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Mybatis原理之数据源和连接池

在Java工程项目中，我们常会用到 Mybatis 框架对数据库中的数据进行增删查改，其原理就是对 JDBC 做了一层封装，并优化数据源的连接。

我们先来回顾下 JDBC 操作数据库的过程。

JDBC 操作数据库

JDBC 操作数据库的时候需要指定连接类型、加载驱动、建立连接、最终执行 SQL 语句，代码如下：

public static final String url = "jdbc:mysql://127.0.0.1/somedb";  
    public static final String name = "com.mysql.jdbc.Driver";  
    public static final String user = "root";  
    public static final String password = "root";  
  
    public Connection conn = null;  
    public PreparedStatement pst = null;  
  
    public DBHelper(String sql) {  
        try {  
              //指定连接类型
            Class.forName(name);
              //建立连接 
            conn = DriverManager.getConnection(url, user, password); 
              //准备执行语句  
            pst = conn.prepareStatement(sql);
        } catch (Exception e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
    }  
  
    public void close() {  
        try {  
            this.conn.close();  
            this.pst.close();  
        } catch (SQLException e) {  
            e.printStackTrace();  
        }  
    }

一个 SQL 的执行，如果使用 JDBC 进行处理，需要经过加载驱动、建立连接、再执行 SQL 的一个过程，当下一个 SQL 到来的时候，还需要进行一次这个流程，这就造成不必要的性能损失，而且随着用户操作的逐渐增多，每次都和数据库建立连接对数据库本身来说也是一种压力。

为了减少这种不必要的消耗，可以对数据的操作进行拆分。在 Mybatis 中，数据库连接的建立和管理的部分叫做数据库连接池。

`Mybatis` 数据源 `DateSource` 的分类

UNPOOLED 不使用连接池的数据源
POOLED 使用连接池的数据源
JNDI 使用JNDI实现的数据

Mybatis原理之数据源和连接池

UNPOOLED

UNPOOLED 不使用连接池的数据源，当 dateSource 的type属性被配置成了 UNPOOLED ， MyBatis 首先会实例化一个 UnpooledDataSourceFactory 工厂实例，然后通过 .getDataSource() 方法返回一个 UnpooledDataSource 实例对象引用，我们假定为 dataSource 。

使用 UnpooledDataSource 的 getConnection() ,每调用一次就会产生一个新的 Connection 实例对象。 UnPooledDataSource 的 getConnection() 方法实现如下:

public class UnpooledDataSource implements DataSource {
    private ClassLoader driverClassLoader;
    private Properties driverProperties;
    private static Map<String, Driver> registeredDrivers = new ConcurrentHashMap();
    private String driver;
    private String url;
    private String username;
    private String password;
    private Boolean autoCommit;
    private Integer defaultTransactionIsolationLevel;

    public UnpooledDataSource() {
    }

    public UnpooledDataSource(String driver, String url, String username, String password){
        this.driver = driver;
        this.url = url;
        this.username = username;
        this.password = password;
    }
    
    public Connection getConnection() throws SQLException {
        return this.doGetConnection(this.username, this.password);
    }
    
    private Connection doGetConnection(String username, String password) throws SQLException {
        Properties props = new Properties();
        if(this.driverProperties != null) {
            props.putAll(this.driverProperties);
        }

        if(username != null) {
            props.setProperty("user", username);
        }

        if(password != null) {
            props.setProperty("password", password);
        }

        return this.doGetConnection(props);
    }
    
    private Connection doGetConnection(Properties properties) throws SQLException {
        this.initializeDriver();
        Connection connection = DriverManager.getConnection(this.url, properties);
        this.configureConnection(connection);
        return connection;
    }
}

如上代码所示， UnpooledDataSource 会做以下事情：

初始化驱动：判断driver驱动是否已经加载到内存中，如果还没有加载，则会动态地加载 driver 类，并实例化一个 Driver 对象，使用 DriverManager.registerDriver() 方法将其注册到内存中，以供后续使用。
创建Connection对象：使用 DriverManager.getConnection() 方法创建连接。
配置Connection对象：设置是否自动提交 autoCommit 和隔离级别 isolationLevel 。
返回Connection对象

从上述的代码中可以看到，我们每调用一次 `getConnection()` 方法，都会通过 `DriverManager.getConnection()` 返回新的 `java.sql.Connection` 实例，所以没有连接池。

POOLED 数据源连接池

PooledDataSource: 将 java.sql.Connection 对象包裹成 PooledConnection 对象放到了 PoolState 类型的容器中维护。 MyBatis 将连接池中的 PooledConnection 分为两种状态：空闲状态（idle）和活动状态(active)，这两种状态的 PooledConnection 对象分别被存储到 PoolState 容器内的 idleConnections 和 activeConnections 两个List集合中：

idleConnections: 空闲(idle)状态 PooledConnection 对象被放置到此集合中，表示当前闲置的没有被使用的 PooledConnection 集合，调用 PooledDataSource 的 getConnection() 方法时，会优先从此集合中取 PooledConnection 对象。当用完一个java.sql.Connection对象时， MyBatis 会将其包裹成 PooledConnection 对象放到此集合中。

activeConnections: 活动(active)状态的 PooledConnection 对象被放置到名为 activeConnections 的 ArrayList 中，表示当前正在被使用的 PooledConnection 集合，调用 PooledDataSource 的 getConnection() 方法时，会优先从 idleConnections 集合中取 PooledConnection 对象,如果没有，则看此集合是否已满，如果未满， PooledDataSource 会创建出一个 PooledConnection ，添加到此集合中，并返回

现在让我们看一下 popConnection() 方法到底做了什么：

先看是否有空闲(idle)状态下的 PooledConnection 对象，如果有，就直接返回一个可用的 PooledConnection 对象；否则进行第2步。
查看活动状态的 PooledConnection 池 activeConnections 是否已满；如果没有满，则创建一个新的 PooledConnection 对象，然后放到 activeConnections 池中，然后返回此 PooledConnection 对象；否则进行第三步；
看最先进入 activeConnections 池中的 PooledConnection 对象是否已经过期：如果已经过期，从 activeConnections 池中移除此对象，然后创建一个新的 PooledConnection 对象，添加到 activeConnections 中，然后将此对象返回；否则进行第4步。
线程等待，循环2步

/*
 * 传递一个用户名和密码，从连接池中返回可用的PooledConnection
 */
private PooledConnection popConnection(String username, String password) throws SQLException
{
    boolean countedWait = false;
    PooledConnection conn = null;
    long t = System.currentTimeMillis();
    int localBadConnectionCount = 0;

    while (conn == null)
    {
        synchronized (state)
        {
            if (state.idleConnections.size() > 0)
            {
                // 连接池中有空闲连接，取出第一个
                conn = state.idleConnections.remove(0);
                if (log.isDebugEnabled())
                {
                    log.debug("Checked out connection " + conn.getRealHashCode() + " from pool.");
                }
            }
            else
            {
                // 连接池中没有空闲连接，则取当前正在使用的连接数小于最大限定值，
                if (state.activeConnections.size() < poolMaximumActiveConnections)
                {
                    // 创建一个新的connection对象
                    conn = new PooledConnection(dataSource.getConnection(), this);
                    @SuppressWarnings("unused")
                    //used in logging, if enabled
                    Connection realConn = conn.getRealConnection();
                    if (log.isDebugEnabled())
                    {
                        log.debug("Created connection " + conn.getRealHashCode() + ".");
                    }
                }
                else
                {
                    // Cannot create new connection 当活动连接池已满，不能创建时，取出活动连接池的第一个，即最先进入连接池的PooledConnection对象
                    // 计算它的校验时间，如果校验时间大于连接池规定的最大校验时间，则认为它已经过期了，利用这个PoolConnection内部的realConnection重新生成一个PooledConnection
                    //
                    PooledConnection oldestActiveConnection = state.activeConnections.get(0);
                    long longestCheckoutTime = oldestActiveConnection.getCheckoutTime();
                    if (longestCheckoutTime > poolMaximumCheckoutTime)
                    {
                        // Can claim overdue connection
                        state.claimedOverdueConnectionCount++;
                        state.accumulatedCheckoutTimeOfOverdueConnections += longestCheckoutTime;
                        state.accumulatedCheckoutTime += longestCheckoutTime;
                        state.activeConnections.remove(oldestActiveConnection);
                        if (!oldestActiveConnection.getRealConnection().getAutoCommit())
                        {
                            oldestActiveConnection.getRealConnection().rollback();
                        }
                        conn = new PooledConnection(oldestActiveConnection.getRealConnection(), this);
                        oldestActiveConnection.invalidate();
                        if (log.isDebugEnabled())
                        {
                            log.debug("Claimed overdue connection " + conn.getRealHashCode() + ".");
                        }
                    }
                    else
                    {

                        //如果不能释放，则必须等待有
                        // Must wait
                        try
                        {
                            if (!countedWait)
                            {
                                state.hadToWaitCount++;
                                countedWait = true;
                            }
                            if (log.isDebugEnabled())
                            {
                                log.debug("Waiting as long as " + poolTimeToWait + " milliseconds for connection.");
                            }
                            long wt = System.currentTimeMillis();
                            state.wait(poolTimeToWait);
                            state.accumulatedWaitTime += System.currentTimeMillis() - wt;
                        }
                        catch (InterruptedException e)
                        {
                            break;
                        }
                    }
                }
            }

            //如果获取PooledConnection成功，则更新其信息

            if (conn != null)
            {
                if (conn.isValid())
                {
                    if (!conn.getRealConnection().getAutoCommit())
                    {
                        conn.getRealConnection().rollback();
                    }
                    conn.setConnectionTypeCode(assembleConnectionTypeCode(dataSource.getUrl(), username, password));
                    conn.setCheckoutTimestamp(System.currentTimeMillis());
                    conn.setLastUsedTimestamp(System.currentTimeMillis());
                    state.activeConnections.add(conn);
                    state.requestCount++;
                    state.accumulatedRequestTime += System.currentTimeMillis() - t;
                }
                else
                {
                    if (log.isDebugEnabled())
                    {
                        log.debug("A bad connection (" + conn.getRealHashCode() + ") was returned from the pool, getting another connection.");
                    }
                    state.badConnectionCount++;
                    localBadConnectionCount++;
                    conn = null;
                    if (localBadConnectionCount > (poolMaximumIdleConnections + 3))
                    {
                        if (log.isDebugEnabled())
                        {
                            log.debug("PooledDataSource: Could not get a good connection to the database.");
                        }
                        throw new SQLException("PooledDataSource: Could not get a good connection to the database.");
                    }
                }
            }
        }

    }

    if (conn == null)
    {
        if (log.isDebugEnabled())
        {
            log.debug("PooledDataSource: Unknown severe error condition.  The connection pool returned a null connection.");
        }
        throw new SQLException("PooledDataSource: Unknown severe error condition.  The connection pool returned a null connection.");
    }

    return conn;
}

`java.sql.Connection` 对象的回收

当我们的程序中使用完 Connection 对象时，如果不使用数据库连接池，我们一般会调用 connection.close() 方法，关闭 connection 连接，释放资源

调用过 `close()` 方法的 `Connection` 对象所持有的资源会被全部释放掉， `Connection` 对象也就不能再使用。那么，如果我们使用了连接池，我们在用完了 `Connection` 对象时，需要将它放在连接池中，该怎样做呢？

可能大家第一个在脑海里闪现出来的想法就是：我在应该调用 con.close() 方法的时候，不调用 close() 方法，将其换成将 Connection 对象放到连接池容器中的代码！

怎样实现 `Connection` 对象调用了 `close()` 方法，而实际是将其添加到连接池中

这是要使用代理模式，为真正的 Connection 对象创建一个代理对象，代理对象所有的方法都是调用相应的真正 Connection 对象的方法实现。当代理对象执行 close() 方法时，要特殊处理，不调用真正 Connection 对象的 close() 方法，而是将 Connection 对象添加到连接池中。

MyBatis 的 PooledDataSource 的 PoolState 内部维护的对象是 PooledConnection 类型的对象，而 PooledConnection 则是对真正的数据库连接 java.sql.Connection 实例对象的包裹器。

PooledConnection 对象内持有一个真正的数据库连接 java.sql.Connection 实例对象和一个 java.sql.Connection 的代理：

其源码如下：

class PooledConnection implements InvocationHandler {
    private static final String CLOSE = "close";
    private static final Class<?>[] IFACES = new Class[]{Connection.class};
    private int hashCode = 0;
    private PooledDataSource dataSource;
    private Connection realConnection;
    private Connection proxyConnection;
    private long checkoutTimestamp;
    private long createdTimestamp;
    private long lastUsedTimestamp;
    private int connectionTypeCode;
    private boolean valid;

    public PooledConnection(Connection connection, PooledDataSource dataSource) {
        this.hashCode = connection.hashCode();
        this.realConnection = connection;
        this.dataSource = dataSource;
        this.createdTimestamp = System.currentTimeMillis();
        this.lastUsedTimestamp = System.currentTimeMillis();
        this.valid = true;
        this.proxyConnection = (Connection)Proxy.newProxyInstance(Connection.class.getClassLoader(), IFACES, this);
    }
    
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        String methodName = method.getName();
          //当close时候，会回收 connection , 不会真正的close
        if("close".hashCode() == methodName.hashCode() && "close".equals(methodName)) {
            this.dataSource.pushConnection(this);
            return null;
        } else {
            try {
                if(!Object.class.equals(method.getDeclaringClass())) {
                    this.checkConnection();
                }

                return method.invoke(this.realConnection, args);
            } catch (Throwable var6) {
                throw ExceptionUtil.unwrapThrowable(var6);
            }
        }
    }
}

Mybatis原理之数据源和连接池