高性能数据库连接池的内幕

每个schema里面所有的连接会按照autocommit进行分组。 分为自动提交(autocommit=true) 和非自动提交(autocommit=false)。获取连接时优先获取相同autocommit的分组里的连接，如果没有可用连接则从另外一个分组中获取连接，业务操作执行完后，再归还到对应的分组里面。该种机制避免了开启事务多执行的两条事务语句。

锁性能优化

连接池的通用功能：

连接池主要包含五部分：获取连接，归还连接，定时任务，维护组件及资源池

获取连接：

1：获取超时：如果超过规定时间未获取到连接，则会抛出异常

2：有效性检查：当从资源池里面获取到资源，需要检查该资源的有效性，如果失效，再次获取连接。避免执行业务的时候报错。

3：创建连接：可以同步创建，也可以异步创建。

归还连接：

1：归还连接：比如需要检查最大空闲数，确定是物理关闭还是归还到连接池

2：销毁连接: 可同步销毁也可异步销毁

定时任务：

1：空闲检查：主要是检查空闲连接，连接空闲超过一定时间，则会关闭连接。

2：最小连接数控制：一般会设置最小连接数。保证当前系统里面最小的连接数。如果不够，则会新建连接。

组件维护：

1：连接状态控制：空闲，使用，删除等状态控制

2：异常处理：对JDBC访问的异常统一处理，如果异常与连接相关，则会将该连接销毁掉。

3：缓存：避免对SQL重复解析，PrepareStatement机制下，会对SQL解析的对象进行缓存。

4：JDBC封装：对JDBC进行了实现，真正的实现是底层的driver,比如MySQL-connector-java 。

资源池：

1：资源池是存放连接的地方，也是连接池最核心的地方。

2：所有的组件基本上都与资源池进行交互，对连接资源的竞争非常激烈。该处的性能将决定了整个连接池的性能。

3：一般资源池的实现是使用JDK提供的BlockingQueue。那么是否有方案可以进行无锁的设计，来避免竞争。

资源池无锁设计

获取连接大概流程：

1：从ThreadLocal里面获取连接，如果没有空闲连接，则从全局连接池(CopyOnWriteArrayList)中获取。

2：如果全局连接池中没有空闲连接，则会异步新建连接。

3：判定超时时间是否大于阈值，如果小于阈值，则进行自旋。否则进行park休眠。

4：连接建立成功后，会对park的线程进行唤醒

主要从四个方面实现了无锁的设计：ThreadLocal,CopyOnWriteArrayList，异步建立连接及自旋。

ThreadLocal

1：每个线程均有一个连接队列。该队列是全局队列的引用。

2：获取连接时先从ThreadLocal里面拿连接，如果连接是空闲状态，则使用。否则移除掉，再拿下一个，直到拿不到连接为止。

3：归还连接时，只需要归还到Threadlocal的队列里面，同时设置连接为空闲状态

4：如果使用BlockQueue,获取连接时调用poll,归还连接时调用offer，存在两次锁的竞争。优化后通过CAS避免了两次锁的开销(获取连接时，使用CAS置连接为非空闲状态;归还时，使用CAS置连接为空闲状态)

CopyOnWriteArrayList

1：该队列使用场景是：大量读，少量写的操作，并且存储的数据比较有限。而连接池的场景非常适合采用CopyOnWriteArrayList。

2：在获取连接或者归还连接时，只会通过CAS更改连接的状态，不会对连接池进行添加或者删除的操作。

3：一般连接池连接的个数比较可控，CopyOnWriteArrayList在写操作时会对所有连接进行拷贝，对内存影响不大。

异步建立连接

获取到连接后，判断一下是否有并发正在等待获取连接，如果有，则异步建立连接。避免下一个连接的等待。如果CopyOnWriteArrayList没有空闲连接，则异步建立连接。

自旋

该自旋比较类似于JDK对synchronized的自旋机制。如果发现超时时间大于设定的阈值(比如10微秒)，则会进行线程挂起。如果小于设定的阈值，则重新获取连接，进行自选，避免线程的上下文切换带来的性能开销。。

优化小技巧

方法内联优化

1：每调用一次方法，线程便会新建一个栈帧，新建栈帧开销相对比较大

2：JIT在运行时会进行内联优化，多个方法使用一个栈帧，避免栈帧新建过多

3：JIT方法内联优化默认的字节码个数阈值是35个字节，低于35个字节，才会进行优化。(可通过-XX:MaxInlineSize=35进行设置)

通过修改上述代码，编译后字节码修改到34个字节，则可以满足内联的条件。

心跳语句选择

PrepareStatement模式选择

MySQL driver默认是client模式，如果需要开启server模式，需要设置 useServerPrepStmts=true 。PrepareStatement默认的client模式和Statement对于DB端没有区别。大家普遍理解PrepareStatement和Statement的区别是PrepareStatement可以避免SQL注入。但是避免SQL注入是如何做到的?

使用PrepareStatement设置参数的时候，比如调用setString(int parameterIndex, String x)，本地会对设置的参数进行转义来避免SQL注入。

（编辑：云计算网_泰州站长网）

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