基于JDBC的數(shù)據(jù)庫(kù)連接池技術(shù)研究與應(yīng)用

近年來，隨著Internet/Intranet建網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展和在世界范圍內(nèi)的迅速普及，計(jì)算機(jī)　應(yīng)用程序已從傳統(tǒng)的桌面應(yīng)用轉(zhuǎn)到Web應(yīng)用。

基于B/S（Browser/Server）架構(gòu)的3層開發(fā)模式逐漸取代C/S（Client/Server）架構(gòu)的開發(fā)模式，成為開發(fā)企業(yè)級(jí)應(yīng)用和電子商務(wù)普遍采用的技術(shù)。在Web應(yīng)用開發(fā)的早期，主要使用的技術(shù)是CGI?ASP?PHP等。之后，Sun公司推出了基于Java語言的Servlet+Jsp+JavaBean技術(shù)。相比傳統(tǒng)的開發(fā)技術(shù)，它具有跨平臺(tái)?安全?有效?可移植等特性，這使其更便于使用和開發(fā)。

Java應(yīng)用程序訪問數(shù)據(jù)庫(kù)的基本原理

在Java語言中，JDBC（Java DataBase CONnection）是應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫(kù)溝通的橋梁,

即Java語言通過JDBC技術(shù)訪問數(shù)據(jù)庫(kù)。JDBC是一種“開放”的方案，它為數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用開發(fā)人員?數(shù)據(jù)庫(kù)前臺(tái)工具開發(fā)人員提供了一種標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)接口，使開發(fā)人員可以用純Java語言編寫完整的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序。JDBC提供兩種API，分別是面向開發(fā)人員的API和面向底層的JDBC驅(qū)動(dòng)程序API，底層主要通過直接的JDBC驅(qū)動(dòng)和JDBC-ODBC橋驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫(kù)的連接。

一般來說，Java應(yīng)用程序訪問數(shù)據(jù)庫(kù)的過程是：

①裝載數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)程序；

②通過JDBC建立數(shù)據(jù)庫(kù)連接；

③訪問數(shù)據(jù)庫(kù)，執(zhí)行SQL語句；

④斷開數(shù)據(jù)庫(kù)連接。

JDBC作為一種數(shù)據(jù)庫(kù)訪問技術(shù)，具有簡(jiǎn)單易用的優(yōu)點(diǎn)。但使用這種模式進(jìn)行Web應(yīng)用

程序開發(fā)，存在很多問題：首先，每一次Web請(qǐng)求都要建立一次數(shù)據(jù)庫(kù)連接。建立連接是一個(gè)費(fèi)時(shí)的活動(dòng)，每次都得花費(fèi)0.05s～1s的時(shí)間，而且系統(tǒng)還要分配內(nèi)存資源。這個(gè)時(shí)間對(duì)于一次或幾次數(shù)據(jù)庫(kù)操作，或許感覺不出系統(tǒng)有多大的開銷?？墒菍?duì)于現(xiàn)在的Web應(yīng)用，尤其是大型電子商務(wù)網(wǎng)站，同時(shí)有幾百人甚至幾千人在線是很正常的事。在這種情況下，頻繁的進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)連接操作勢(shì)必占用很多的系統(tǒng)資源，網(wǎng)站的響應(yīng)速度必定下降，嚴(yán)重的甚至?xí)斐煞?wù)器的崩潰。不是危言聳聽，這就是制約某些電子商務(wù)網(wǎng)站發(fā)展的技術(shù)瓶頸問題。其次，對(duì)于每一次數(shù)據(jù)庫(kù)連接，使用完后都得斷開。否則，如果程序出現(xiàn)異常而未能關(guān)閉，將會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的內(nèi)存泄漏，最終將不得不重啟數(shù)據(jù)庫(kù)。還有，這種開發(fā)不能控制被創(chuàng)建的連接對(duì)象數(shù)，系統(tǒng)資源會(huì)被毫無顧及的分配出去，如連接過多，也可能導(dǎo)致內(nèi)存泄漏，服務(wù)器崩潰。

數(shù)據(jù)庫(kù)連接池（connection pool）的工作原理

1、基本概念及原理

由上面的分析可以看出，問題的根源就在于對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)連接資源的低效管理。

我們知道，對(duì)于共享資源，有一個(gè)很著名的設(shè)計(jì)模式：資源池（Resource Pool）。該模式正是為了解決資源的頻繁分配?釋放所造成的問題。為解決上述問題，可以采用數(shù)據(jù)庫(kù)連接池技術(shù)。數(shù)據(jù)庫(kù)連接池的基本思想就是為數(shù)據(jù)庫(kù)連接建立一個(gè)“緩沖池”。預(yù)先在緩沖池中放入一定數(shù)量的連接，當(dāng)需要建立數(shù)據(jù)庫(kù)連接時(shí)，只需從“緩沖池”中取出一個(gè)，使用完畢之后再放回去。我們可以通過設(shè)定連接池最大連接數(shù)來防止系統(tǒng)無盡的與數(shù)據(jù)庫(kù)連接。更為重要的是我們可以通過連接池的管理機(jī)制監(jiān)視數(shù)據(jù)庫(kù)的連接的數(shù)量?使用情況，為系統(tǒng)開發(fā)?測(cè)試及性能調(diào)整提供依據(jù)。

2、服務(wù)器自帶的連接池

JDBC的API中沒有提供連接池的方法。一些大型的WEB應(yīng)用服務(wù)器如BEA的WebLogic和IBM的WebSphere等提供了連接池的機(jī)制，但是必須有其第三方的專用類方法支持連接池的用法。

連接池關(guān)鍵問題分析

1、并發(fā)問題

為了使連接管理服務(wù)具有最大的通用性，必須考慮多線程環(huán)境，即并發(fā)問題。這個(gè)問題相對(duì)比較好解決，因?yàn)镴ava語言自身提供了對(duì)并發(fā)管理的支持，使用synchronized關(guān)鍵字即可確保線程是同步的。使用方法為直接在類方法前面加上synchronized關(guān)鍵字，如：

public synchronized Connection getConnection（）

2、多數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和多用戶

對(duì)于大型的企業(yè)級(jí)應(yīng)用，常常需要同時(shí)連接不同的數(shù)據(jù)庫(kù)（如連接Oracle和Sybase）。如何連接不同的數(shù)據(jù)庫(kù)呢？我們采用的策略是：設(shè)計(jì)一個(gè)符合單例模式的連接池管理類，在連接池管理類的唯一實(shí)例被創(chuàng)建時(shí)讀取一個(gè)資源文件，其中資源文件中存放著多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的url地址（）?用戶名（）?密碼（）等信息。如tx.url=172.21.15.123：5000/tx_it，tx.user=yang，tx.password=yang321。根據(jù)資源文件提供的信息，創(chuàng)建多個(gè)連接池類的實(shí)例，每一個(gè)實(shí)例都是一個(gè)特定數(shù)據(jù)庫(kù)的連接池。連接池管理類實(shí)例為每個(gè)連接池實(shí)例取一個(gè)名字，通過不同的名字來管理不同的連接池。

對(duì)于同一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)有多個(gè)用戶使用不同的名稱和密碼訪問的情況，也可以通過資源文件處理，即在資源文件中設(shè)置多個(gè)具有相同url地址，但具有不同用戶名和密碼的數(shù)據(jù)庫(kù)連接信息。

3、事務(wù)處理

我們知道，事務(wù)具有原子性，此時(shí)要求對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作符合“ALL-ALL-NOTHING”原則,即對(duì)于一組SQL語句要么全做，要么全不做。

在Java語言中，Connection類本身提供了對(duì)事務(wù)的支持，可以通過設(shè)置Connection的AutoCommit屬性為false,然后顯式的調(diào)用commit或rollback方法來實(shí)現(xiàn)。但要高效的進(jìn)行Connection復(fù)用，就必須提供相應(yīng)的事務(wù)支持機(jī)制?？刹捎妹恳粋€(gè)事務(wù)獨(dú)占一個(gè)連接來實(shí)現(xiàn)，這種方法可以大大降低事務(wù)管理的復(fù)雜性。

4、連接池的分配與釋放

連接池的分配與釋放，對(duì)系統(tǒng)的性能有很大的影響。合理的分配與釋放，可以提高連接的復(fù)用度，從而降低建立新連接的開銷，同時(shí)還可以加快用戶的訪問速度。

對(duì)于連接的管理可使用空閑池。即把已經(jīng)創(chuàng)建但尚未分配出去的連接按創(chuàng)建時(shí)間存放到一個(gè)空閑池中。每當(dāng)用戶請(qǐng)求一個(gè)連接時(shí)，系統(tǒng)首先檢查空閑池內(nèi)有沒有空閑連接。如果有就把建立時(shí)間最長(zhǎng)（通過容器的順序存放實(shí)現(xiàn)）的那個(gè)連接分配給他（實(shí)際是先做連接是否有效的判斷，如果可用就分配給用戶，如不可用就把這個(gè)連接從空閑池刪掉，重新檢測(cè)空閑池是否還有連接）；如果沒有則檢查當(dāng)前所開連接池是否達(dá)到連接池所允許的最大連接數(shù)（maxConn）,如果沒有達(dá)到，就新建一個(gè)連接，如果已經(jīng)達(dá)到，就等待一定的時(shí)間（timeout）。如果在等待的時(shí)間內(nèi)有連接被釋放出來就可以把這個(gè)連接分配給等待的用戶，如果等待時(shí)間超過預(yù)定時(shí)間timeout,則返回空值（null）。系統(tǒng)對(duì)已經(jīng)分配出去正在使用的連接只做計(jì)數(shù)，當(dāng)使用完后再返還給空閑池。對(duì)于空閑連接的狀態(tài)，可開辟專門的線程定時(shí)檢測(cè)，這樣會(huì)花費(fèi)一定的系統(tǒng)開銷，但可以保證較快的響應(yīng)速度。也可采取不開辟專門線程，只是在分配前檢測(cè)的方法。

5、連接池的配置與維護(hù)

連接池中到底應(yīng)該放置多少連接，才能使系統(tǒng)的性能最佳？系統(tǒng)可采取設(shè)置最小連接數(shù)（minConn）和最大連接數(shù)（maxConn）來控制連接池中的連接。最小連接數(shù)是系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)連接池所創(chuàng)建的連接數(shù)。如果創(chuàng)建過多，則系統(tǒng)啟動(dòng)就慢，但創(chuàng)建后系統(tǒng)的響應(yīng)速度會(huì)很快；如果創(chuàng)建過少，則系統(tǒng)啟動(dòng)的很快，響應(yīng)起來卻慢。這樣，可以在開發(fā)時(shí)，設(shè)置較小的最小連接數(shù)，開發(fā)起來會(huì)快，而在系統(tǒng)實(shí)際使用時(shí)設(shè)置較大的，因?yàn)檫@樣對(duì)訪問客戶來說速度會(huì)快些。最大連接數(shù)是連接池中允許連接的最大數(shù)目，具體設(shè)置多少，要看系統(tǒng)的訪問量，可通過反復(fù)測(cè)試，找到最佳點(diǎn)。

如何確保連接池中的最小連接數(shù)呢？有動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩種策略。動(dòng)態(tài)即每隔一定時(shí)間就對(duì)連接池進(jìn)行檢測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)連接數(shù)量小于最小連接數(shù)，則補(bǔ)充相應(yīng)數(shù)量的新連接,以保證連接池的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。靜態(tài)是發(fā)現(xiàn)空閑連接不夠時(shí)再去檢查。

連接池的實(shí)現(xiàn)

1、連接池模型

本文討論的連接池包括一個(gè)連接池類（DBConnectionPool）和一個(gè)連接池管理類（DBConnetionPoolManager）。連接池類是對(duì)某一數(shù)據(jù)庫(kù)所有連接的“緩沖池”，主要實(shí)現(xiàn)以下功能：①?gòu)倪B接池獲取或創(chuàng)建可用連接；②使用完畢之后，把連接返還給連接池；③在系統(tǒng)關(guān)閉前，斷開所有連接并釋放連接占用的系統(tǒng)資源；④還能夠處理無效連接（原來登記為可用的連接，由于某種原因不再可用，如超時(shí)，通訊問題），并能夠限制連接池中的連接總數(shù)不低于某個(gè)預(yù)定值和不超過某個(gè)預(yù)定值。

連接池管理類是連接池類的外覆類（wrapper）,符合單例模式，即系統(tǒng)中只能有一個(gè)連接池管理類的實(shí)例。其主要用于對(duì)多個(gè)連接池對(duì)象的管理，具有以下功能：①裝載并注冊(cè)特定數(shù)據(jù)庫(kù)的JDBC驅(qū)動(dòng)程序；②根據(jù)屬性文件給定的信息，創(chuàng)建連接池對(duì)象；③為方便管理多個(gè)連接池對(duì)象，為每一個(gè)連接池對(duì)象取一個(gè)名字，實(shí)現(xiàn)連接池名字與其實(shí)例之間的映射；④跟蹤客戶使用連接情況，以便需要是關(guān)閉連接釋放資源。連接池管理類的引入主要是為了方便對(duì)多個(gè)連接池的使用和管理，如系統(tǒng)需要連接不同的數(shù)據(jù)庫(kù)，或連接相同的數(shù)據(jù)庫(kù)但由于安全性問題，需要不同的用戶使用不同的名稱和密碼。

2、連接池實(shí)現(xiàn)

下面給出連接池類和連接池管理類的主要屬性及所要實(shí)現(xiàn)的基本接口：

public class DBConnectionPool implements TimerListener{

private int checkedOut;//已被分配出去的連接數(shù)

private ArrayList freeConnections = new ArrayList();//容器，空閑池，根據(jù)//創(chuàng)建時(shí)間順序存放已創(chuàng)建但尚未分配出去的連接

private int minConn;//連接池里連接的最小數(shù)量

private int maxConn;//連接池里允許存在的最大連接數(shù)

private String name;//為這個(gè)連接池取個(gè)名字，方便管理

private String password;//連接數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)需要的密碼

private String url;//所要?jiǎng)?chuàng)建連接的數(shù)據(jù)庫(kù)的地址

private String user;//連接數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)需要的用戶名

public Timer timer;//定時(shí)器

public DBConnectionPool(String nAME, String URL, String user, String

password, int maxConn)//公開的構(gòu)造函數(shù)

public synchronized void freeConnection(Connection con) //使用完畢之后，//把連接返還給空閑池

public synchronized Connection getConnection(long timeout)//得到一個(gè)連接，//timeout是等待時(shí)間

public synchronized void release()//斷開所有連接，釋放占用的系統(tǒng)資源

private Connection newConnection()//新建一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)連接

public synchronized void TimerEvent() //定時(shí)器事件處理函數(shù)

}

public class DBConnectionManager {

static private DBConnectionManager instance;//連接池管理類的唯一實(shí)例

static private int clients;//客戶數(shù)量

private ArrayList drivers = new ArrayList();//容器，存放數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)程序

private HashMap pools = new HashMap ();//以name/value的形式存取連接池//對(duì)象的名字及連接池對(duì)象

static synchronized public DBConnectionManager getInstance()//如果唯一的//實(shí)例instance已經(jīng)創(chuàng)建，直接返回這個(gè)實(shí)例;否則，調(diào)用私有構(gòu)造函數(shù)，創(chuàng)//建連接池管理類的唯一實(shí)例

private DBConnectionManager()//私有構(gòu)造函數(shù),在其中調(diào)用初始化函數(shù)init()

public void freeConnection(String name, Connection con)// 釋放一個(gè)連接，//name是一個(gè)連接池對(duì)象的名字

public Connection getConnection(String name)//從名字為name的連接池對(duì)象//中得到一個(gè)連接

public Connection getConnection(String name, long time)//從名字為name

//的連接池對(duì)象中取得一個(gè)連接，time是等待時(shí)間

public synchronized void release()//釋放所有資源

private void createPools(Properties props)//根據(jù)屬性文件提供的信息，創(chuàng)建//一個(gè)或多個(gè)連接池

private void init()//初始化連接池管理類的唯一實(shí)例，由私有構(gòu)造函數(shù)調(diào)用

private void loadDrivers(Properties props)//裝載數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)程序

}

3、連接池使用

上面所實(shí)現(xiàn)的連接池在程序開發(fā)時(shí)如何應(yīng)用到系統(tǒng)中呢？下面以Servlet為例說明連接池的使用。

Servlet的生命周期是：在開始建立servlet時(shí)，調(diào)用其初始化（init）方法。之后每個(gè)用戶請(qǐng)求都導(dǎo)致一個(gè)調(diào)用前面建立的實(shí)例的service方法的線程。最后，當(dāng)服務(wù)器決定卸載一個(gè)servlet時(shí)，它首先調(diào)用該servlet的 destroy方法。

根據(jù)servlet的特點(diǎn)，我們可以在初始化函數(shù)中生成連接池管理類的唯一實(shí)例（其中包括創(chuàng)建一個(gè)或多個(gè)連接池）。如：

public void init() throws ServletException

{

connMgr = DBConnectionManager.getInstance();

}

然后就可以在service方法中通過連接池名稱使用連接池，執(zhí)行數(shù)據(jù)庫(kù)操作。最后在destroy方法中釋放占用的系統(tǒng)資源，如：

public void destroy() {

connMgr.release(); super.destroy();

}

結(jié)束語

在使用JDBC進(jìn)行與數(shù)據(jù)庫(kù)有關(guān)的應(yīng)用開發(fā)中，數(shù)據(jù)庫(kù)連接的管理是一個(gè)難點(diǎn)。很多時(shí)候，連接的混亂管理所造成的系統(tǒng)資源開銷過大成為制約大型企業(yè)級(jí)應(yīng)用效率的瓶頸。對(duì)于眾多用戶訪問的Web應(yīng)用，采用數(shù)據(jù)庫(kù)連接技術(shù)的系統(tǒng)在效率和穩(wěn)定性上比采用傳統(tǒng)的其他方式的系統(tǒng)要好很多。本文闡述了使用JDBC訪問數(shù)據(jù)庫(kù)的技術(shù)?討論了基于連接池技術(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)連接管理的關(guān)鍵問題并給出了一個(gè)實(shí)現(xiàn)模型。文章所給出的是連接池管理程序的一種基本模式，為提高系統(tǒng)的整體性能，在此基礎(chǔ)上還可以進(jìn)行很多有意義的擴(kuò)展。