11 数据库连接池
基础知识¶
什么是数据库连接池？
池是一组资源的集合，这组资源在服务器启动之初就被完全创建好并初始化。通俗来说，池是资源的容器，本质上是对资源的复用。
顾名思义，连接池中的资源为一组数据库连接，由程序动态地对池中的连接进行使用，释放。
当系统开始处理客户请求的时候，如果它需要相关的资源，可以直接从池中获取，无需动态分配；当服务器处理完一个客户连接后,可以把相关的资源放回池中，无需执行系统调用释放资源。
数据库访问的一般流程是什么？
当系统需要访问数据库时，先系统创建数据库连接，完成数据库操作，然后系统断开数据库连接。
为什么要创建连接池？
从一般流程中可以看出，若系统需要频繁访问数据库，则需要频繁创建和断开数据库连接，而创建数据库连接是一个很耗时的操作，也容易对数据库造成安全隐患。
在程序初始化的时候，集中创建多个数据库连接，并把他们集中管理，供程序使用，可以保证较快的数据库读写速度，更加安全可靠。
整体概述¶
池可以看做资源的容器，所以多种实现方法，比如数组、链表、队列等。这里，使用单例模式和链表创建数据库连接池，实现对数据库连接资源的复用。
项目中的数据库模块分为两部分，其一是数据库连接池的定义，其二是利用连接池完成登录和注册的校验功能。具体的，工作线程从数据库连接池取得一个连接，访问数据库中的数据，访问完毕后将连接交还连接池。
本文内容¶
本篇将介绍数据库连接池的定义，具体的涉及到单例模式创建、连接池代码实现、RAII机制释放数据库连接。
单例模式创建，结合代码描述连接池的单例实现。
连接池代码实现，结合代码对连接池的外部访问接口进行详解。
RAII机制释放数据库连接，描述连接释放的封装逻辑。
单例模式创建¶
使用局部静态变量懒汉模式创建连接池。
1class connection_pool
2{
3public:
4 //局部静态变量单例模式
5 static connection_pool *GetInstance();
6
7private:
8 connection_pool();
9 ~connection_pool();
10}
11
12connection_pool *connection_pool::GetInstance()
13{
14 static connection_pool connPool;
15 return &connPool;
16}
连接池代码实现¶
连接池的定义中注释比较详细，这里仅对其实现进行解析。
连接池的功能主要有：初始化，获取连接、释放连接，销毁连接池。
初始化¶
值得注意的是，销毁连接池没有直接被外部调用，而是通过RAII机制来完成自动释放；使用信号量实现多线程争夺连接的同步机制，这里将信号量初始化为数据库的连接总数。
1connection_pool::connection_pool()
2{
3 this->CurConn = 0;
4 this->FreeConn = 0;
5}
6
7//RAII机制销毁连接池
8connection_pool::~connection_pool()
9{
10 DestroyPool();
11}
12
13//构造初始化
14void connection_pool::init(string url, string User, string PassWord, string DBName, int Port, unsigned int MaxConn)
15{
16 //初始化数据库信息
17 this->url = url;
18 this->Port = Port;
19 this->User = User;
20 this->PassWord = PassWord;
21 this->DatabaseName = DBName;
22
23 //创建MaxConn条数据库连接
24 for (int i = 0; i < MaxConn; i++)
25 {
26 MYSQL *con = NULL;
27 con = mysql_init(con);
28
29 if (con == NULL)
30 {
31 cout << "Error:" << mysql_error(con);
32 exit(1);
33 }
34 con = mysql_real_connect(con, url.c_str(), User.c_str(), PassWord.c_str(), DBName.c_str(), Port, NULL, 0);
35
36 if (con == NULL)
37 {
38 cout << "Error: " << mysql_error(con);
39 exit(1);
40 }
41
42 //更新连接池和空闲连接数量
43 connList.push_back(con);
44 ++FreeConn;
45 }
46
47 //将信号量初始化为最大连接次数
48 reserve = sem(FreeConn);
49
50 this->MaxConn = FreeConn;
51}
获取、释放连接¶
当线程数量大于数据库连接数量时，使用信号量进行同步，每次取出连接，信号量原子减1，释放连接原子加1，若连接池内没有连接了，则阻塞等待。
另外，由于多线程操作连接池，会造成竞争，这里使用互斥锁完成同步，具体的同步机制均使用lock.h中封装好的类。
1//当有请求时，从数据库连接池中返回一个可用连接，更新使用和空闲连接数
2MYSQL *connection_pool::GetConnection()
3{
4 MYSQL *con = NULL;
5
6 if (0 == connList.size())
7 return NULL;
8
9 //取出连接，信号量原子减1，为0则等待
10 reserve.wait();
11
12 lock.lock();
13
14 con = connList.front();
15 connList.pop_front();
16
17 //这里的两个变量，并没有用到，非常鸡肋...
18 --FreeConn;
19 ++CurConn;
20
21 lock.unlock();
22 return con;
23}
24
25//释放当前使用的连接
26bool connection_pool::ReleaseConnection(MYSQL *con)
27{
28 if (NULL == con)
29 return false;
30
31 lock.lock();
32
33 connList.push_back(con);
34 ++FreeConn;
35 --CurConn;
36
37 lock.unlock();
38
39 //释放连接原子加1
40 reserve.post();
41 return true;
42}
销毁连接池¶
通过迭代器遍历连接池链表，关闭对应数据库连接，清空链表并重置空闲连接和现有连接数量。
1//销毁数据库连接池
2void connection_pool::DestroyPool()
3{
4 lock.lock();
5 if (connList.size() > 0)
6 {
7 //通过迭代器遍历，关闭数据库连接
8 list<MYSQL *>::iterator it;
9 for (it = connList.begin(); it != connList.end(); ++it)
10 {
11 MYSQL *con = *it;
12 mysql_close(con);
13 }
14 CurConn = 0;
15 FreeConn = 0;
16
17 //清空list
18 connList.clear();
19
20 lock.unlock();
21 }
22
23 lock.unlock();
24}
RAII机制释放数据库连接¶
将数据库连接的获取与释放通过RAII机制封装，避免手动释放。
定义¶
这里需要注意的是，在获取连接时，通过有参构造对传入的参数进行修改。其中数据库连接本身是指针类型，所以参数需要通过双指针才能对其进行修改。
1class connectionRAII{
2
3public:
4 //双指针对MYSQL *con修改
5 connectionRAII(MYSQL **con, connection_pool *connPool);
6 ~connectionRAII();
7
8private:
9 MYSQL *conRAII;
10 connection_pool *poolRAII;
11};
实现¶
不直接调用获取和释放连接的接口，将其封装起来，通过RAII机制进行获取和释放。
1connectionRAII::connectionRAII(MYSQL **SQL, connection_pool *connPool){
2 *SQL = connPool->GetConnection();
3
4 conRAII = *SQL;
5 poolRAII = connPool;
6}
7
8connectionRAII::~connectionRAII(){
9 poolRAII->ReleaseConnection(conRAII);
10}