据库连接池原理与设计思想

一、为什么需要数据库连接池

数据库连接建立成本非常高：

• 需要 网络三次握手 + 身份认证 + 权限检查 + 内存结构初始化
• 单次建立连接可能耗时 5ms～100ms
• 高并发场景若频繁 open/close connection 会导致系统吞吐急剧下降

连接池目标：

• 预先建立一定数量的连接保留在池中
• 应用程序需要时直接从池子获取
• 用完后不是关闭，而是归还池中复用

二、数据库连接池核心设计思想

组件	作用
连接池（Pool）	保存连接对象的容器（可使用 BlockingQueue）
连接对象（Connection Wrapper）	真正 JDBC 连接的代理包装，用于监听 close 方法
连接工厂（ConnectionFactory）	负责新建数据库连接
空闲检测与健康检查	定期检查超时连接、bad 连接，并回收
扩缩容策略	动态扩容到 maxPoolSize，空闲时收缩
等待队列 / 超时机制	若无可用连接，阻塞等待 / 超时失败

伪代码如下

package pool;

import java.lang.reflect.Proxy;
import java.sql.Connection;
import java.sql.DriverManager;
import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.BlockingQueue;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class MyConnectionPool {

    private final String jdbcUrl;
    private final String username;
    private final String password;

    private final int maxPoolSize;
    private final int initPoolSize;
    private final long waitTimeout;

    private final BlockingQueue<Connection> pool;

    public MyConnectionPool(String jdbcUrl, String username, String password,
                            int initPoolSize, int maxPoolSize, long waitTimeout) throws Exception {

        this.jdbcUrl = jdbcUrl;
        this.username = username;
        this.password = password;
        this.initPoolSize = initPoolSize;
        this.maxPoolSize = maxPoolSize;
        this.waitTimeout = waitTimeout;
        this.pool = new ArrayBlockingQueue<>(maxPoolSize);

        init();
    }

    private void init() throws Exception {
        for (int i = 0; i < initPoolSize; i++) {
            pool.offer(createRealConnection());
        }
        System.out.println("Connection pool initialized, size=" + initPoolSize);
    }

    /** 创建真实 JDBC 连接 */
    private Connection createRealConnection() throws Exception {
        return DriverManager.getConnection(jdbcUrl, username, password);
    }

    /** 获取连接（可能需要等待） */
    public Connection getConnection() throws Exception {
        Connection conn = pool.poll();
        if (conn != null) {
            return wrap(conn);
        }

        synchronized (pool) {
            if (pool.size() < maxPoolSize) {
                return wrap(createRealConnection());
            }
        }

        conn = pool.poll(waitTimeout, TimeUnit.MILLISECONDS);
        if (conn == null) {
            throw new RuntimeException("Timeout: failed to get DB connection");
        }

        return wrap(conn);
    }

    /** 包装 connection，拦截 close() 并归还到 pool */
    private Connection wrap(Connection realConnection) {
        return (Connection) Proxy.newProxyInstance(
                realConnection.getClass().getClassLoader(),
                new Class[]{Connection.class},
                (proxy, method, args) -> {
                    if ("close".equals(method.getName())) {
                        pool.offer(realConnection);
                        return null;
                    }
                    return method.invoke(realConnection, args);
                }
        );
    }
}

import pool.MyConnectionPool;
import java.sql.Connection;
import java.sql.PreparedStatement;
import java.sql.ResultSet;

public class TestPool {
  public static void main(String[] args) throws Exception {

    MyConnectionPool pool = new MyConnectionPool(
      "jdbc:mysql://localhost:3306/test",
      "root",
      "123456",
      3,
      10,
      2000
    );

    Connection conn = pool.getConnection();

    PreparedStatement stmt = conn.prepareStatement("SELECT 1");
    ResultSet rs = stmt.executeQuery();
    if (rs.next()) {
      System.out.println("result = " + rs.getInt(1));
    }

    conn.close(); // 实际不会关闭，而是归还连接
  }
}

三、连接池的高级特性

• 连接有效性检查
• 空闲连接回收
• 连接泄漏检测
• 动态扩缩容
• 连接池监控
• 连接池配置

以下示例空闲连接回收，单独一个线程定时检查空闲连接，并关闭超时或坏的连接

ScheduledExecutorService executor = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();
executor.scheduleAtFixedRate(() -> {
    for (Connection conn : pool) {
        if (System.currentTimeMillis() - lastUsedTime(conn) > idleTimeout) {
            pool.remove(conn);
            conn.close();
            currentTotal.decrementAndGet();
        }
    }
}, 30, 30, TimeUnit.SECONDS);

公众号名称：怪味Coding

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