfig ;}public static void main(String[] args) throws Exception {// 構(gòu)建數(shù)據(jù)源HikariDataSource dataSource = new HikariDataSource(buildConfig()) ;// 獲取連接Connection connection = dataSource.getConnection() ;// 聲明SQL執(zhí)行Statement statement = connection.createStatement();ResultSet resultSet = statement.executeQuery("SELECT count(1) num FROM jt_activity") ;// 輸出執(zhí)行結(jié)果if (resultSet.next()) {System.out.println("query-count-result："+resultSet.getInt("num"));}} }

2、核心相關(guān)類

• HikariDataSource類：匯集數(shù)據(jù)源描述的相關(guān)信息，例如配置、連接池、連接對象、狀態(tài)管理等；
• HikariConfig類：維護數(shù)據(jù)源的配置管理，以及參數(shù)校驗，例如userName、passWord、minIdle、maxPoolSize等；
• HikariPool類：提供對連接池與池中對象管理的核心能力，并實現(xiàn)池相關(guān)監(jiān)控數(shù)據(jù)的查詢方法；
• ConcurrentBag類：拋棄了常規(guī)池中采用的阻塞隊列作為容器的方式，自定義該并發(fā)容器來存儲連接對象；
• PoolEntry類：拓展連接對象的信息，例如狀態(tài)、時間等，方便容器中追蹤這些實例化對象；

通過對連接池中幾個核心類的分析，也能直觀地體會到該源碼的設(shè)計原理，與上篇總結(jié)的對象池應(yīng)用有異曲同工之妙，只是不同的組件不同的開發(fā)者在實現(xiàn)的時候，都具備各自的抽象邏輯。

3、加載邏輯

通過配置信息去構(gòu)建數(shù)據(jù)源描述，在構(gòu)造方法中基于配置再去實例化連接池，在HikariPool的構(gòu)造中，實例化ConcurrentBag容器對象；下面再從源碼層面分析實現(xiàn)細節(jié)。

二、容器分析

1、容器結(jié)構(gòu)

容器ConcurrentBag類提供PoolEntry類型的連接對象存儲，以及基本的元素管理能力，對象的狀態(tài)描述；雖然被HikariPool對象池類所持有，但是實際的操作邏輯是在該類中；

1.1 基礎(chǔ)屬性

其中最為核心的是sharedList共享集合、threadList線程級緩存、handoffQueue即時隊列；

// 共享對象集合，存放數(shù)據(jù)庫連接 private final CopyOnWriteArrayList<T> sharedList; // 緩存線程級連接對象，會被優(yōu)先使用，避免被爭搶 private final ThreadLocal<List<Object>> threadList; // 等待獲取連接的線程數(shù) private final AtomicInteger waiters; // 標記是否關(guān)閉 private volatile boolean closed; // 即時處理連接的隊列，當(dāng)有等待線程時，通過該隊列將連接分配給等待線程 private final SynchronousQueue<T> handoffQueue;

1.2 狀態(tài)描述

在ConcurrentBag類中的IConcurrentBagEntry內(nèi)部接口，被PoolEntry類實現(xiàn)，該接口定義連接對象的狀態(tài)：

• STATE_NOT_IN_USE：未使用，即閑置中；
• STATE_IN_USE：使用中；
• STATE_REMOVED：被廢棄；
• STATE_RESERVED：保留態(tài)，中間狀態(tài)，用于嘗試驅(qū)逐連接對象時；

2、包裝對象

容器的基本能力是用來存儲連接對象的，而對象的管理則需要很多擴展的跟蹤信息，以有效的完成各種場景下的識別，此時就需要借助包裝類的引入；

// 業(yè)務(wù)真正使用的連接對象 Connection connection; // 最近訪問時間 long lastAccessed; // 最近借出時間 long lastBorrowed; // 狀態(tài)描述 private volatile int state = 0; // 是否驅(qū)逐 private volatile boolean evict; // 生命周期結(jié)束時的調(diào)度任務(wù) private volatile ScheduledFuture<?> endOfLife; // 連接生成的Statement對象 private final FastList<Statement> openStatements; // 池對象 private final HikariPool hikariPool;

這里需要注意FastList類實現(xiàn)List接口，為HiKariCP組件自定義，相比ArrayList類，出于對性能的追求，在元素的管理時，去掉諸多的范圍校驗。

三、對象管理

基于連接池的常規(guī)用法，來看看連接對象具體是如何管理，比如被借出，被釋放，被廢棄等，以及這些操作下對象的狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程；

1、初始化

上文加載邏輯的描述中，已經(jīng)提到在構(gòu)建數(shù)據(jù)源的時候，會根據(jù)配置實例化連接池，在初始化的時候，基于兩個核心切入點來分析源碼：1.實例化多少連接對象、2.連接對象轉(zhuǎn)換包裝對象；

在連接池的構(gòu)造中執(zhí)行了checkFailFast方法，在該方法內(nèi)執(zhí)行MinIdle最小空閑數(shù)的判斷，如果大于0，則創(chuàng)建一個包裝對象并放入容器中；

public HikariPool(final HikariConfig config) ; private void checkFailFast() {final PoolEntry poolEntry = createPoolEntry();if (config.getMinimumIdle() > 0) {connectionBag.add(poolEntry);} }

需要注意兩個問題，創(chuàng)建的連接包裝對象，初始狀態(tài)是0即閑置中；另外雖然案例中設(shè)置MinIdle=4的值，但是這里的判斷大于0，也只在容器中預(yù)先放入一個空閑對象；

2、借用對象

從池中獲取連接對象時，實際調(diào)用的是容器類中的borrow方法：

public Connection HikariPool.getConnection(final long hardTimeout) throws SQLException ; public T ConcurrentBag.borrow(long timeout, final TimeUnit timeUnit) throws InterruptedException ;

在執(zhí)行borrow方法時，涉及如下幾個核心步驟與邏輯：

public T borrow(long timeout, final TimeUnit timeUnit) throws InterruptedException {// 遍歷本地線程緩存final List<Object> list = threadList.get();for (int i = list.size() - 1; i >= 0; i--) {final Object entry = list.remove(i);final T bagEntry = weakThreadLocals ? ((WeakReference<T>) entry).get() : (T) entry;if (bagEntry != null && bagEntry.compareAndSet(STATE_NOT_IN_USE, STATE_IN_USE)) { }}// 增加等待線程數(shù)final int waiting = waiters.incrementAndGet();try {// 遍歷Shared共享集合for (T bagEntry : sharedList) {if (bagEntry.compareAndSet(STATE_NOT_IN_USE, STATE_IN_USE)) { }}// 一定時間內(nèi)輪詢handoff隊列listener.addBagItem(waiting);timeout = timeUnit.toNanos(timeout);do {final T bagEntry = handoffQueue.poll(timeout, NANOSECONDS);} } finally {// 減少等待線程數(shù)waiters.decrementAndGet();} }

• 首先反向遍歷本地線程緩存，如果存在空閑連接，則返回該對象；如果沒有則尋找共享集合；
• 遍歷Shared共享集合前，會標記等待線程數(shù)加1，如果存在空閑連接則直接返回；
• 當(dāng)Shared共享集合中也沒有空閑連接時，這時當(dāng)前線程進行一定時間的handoffQueue隊列輪詢，可能會有資源的釋放，也可能是新添加的資源；

注意這里在遍歷集合時，取出的對象都會對狀態(tài)進行判斷和更新，如果得到空閑對象，會更新為IN_USE狀態(tài)，然后返回；

3、釋放對象

從池中釋放連接對象時，實際調(diào)用的是容器類中的requite方法：

void HikariPool.recycle(final PoolEntry poolEntry) ; public void ConcurrentBag.requite(final T bagEntry) ;

在釋放連接對象時，首先更新對象狀態(tài)為空閑，然后判斷當(dāng)前是否有等待的線程，在borrow方法中等待線程會進入一定時間的輪詢，如果沒有的話則把對象放入本地線程緩存中：

public void requite(final T bagEntry) {// 更新狀態(tài)bagEntry.setState(STATE_NOT_IN_USE);// 等待線程判斷for (int i = 0; waiters.get() > 0; i++) {if (bagEntry.getState() != STATE_NOT_IN_USE || handoffQueue.offer(bagEntry)) { }}// 本地線程緩存final List<Object> threadLocalList = threadList.get();if (threadLocalList.size() < 50) {threadLocalList.add(weakThreadLocals ? new WeakReference<>(bagEntry) : bagEntry);} }

注意這里涉及到連接對象的狀態(tài)從使用中轉(zhuǎn)為NOT_IN_USE空閑；borrow與requite作為連接池中兩個核心方法，負責(zé)資源創(chuàng)建與回收；

最后本篇文章并沒有站在HiKariCP組件的整體設(shè)計上構(gòu)思，只是分析連接池這冰山一角，盡管只是部分源碼，但是已經(jīng)足夠彰顯出作者對于性能的極致追求，比如：本地線程緩存、自定義容器類型、FastList等；能被普遍采用必然存在諸多支撐的理由。

《End》

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的基于HiKariCP组件，分析连接池原理的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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