数据库连接池的基本原理

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传统的数据库连接方式（指通过DriverManager和基本实现DataSource进行连接）中，一个数据库连接对象均对应一个物理数据库连接，数据库连接的建立以及关闭对系统而言是耗费系统资源的操作，在多层结构的应用程序环境中这种耗费资源的动作对系统的性能影响尤为明显。 

在多层结构的应用程序中通过连接池（connection pooling）技术可以使系统的性能明显得到提到，连接池意味着当应用程序需要调用一个数据库连接的时，数据库相关的接口通过返回一个通过重用数据库连接来代替重新创建一个数据库连接。通过这种方式，应用程序可以减少对数据库连接操作，尤其在多层环境中多个客户端可以通过共享少量的物理数据库连接来满足系统需求。通过连接池技术Java应用程序不仅可以提高系统性能同时也为系统提高了可测量性。 

数据库连接池是运行在后台的而且应用程序的编码没有任何的影响。此中状况存在的前提是应用程序必须通过DataSource对象（一个实现javax.sql.DataSource接口的实例）的方式代替原有通过DriverManager类来获得数据库连接的方式。一个实现javax.sql.DataSource接口的类可以支持也可以不支持数据库连接池，但是两者获得数据库连接的代码基本是相同的。 

代码如下： 

一个DataSource对象通常注册在JNDI命名服务上，应用程序可以通过标准的方式获得到注册在JNDI服务上的DataSource对象。 

Context ctx = new InitialContext();  
DataSource ds = (DataSource) ctx.lookup("jdbc/openbase"); 

如果当前DataSource不支持数据库连接池，应用程序将获得一个和物理数据库连接对应的Connection对象。而如果当前的DataSource对象支持数据库连接池，应用程序自动获得重用的数据库连接而不用创建新的数据库连接。重用的数据库连接和新建立连接的数据库连接使用上没有任何不同。应用程序可以通过重用的连接正常的访问数据库，进行访问数据的操作，完成操作后应显式的调用close()关闭数据库连接。 

Connection con = ds.getConnection("User", "Pwd");  
相关数据库的操作；  
con.close();  

当关闭数据连接后，当前使用的数据库连接将不会被物理关闭，而是放回到数据库连接池中进行重用。 


JDBC3.0规范中数据库连接池框架 
JDBC3.0规范中通过提供了一个支持数据库连接池的框架，这个框架仅仅规定了如何支持连接池的实现，而连接池的具体实现JDBC 3.0规范并没有做相关的规定。通过这个框架可以让不同角色的开发人员共同实现数据库连接池。 

通过JDBC3.0规范可以知道具体数据库连接池的实现可以分为JDBC Driver级和Application Server级。在JDBC Driver级的实现中任何相关的工作均由特定数据库厂商的JDBC Drvier的开发人员来具体实现，即JDBC Driver既需要提供对数据库连接池的支持同时也必须对数据库连接池进行具体实现。而在Application Server级中数据库连接池的实现中特定数据库厂商的JDBC Driver开发人员和Application Server开发人员来共同实现数据库连接池的实现（但是现在大多数Application Server厂商实现的连接池的机制和规范中提到有差异），其中特定数据库厂商的JDBC Driver提供数据库连接池的支持而特定的Application Server厂商提供数据库连接池的具体实现。 

JDBC3.0规范规定了如下的类和接口来支持数据库连接池的实现。 

javax.sql.ConnectionEvent  
javax.sql.ConnectionPoolDataSource  
javax.sql.PooledConnection  
javax.sql.ConnectionEventListener  

其中除javax.sql.ConnectionEvent是类，其它的均为接口。 


通过此图可以大概的了解相关接口在一个典型的三层环境中应用程序的位置。 

数据库连接池实现层次中，由特定数据库厂商的JDBC Driver开发人员提供连接池支持，而特定Application Server提供连接池实现的情况比较复杂，其它的实现层次均可视为其简化情况的一种。下面将针对这种情况进行说明。 

在这个框架主要有两个用户角色存在，它们分别是： 

特定数据库厂商的JDBC Driver开发人员，之后将简称为Driver Vendor 
特定Application Server中连接池开发人员，之后将简称为Pooling Vendor 



下面对几个关键模块进行详细的说明： 

Driver Vendor DataSource: 
Driver Vendor必须提供一个ConnectionPoolDataSource 接口的具体实现，通过这个接口Pooling Vendor可以得到一个PooledConnection对象，从而使第三方实现的连接池可以使用特定数据库厂商得到JDBC Driver产生的数据库连接。在这里ConnectionPoolDataSource接口扮演的角色可以视为产生PooledConnection 对象的工厂。 

Driver Vendor PooledConnection: 
Driver Vendor必须提供标准PooledConnection 接口实现的类，这个接口允许Pooling Vendor在JDBC Driver提供连接池支持的基础上实现连接池。一个具体PooledConnection对象代表了一个物理的数据库连接；由PooledConnection对象创建Connection对象仅仅只是一个指向PooledConnetion对象的句柄。在JDBC 3.0连接池实现框架中PooledConnection对象扮演的角色可以视为产生Connection对象的工厂。 

Pooling Vendor DataSource: 
Pooling Vendor必须实现DataSource接口，这个接口是和连接池实现模块进行交互的入口点。ConnectionPoolDataSource根据需要创建PooledConnection对象。 

Pooling Vendor Connection Cache: 
此模块是Pooling Vendor对连接池的具体实现。JDBC 3.0 规范没有规定在DataSource对象和数据库连接池实现之间的需要实现的接口，所以它们之间的交互由Pooling Vendor自己定义。一般而言，一个数据库连接池的具体实现包含了一个或若干个具体的类，但是在连接池实现模块中必须包含一个类实现标准ConnectionEventListener接口。当一个PooledConnectiond对象被关闭或者出现异常的时候，PooledConnection对象将会向ConnectionEventListener接口发送ConnectionEvent对象，连接池实现模块将会根据返回的ConnectionEvent对象对PooledConnection进行关闭或者重用操作。 

ConnectionEvent: 
实现连接池时，当应用程序调用Connection.close()试图去关闭数据库连接时，这时需要有一个通告给连接池实现模块，通告对当前的数据库物理连接（PooledConnection 对象）进行重用。为了使连接池实现模块能得到这种"通告"，连接池实现模块必须实现ConnectionEventListener接口，而且同时需要注册成为PooledConnection对象的监听者。连接池实现模块通过PooledConnection.addConnectionEventListener()方法注册自己成为一个监听者。 


在典型三层环境中具体调用流程： 
当应用程序通过调用DataSource.getConnection()得到一个数据库连接。 

Pooling Vendor实现的DataSource对象在连接池中进行查找看当前是否有有效的PooledConnection对象，如果连接池中有可用的PooledConnection，则进行检查，如果当前的PooledConnection可用则使用。 

如果如果连接池中没有可用的PooledConnection对象，或者当前的PooledConnection对象不正确，那么Pooling Vendor调用ConnectionPoolDataSource.getPooledConnection类创建一个新的PooledConnection对象，这时由Driver Vendor实现的ConnectionPoolDataSource将会创建一个满足要求新的PooledConnection对象，并将其返回给连接池实现模块进行管理。 

然后，Pooling Vendor会调用PooledConnection.getConnection()获得一个逻辑的Connection对象，这个逻辑的Connection对象将会象正常的Connection对象返回给应用程序。这个逻辑Connection对象实际上是连接池中PooledConnection对象的一个句柄，当连接池有效时，应用程序调用DataSource.getConnection()就会得到这个句柄。简而言之，应用程序此时使用的Connection对象仅仅是其创建者PooledConnection对象的句柄而已。 

连接池实现模块调用PooledConnection.addConnectionEventListener()将自己注册成为一个PooledConnection对象的监听者，当数据库连接需要重用或者关闭的时候连接池实现模块可以得到通告。 

当应用程序通过调用Connection.close()来关闭数据库连接，这时一个ConnectionEvent对象被创建并被返回到连接池实现模块，连接池实现模块接受到此通告后，将PooledConnection对象返回到池中进行重用。这些过程中其它角色都不能访问PooledConnection.close（）方法，能访问这个方法的只有Pooling Vendor，它们使用这个方法对连接池中的对象进行操作，通过PooledConnection.close()方法可以关闭物理数据库连接。