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一种简单JDBC数据库连接池的实现


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关键字:JDBC 解决方案 2005-9-29

 
目录:
1. 前言
2. 连接池技术背景
2.1 JDBC
2.2 JDBC连接池
2.3 连接池(ConnectionPool)与资源管理
3. 简单JDBC连接池的实现
3.1 体系描述
3.2 连接池集中管理ConnectionManager
3.3 连接池使用范例
4. 小结
 
1.前言
数据库应用,在许多软件系统中经常用到,是开发中大型系统不可缺少的辅助。但如果对数据库资源没有很好地管理(如:没有及时回收数据库的游标(ResultSet)、Statement、连接 (Connection)等资源),往往会直接导致系统的稳定。这类不稳定因素,不单单由数据库或者系统本身一方引起,只有系统正式使用后,随着流量、用户的增加,才会逐步显露。
在基于Java开发的系统中,JDBC是程序员和数据库打交道的主要途径,提供了完备的数据库操作方法接口。但考虑到规范的适用性,JDBC只提供了最直接的数据库操作规范,对数据库资源管理,如:对物理连接的管理及缓冲,期望第三方应用服务器(Application Server)的提供。
本文,以JDBC规范为基础,介绍相关的数据库连接池机制,并就如果以简单的方式,实现有效地管理数据库资源介绍相关实现技术。

2.连接池技术背景
2.1 JDBC
JDBC是一个规范,遵循JDBC接口规范,各个数据库厂家各自实现自己的驱动程序(Driver),如下图所示:

应用在获取数据库连接时,需要以URL的方式指定是那种类型的Driver,在获得特定的连接后,可按照固定的接口操作不同类型的数据库,如: 分别获取Statement、执行SQL获得ResultSet等,如下面的例子 :

import java.sql.*;
…
DriverManager.registerDriver(new oracle.jdbc.driver.OracleDriver());
Connection dbConn = DriverManager.getConnection("jdbc:oracle:thin:@127.0.0.1:1521:oracle","username","password");
Statement st = dbConn.createStatement();
ResultSet rs = st.executeQuery("select * from demo_table");

…some data source operation in here

rs.close();
st.close();
dbConn.close();

在完成数据操作后,还一定要关闭所有涉及到的数据库资源。这虽然对应用程序的逻辑没有任何影响,但是关键的操作。上面是个简单的例子,如果搀和众多的if-else、exception,资源的管理也难免百密一疏。如同C中的内存泄漏问题,Java系统也同样会面临崩溃的恶运。所以数据库资源的管理依赖于应用系统本身,是不安全、不稳定的一种隐患。

2.2 JDBC连接池
在标准JDBC对应用的接口中,并没有提供资源的管理方法。所以,缺省的资源管理由应用自己负责。虽然在JDBC规范中,多次提及资源的关闭/回收及其他的合理运用。但最稳妥的方式,还是为应用提供有效的管理手段。所以,JDBC为第三方应用服务器(Application Server)提供了一个由数据库厂家实现的管理标准接口:连接缓冲(connection pooling)。引入了连接池( Connection Pool )的概念 ,也就是以缓冲池的机制管理数据库的资源。

JDBC最常用的资源有三类:
— Connection: 数据库连接。
— Statement: 会话声明。
— ResultSet: 结果集游标。

分别存在以下的关系 :

这是一种“爷—父—子”的关系,对Connection的管理,就是对数据库资源的管理。举个例子: 如果想确定某个数据库连接(Connection)是否超时,则需要确定其(所有的)子Statement是否超时,同样,需要确定所有相关的ResultSet是否超时;在关闭Connection前,需要关闭所有相关的Statement和ResultSet。
因此,连接池(Connection Pool)所起到的作用,不仅仅简单地管理Connection,还涉及到 Statement和ResultSet。

2.3 连接池(ConnectionPool)与资源管理
ConnectionPool以缓冲池的机制,在一定数量上限范围内,控制管理Connection,Statement和ResultSet。任何数据库的资源是有限的,如果被耗尽,则无法获得更多的数据服务。
在大多数情况下,资源的耗尽不是由于应用的正常负载过高,而是程序原因。
在实际工作中,数据资源往往是瓶颈资源,不同的应用都会访问同一数据源。其中某个应用耗尽了数据库资源后,意味其他的应用也无法正常运行。因此,ConnectionPool的第一个任务是限制:每个应用或系统可以拥有的最大资源。也就是确定连接池的大小(PoolSize)。
ConnectionPool的第二个任务:在连接池的大小(PoolSize)范围内,最大限度地使用资源,缩短数据库访问的使用周期。许多数据库中,连接(Connection)并不是资源的最小单元,控制Statement资源比Connection更重要。以Oracle为例:
每申请一个连接(Connection)会在物理网络(如 TCP/IP网络)上建立一个用于通讯的连接,在此连接上还可以申请一定数量的Statement。同一连接可提供的活跃Statement数量可以达到几百。 在节约网络资源的同时,缩短了每次会话周期(物理连接的建立是个费时的操作)。但在一般的应用中,多数按照2.1范例操作,这样有10个程序调用,则会产生10次物理连接,每个Statement单独占用一个物理连接,这是极大的资源浪费。 ConnectionPool可以解决这个问题,让几十、几百个Statement只占用同一个物理连接, 发挥数据库原有的优点。
通过ConnectionPool对资源的有效管理,应用可以获得的Statement总数到达 :

(并发物理连接数)×(每个连接可提供的Statement数量)

例如某种数据库可同时建立的物理连接数为 200个,每个连接可同时提供250个Statement,那么ConnectionPool最终为应用提供的并发Statement总数为: 200 × 250 = 50,000个。这是个并发数字,很少有系统会突破这个量级。所以在本节的开始,指出资源的耗尽与应用程序直接管理有关。
对资源的优化管理,很大程度上依靠数据库自身的JDBC Driver是否具备。有些数据库的JDBC Driver并不支持Connection与Statement之间的逻辑连接功能,如SQLServer,我们只能等待她自身的更新版本了。
对资源的申请、释放、回收、共享和同步,这些管理是复杂精密的。所以,ConnectionPool另一个功能就是,封装这些操作,为应用提供简单的,甚至是不改变应用风格的调用接口。

3.简单JDBC连接池的实现
根据第二章中原理机制,Snap-ConnectionPool(一种简单快速的连接池工具,可在www.snapbug.net下载)按照部分的JDBC规范,实现了连接池所具备的对数据库资源有效管理功能。
3.1 体系描述
在JDBC规范中,应用通过驱动接口(Driver Interface)直接方法数据库的资源。为了有效、合理地管理资源,在应用与JDBC Driver之间,增加了连接池: Snap-ConnectionPool。并且通过面向对象的机制,使连接池的大部分操作是透明的。参见下图,Snap-ConnectionPool的体系:

图中所示,通过实现JDBC的部分资源对象接口( Connection, Statement, ResultSet ),在 Snap-ConnectionPool内部分别产生三种逻辑资源对象: PooledConnection, PooledStatement和 PooledResultSet。它们也是连接池主要的管理操作对象,并且继承了JDBC中相应的从属关系。这样的体系有以下几个特点:
— 透明性。在不改变应用原有的使用JDBC驱动接口的前提下,提供资源管理的服务。应用系统,如同原有的 JDBC,使用连接池提供的逻辑对象资源。简化了应用程序的连接池改造。
— 资源封装。复杂的资源管理被封装在  Snap-ConnectionPool内部,不需要应用系统过多的干涉。管理操作的可靠性、安全性由连接池保证。应用的干涉(如:主动关闭资源),只起到优化系统性能的作用,遗漏操作不会带来负面影响。
— 资源合理应用。按照JDBC中资源的从属关系,Snap-ConnectionPool不仅对Connection进行缓冲处理,对Statement也有相应的机制处理。在2.3已描述,合理运用Connection和Statement之间的关系,可以更大限度地使用资源。所以,Snap-ConnectionPool封装了Connection资源,通过内部管理PooledConnection,为应用系统提供更多的Statement资源。
— 资源连锁管理。Snap-ConnectionPool包含的三种逻辑对象,继承了JDBC中相应对象之间的从属关系。在内部管理中,也依照从属关系进行连锁管理。例如:判断一个Connection是否超时,需要根据所包含的Statement是否活跃;判断Statement也要根据ResultSet的活跃程度。

3.2 连接池集中管理ConnectionManager
ConnectionPool是Snap-ConnectionPool的连接池对象。在Snap-ConnectionPool内部,可以指定多个不同的连接池(ConnectionPool)引用(Trackback0)

一种简单JDBC数据库连接池的实现

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