連接池原來這么簡單（一分鐘系列）
一、如何通過連接訪問下游
工程架構中有很多訪問下游的需求，下游包括但不限于服務/數據庫/緩存，其通訊步驟是為：
(1)與下游建立一個連接
(2)通過這個連接，收發請求
(3)交互結束，關閉連接，釋放資源
這個連接是什么呢，通過連接怎么調用下游接口?服務/數據庫/緩存，官方會提供不同語言的Driver、Document、DemoCode來教使用方建立連接與調用接口，以MongoDB的C++官方Driver API為例(偽代碼)：
- MongoDB的C++官方Driver API為例（偽代碼）：
- DBClientConnection* c = new DBClientConnection();
- c->connect(“127.0.0.1:8888”);
- c->insert(“db.s”, BSON(”shenjian”));
- c->close();
這個DBClientConnection就是一個與MongoDB的連接，官方Driver通過它提供了若干API，讓用戶可以對MongoDB進行連接，增刪查改，關閉的操作，從而實現不同的業務邏輯。
二、為什么需要連接池
當并發量很低的時候，上述偽代碼沒有任何問題，但當服務單機QPS達到幾百、幾千的時候，建立連接connect和銷毀連接close就會成為瓶頸，此時該如何優化?
結論也很簡單，服務啟動的時候，先建立好若干連接Array[DBClientConnection]，當有請求過來的時候，從Array中取出一個，執行下游操作，執行完再放回，從而避免反復的建立和銷毀連接，以提升性能。
而這個對Array[DBClientConnection]進行維護的數據結構，就是連接池。有了連接池之后，數據庫操作的偽代碼變為：
- DBClientConnection* c = ConnectionPool::GetConnection();
- c->insert(“db.s”, BSON(”shenjian”));
- ConnectionPool::FreeConnection(c);
三、連接池核心接口與實現
通過上面的討論，可以看到連接池ConnectionPool主要有三個核心接口：
(1)Init：初始化好Array[DBClientConnection]，這個接口只在服務啟動時調用一次
(2)GetConnection：請求每次需要訪問數據庫時，不是connect一個連接，而是通過連接池的這個接口來拿
(3)FreeConnection：請求每次訪問完數據庫時，不是close一個連接，而是把這個連接放回連接池
連接池核心數據結構：
(1)連接數組Array DBClientConnection [N]
(2)互斥鎖數組Array lock[N]
連接池核心接口實現：
- Init(){
- for i = 1 to N {
- Array DBClientConnection [i] = new();
- Array DBClientConnection [i]->connect();
- Array lock[i] = 0;
- }
- }
說明：把所有連接和互斥鎖初始化
- GetConnection()
- for i = 1 to N {
- if(Array lock[i] == 0){
- Array lock[i] = 1;
- return Array DBClientConnection[i];
- }
- }
- }
說明：找一個可用的連接，鎖住，并返回連接
- FreeConnection(c)
- for i = 1 to N {
- if(Array DBClientConnection [i] == c){
- Array lock[i] = 0;
- }
- }
- }
說明：找到連接，把鎖釋放
可以發現，簡單的連接池管理并不是很復雜，基本原理即如上所述。
四、未盡事宜
上述偽代碼忽略了一些細節，在實現連接池中是需要考慮的：
(1)如果連接全部被占用，是返回失敗，還是讓上游等待
(2)需要實施連接可用性檢測
(3)為了讓調用方更友好，可能還需要包裝一層DAO層，讓“連接”這個東西對調用方都是黑盒的
(4)通過freeArray，connectionMap可以讓取連接和放回連接都達到O(1)時間復雜度
(5)可以通過hash實現id串行化
(6)負載均衡、故障轉移、服務自動擴容都可以在這一層實現
【本文為51CTO專欄作者“58沈劍”原創稿件，轉載請聯系原作者】
