用连接池提高Servlet访问数据库的效率

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Java Servlet作为首选的服务器端数据处理技术，正在迅速取代CGI脚本。Servlet超越CGI的优势之一在于，不仅多个请求可以共享公用资源，而且还可以在不同用户请求之间保留持续数据。本文介绍一种充分发挥该特色的实用技术，即数据库连接池。


一、实现连接池的意义
动态Web站点往往用数据库存储的信息生成Web页面，每一个页面请求导致一次数据库访问。连接数据库不仅要开销一定的通讯和内存资源，还必须完成用户验证、安全上下文配置这类任务，因而往往成为最为耗时的操作。
当然，实际的连接时间开销千变万化，但1到2秒延迟并非不常见。如果某个基于数据库的Web应用只需建立一次初始连接，不同页面请求能够共享同一连接，就能获得显著的性能改善。Servlet是一个Java类。Servlet引擎（它可能是Web服务软件的一部分，也可能是一个独立的附加模块）在系统启动或Servlet第一次被请求时将该类装入Java虚拟机并创建它的一个实例。不同用户请求由同一Servlet实例的多个独立线程处理。那些要求在不同请求之间持续有效的数据既可以用Servlet的实例变量来保存，也可以保存在独立的辅助对象中。
用JDBC访问数据库首先要创建与数据库之间的连接，获得一个连接对象（Connection），由连接对象提供执行SQL语句的方法。
本文介绍的数据库连接池包括一个管理类DBConnectionManager，负责提供与多个连接池对象(DBConnectionPool类）之间的接口。每一个连接池对象管理一组JDBC连接对象，每一个连接对象可以被任意数量的Servlet共享。
类DBConnectionPool提供以下功能：
1) 从连接池获取（或创建）可用连接。
2) 把连接返回给连接池。
3) 在系统关闭时释放所有资源，关闭所有连接。

此外， DBConnectionPool类还能够处理无效连接（原来登记为可用的连接，由于某种原因不再可用，如超时，通讯问题），并能够限制连接池中的连接总数不超过某个预定值。
管理类DBConnectionManager用于管理多个连接池对象，它提供以下功能：
1) 装载和注册JDBC驱动程序。
2) 根据在属性文件中定义的属性创建连接池对象。
3) 实现连接池名字与其实例之间的映射。
4) 跟踪客户程序对连接池的引用，保证在最后一个客户程序结束时安全地关闭所有连接池。

本文余下部分将详细说明这两个类，最后给出一个示例演示Servlet使用连接池的一般过程。
二、具体实现
DBConnectionManager.java程序清单如下：

001 import java.io.*;
002 import java.sql.*;
003 import java.util.*;
004 import java.util.Date;
005
006 /**
007 * 管理类DBConnectionManager支持对一个或多个由属性文件定义的数据库连接
008 * 池的访问.客户程序可以调用getInstance()方法访问本类的唯一实例.
009 */
010 public class DBConnectionManager {
011 static private DBConnectionManager instance; // 唯一实例
012 static private int clients;
013
014 private Vector drivers = new Vector();
015 private PrintWriter log;
016 private Hashtable pools = new Hashtable();
017
018 /**
019 * 返回唯一实例.如果是第一次调用此方法,则创建实例
020 *
021 * @return DBConnectionManager 唯一实例
022 */
023 static synchronized public DBConnectionManager getInstance() {
024 if (instance == null) {
025 instance = new DBConnectionManager();
026 }
027 clients++;
028 return instance;
029 }
030
031 /**
032 * 建构函数私有以防止其它对象创建本类实例
033 */
034 private DBConnectionManager() {
035 init();
036 }
037
038 /**
039 * 将连接对象返回给由名字指定的连接池
040 *
041 * @param name 在属性文件中定义的连接池名字
042 * @param con 连接对象
043 */
044 public void freeConnection(String name, Connection con) {
045 DBConnectionPool pool = (DBConnectionPool) pools.get(name);
046 if (pool != null) {
047 pool.freeConnection(con);
048 }
049 }
050
051 /**
052 * 获得一个可用的(空闲的)连接.如果没有可用连接,且已有连接数小于最大连接数
053 * 限制,则创建并返回新连接
054 *
055 * @param name 在属性文件中定义的连接池名字
056 * @return Connection 可用连接或null
057 */
058 public Connection getConnection(String name) {
059 DBConnectionPool pool = (DBConnectionPool) pools.get(name);
060 if (pool != null) {
061 return pool.getConnection();
062 }
063 return null;
064 }
065
066 /**
067 * 获得一个可用连接.若没有可用连接,且已有连接数小于最大连接数限制,
068 * 则创建并返回新连接.否则,在指定的时间内等待其它线程释放连接.
069 *
070 * @param name 连接池名字
071 * @param time 以毫秒计的等待时间
072 * @return Connection 可用连接或null
073 */
074 public Connection getConnection(String name, long time) {
075 DBConnectionPool pool = (DBConnectionPool) pools.get(name);
076 if (pool != null) {
077 return pool.getConnection(time);
078 }
079 return null;
080 }
081
082 /**
083 * 关闭所有连接,撤销驱动程序的注册
084 */
085 public synchronized void release() {
086 // 等待直到最后一个客户程序调用
087 if (--clients != 0) {
088 return;
089 }
090
091 Enumeration allPools = pools.elements();
092 while (allPools.hasMoreElements()) {
093 DBConnectionPool pool = (DBConnectionPool) allPools.nextElement();
094 pool.release();
095 }
096 Enumeration allDrivers = drivers.elements();
097 while (allDrivers.hasMoreElements()) {
098 Driver driver = (Driver) allDrivers.nextElement();
099 try {
100 DriverManager.deregisterDriver(driver);
101 log("撤销JDBC驱动程序 " + driver.getClass().getName()+"的注册");
102 }
103 catch (SQLException e) {
104 log(e, "无法撤销下列JDBC驱动程序的注册: " + driver.getClass().getName());
105 }
106 }
107 }
108
109 /**
110 * 根据指定属性创建连接池实例.
111 *
112 * @param props 连接池属性
113 */
114 private void createPools(Properties props) {
115 Enumeration propNames = props.propertyNames();
116 while (propNames.hasMoreElements()) {
117 String name = (String) propNames.nextElement();
118 if (name.endsWith(".url")) {
119 String poolName = name.substring(0, name.lastIndexOf("."));
120 String url = props.getProperty(poolName + ".url");
121 if (url == null) {
122 log("没有为连接池" + poolName + "指定URL");
123 continue;
124 }
125 String user = props.getProperty(poolName + ".user");
126 String password = props.getProperty(poolName + ".password");
127 String maxconn = props.getProperty(poolName + ".maxconn", "0");
128 int max;
129 try {
130 max = Integer.valueOf(maxconn).intValue();
131 }
132 catch (NumberFormatException e) {
133 log("错误的最大连接数限制: " + maxconn + " .连接池: " + poolName);
134 max = 0;
135 }
136 DBConnectionPool pool =
137 new DBConnectionPool(poolName, url, user, password, max);
138 pools.put(poolName, pool);
139 log("成功创建连接池" + poolName);
140 }
141 }
142 }
143
144 /**
145 * 读取属性完成初始化
146 */
147 private void init() {
148 InputStream is = getClass().getResourceAsStream("/db.properties");
149 Properties dbProps = new Properties();
150 try {
151 dbProps.load(is);
152 }
153 catch (Exception e) {
154 System.err.println("不能读取属性文件. " +
155 "请确保db.properties在CLASSPATH指定的路径中");
156 return;
157 }
158 String logFile = dbProps.getProperty("logfile", "DBConnectionManager.log");
159 try {
160 log = new PrintWriter(new FileWriter(logFile, true), true);
161 }
162 catch (IOException e) {
163 System.err.println("无法打开日志文件: " + logFile);
164 log = new PrintWriter(System.err);
165 }
166 loadDrivers(dbProps);
167 createPools(dbProps);
168 }
169
170 /**
171 * 装载和注册所有JDBC驱动程序
172 *
173 * @param props 属性
174 */
175 private void loadDrivers(Properties props) {
176 String driverClasses = props.getProperty("drivers");
177 StringTokenizer st = new StringTokenizer(driverClasses);
178 while (st.hasMoreElements()) {
179 String driverClassName = st.nextToken().trim();
180 try {
181 Driver driver = (Driver)
182 Class.forName(driverClassName).newInstance();
183 DriverManager.registerDriver(driver);
184 drivers.addElement(driver);
185 log("成功注册JDBC驱动程序" + driverClassName);
186 }
187 catch (Exception e) {
188 log("无法注册JDBC驱动程序: " +
189 driverClassName + ", 错误: " + e);
190 }
191 }
192 }
193
194 /**
195 * 将文本信息写入日志文件
196 */
197 private void log(String msg) {
198 log.println(new Date() + ": " + msg);
199 }
200
201 /**
202 * 将文本信息与异常写入日志文件
203 */
204 private void log(Throwable e, String msg) {
205 log.println(new Date() + ": " + msg);
206 e.printStackTrace(log);
207 }
208
209 /**
210 * 此内部类定义了一个连接池.它能够根据要求创建新连接,直到预定的最
211 * 大连接数为止.在返回连接给客户程序之前,它能够验证连接的有效性.
212 */
213 class DBConnectionPool {
214 private int checkedOut;
215 private Vector freeConnections = new Vector();
216 private int maxConn;
217 private String name;
218 private String password;
219 private String URL;
220 private String user;
221
222 /**
223 * 创建新的连接池
224 *
225 * @param name 连接池名字
226 * @param URL 数据库的JDBC URL
227 * @param user 数据库帐号,或 null
228 * @param password 密码,或 null
229 * @param maxConn 此连接池允许建立的最大连接数
230 */
231 public DBConnectionPool(String name, String URL, String user, String password,
232 int maxConn) {
233 this.name = name;
234 this.URL = URL;
235 this.user = user;
236 this.password = password;
237 this.maxConn = maxConn;
238 }
239
240 /**
241 * 将不再使用的连接返回给连接池
242 *
243 * @param con 客户程序释放的连接
244 */
245 public synchronized void freeConnection(Connection con) {
246 // 将指定连接加入到向量末尾
247 freeConnections.addElement(con);
248 checkedOut--;
249 notifyAll();
250 }
251
252 /**
253 * 从连接池获得一个可用连接.如没有空闲的连接且当前连接数小于最大连接
254 * 数限制,则创建新连接.如原来登记为可用的连接不再有效,则从向量删除之,
255 * 然后递归调用自己以尝试新的可用连接.
256 */
257 public synchronized Connection getConnection() {
258 Connection con = null;
259 if (freeConnections.size() > 0) {
260 // 获取向量中第一个可用连接
261 con = (Connection) freeConnections.firstElement();
262 freeConnections.removeElementAt(0);
263 try {
264 if (con.isClosed()) {
265 log("从连接池" + name+"删除一个无效连接");
266 // 递归调用自己,尝试再次获取可用连接
267 con = getConnection();
268 }
269 }
270 catch (SQLException e) {
271 log("从连接池" + name+"删除一个无效连接");
272 // 递归调用自己,尝试再次获取可用连接
273 con = getConnection();
274 }
275 }
276 else if (maxConn == 0 || checkedOut < maxConn) {
277 con = newConnection();
278 }
279 if (con != null) {
280 checkedOut++;
281 }
282 return con;
283 }
284
285 /**
286 * 从连接池获取可用连接.可以指定客户程序能够等待的最长时间
287 * 参见前一个getConnection()方法.
288 *
289 * @param timeout 以毫秒计的等待时间限制
290 */
291 public synchronized Connection getConnection(long timeout) {
292 long startTime = new Date().getTime();
293 Connection con;
294 while ((con = getConnection()) == null) {
295 try {
296 wait(timeout);
297 }
298 catch (InterruptedException e) {}
299 if ((new Date().getTime() - startTime) >= timeout) {
300 // wait()返回的原因是超时
301 return null;
302 }
303 }
304 return con;
305 }
306
307 /**
308 * 关闭所有连接
309 */
310 public synchronized void release() {
311 Enumeration allConnections = freeConnections.elements();
312 while (allConnections.hasMoreElements()) {
313 Connection con = (Connection) allConnections.nextElement();
314 try {
315 con.close();
316 log("关闭连接池" + name+"中的一个连接");
317 }
318 catch (SQLException e) {
319 log(e, "无法关闭连接池" + name+"中的连接");
320 }
321 }
322 freeConnections.removeAllElements();
323 }
324
325 /**
326 * 创建新的连接
327 */
328 private Connection newConnection() {
329 Connection con = null;
330 try {
331 if (user == null) {
332 con = DriverManager.getConnection(URL);
333 }
334 else {
335 con = DriverManager.getConnection(URL, user, password);
336 }
337 log("连接池" + name+"创建一个新的连接");
338 }
339 catch (SQLException e) {
340 log(e, "无法创建下列URL的连接: " + URL);
341 return null;
342 }
343 return con;
344 }
345 }
346 }