数据库连接池

README.md

@@ -35,8 +35,13 @@
 		* [1.8.3 批处理](#183-批处理)
 		* [1.8.4 字符集设置](#184-字符集设置)
 * [2. 数据库连接池](#2-数据库连接池)
-	* []()
+	* [2.1 连接池存在的重要原因](#21-连接池存在的重要原因)
+	* [2.2 连接池](#22-连接池)
+		* [2.2.1 什么是连接池？](#221-什么是连接池)
+		* [2.2.2 使用连接池](#222-使用连接池)
+		* [2.2.3 高级配置](#223-高级配置)
 * [3. SQL注入与防范](#3-sql注入与防范)
+	* []()
 * [4. 事务](#4-事务)
 * [5. MyBatis](#5-mybatis)
 
@@ -215,15 +220,122 @@ show variables like '%character%';
 注：为了保证中文不出错，无论是数据库的还是JDBC的，建议设置为`utf8`
 
 ## 2. 数据库连接池
-1. 建立连接
-通过`DriverManager`的`getConnection`方法可以建立一条Java应用程序到后端数据库的物理链接。虽然对我们来说，仅仅是一个方法的调用，但是在JDBC的数据库驱动中完成了大量客户端与服务器端的交互，这里以MySQL为例：  
+### 2.1 连接池存在的重要原因
+1. **连接复用**
+	1.  建立连接  
+	通过`DriverManager`的`getConnection`方法可以建立一条Java应用程序到后端数据库的物理链接。虽然对我们来说，仅仅是一个方法的调用，但是在JDBC的数据库驱动中完成了大量客户端与服务器端的交互，这里以MySQL为例：  
+	<p align="center">
+	<img src="/img/JDBC/getConnection交互.png" alt="getConnection交互">
+	</p>
+	&emsp;&emsp;该方法首先会在客户端（也就是应用程序所在的服务器）发起一个到服务器端的TCP请求，然后服务器端随机生成一个密码种子返回给客户端，客户端利用这个密码种子和自己保存的数据库密码按照约定的加密算法可以计算得到一个加密的密码，然后再将这个加密的密码发送给MySQL服务器端进行验证，MySQL服务器端通过验证以后，返回给客户端确认该连接建立成功。一个`getConnection`方法需要四次客户端与服务器端的网络传输，由于跨机器的网络传输有较大的时间开销，所以`getConnection`也需要花费较多的时间，建立连接时间开销大。
+
+	2. 多线程数据库访问  
+	&emsp;&emsp;在实际业务场景中，当用户要访问Java程序时，会启动一个线程去处理用户的请求。在处理过程中，如果涉及到要访问后端数据库，需要创建一个`Connection`对象，建立到后端数据库的物理连接，在SQL执行完成以后，随着`Close`方法调用，数据库连接会被销毁。业务处理完成后，线程也会被释放。  
+	在用户再一次发起请求时，又会被分配一个新的线程去处理。同样，涉及到数据库访问时，又会去创建一个新的数据库连接。连接执行完成之后，又被销毁。这样一来，每次用户请求，都需要创建一个数据库连接，每次都需要花费大量的时间在建立连接上，用户的响应时间会变的很慢。
+
+	3. 连接复用  
+	&emsp;&emsp;每个线程在使用数据库连接后并不是立即销毁，而是把它交给下一个需要访问数据库的线程，多个线程共用后端相同的物理连接，实现连接的复用，这就是为什么需要连接池的最重要的一个原因。
+	<p align="center">
+	<img src="/img/JDBC/连接复用.png" alt="连接复用">
+	</p>
+	&emsp;&emsp;以连接池的形式来管理数据库连接，每个需要访问数据库的线程每次从连接池中租借数据库连接，使用完毕后，归还给连接池，这样就可以实现连接的重复使用，避免了每次访问数据库都要去创建数据库连接，从创建改变为租借。
+
+2. **限制连接**
+
+&emsp;&emsp;数据库服务器端在处理数据库请求时，会在服务器端分配一定的资源，比如说内存，用来保存数据库查询的结果。在请求处理结束后，这些资源也会被释放。服务器端的资源是有限的，不能无限制的分配，当同时有多个数据库请求访问数据库的时候，服务器端能处理的连接数是有限的。当超过最大可分配的资源时，就会出现服务器宕机的故障。为了限制并发访问的连接数，数据库服务器端一般会设置最大的并发连接数。如果超过最大连接数，就会抛`too many connections`的异常。
+<p align="center">
+<img src="/img/JDBC/限制连接.png" alt="限制连接">
+</p>
+&emsp;&emsp;虽然服务器端做了必要的保护限制，但是对于应用程序，一方面服务器端直接抛SQL异常，对Java程序的处理不够友好，Java程序必须要捕获这些SQL异常进行异常处理；另一方面，不应该仅仅依靠服务器端的最大连接限制，应该在数据库访问客户端的时候，就应该实现这种限流，数据库连接必须有序、可控的被线程使用，一旦出现异常，也多了一种保护手段。
+&emsp;&emsp;所以需要在客户端的Java程序中，就实现业务线程排队获取数据库连接，限制同时获得数据库连接的线程数，起到一个限流对后端数据库保护的作用。同时，连接数过多也会对后端数据库的性能造成严重的影响，因为连接数的增多，后端数据库就会存在更多的锁的冲突与检测，加大数据库服务器端的资源的消耗，所以应该保证应用程序有序、可控的获得数据库连接。
+
+### 2.2 连接池
+#### 2.2.1 什么是连接池？  
+&emsp;&emsp;连接池本质上是一组Java架包，介于Java应用程序和JDBC数据库物理连接之间，负责帮助应用程序来管理JDBC连接。通过连接池暴露的接口，业务程序可以获取数据库连接，使用完毕以后可以将数据库连接归还到连接池，供下一个线程使用。
+<p align="center">
+<img src="/img/JDBC/连接池.png" alt="连接池">
+</p>
+&emsp;&emsp;连接池对JDBC连接实行有效的管理。在连接池中，JDBC连接不足时，会自动创建连接；在空闲的连接较多时，也会自动的销毁连接。在由多个线程同时获得数据库连接时，连接池还提供了排队等待的功能，能够保证应用程序有序的获得数据库连接。
+
+#### 2.2.2 使用连接池
+&emsp;&emsp;以DBCP连接池为例：  
+&emsp;&emsp;DBCP连接池是Apache的一个开源的Java连接池项目，是Tomcat使用的连接池组件。DBCP连接池包括三个Java架包，分别是：  
+* commons-dbcp.jar
+* commons-pool.jar
+* commons-logging.jar
+
+1. 创建连接池对象  
+&emsp;&emsp;DBCP使用`BasicDataSource`对象来表示一个连接池，所以首先要创建一个`BasicDataSource`对象。因为连接池只是JDBC连接的一个管理单位，它的底层数据库访问依然是通过JDBC来实现的，所以必须告诉DBCP必要的信息才能让DBCP帮助我们自动的创建连接。这些信息与我们创建一个JDBC连接是一致的，首先要包括一个`DB_URL`、数据库的名称、数据库的用户名和密码。
 <p align="center">
-<img src="/img/JDBC/getConnection交互.png" alt="getConnection交互">
+<img src="/img/JDBC/连接池BasicDataSource.png" alt="连接池BasicDataSource">
 </p>
-该方法首先会在客户端（也就是应用程序所在的服务器）发起一个到服务器端的TCP请求，然后服务器端随机生成一个密码种子返回给客户端，客户端利用这个密码种子和自己保存的数据库密码按照约定的加密算法可以计算得到一个加密的密码，然后再将这个加密的密码发送给MySQL服务器端进行验证，MySQL服务器端通过验证以后，返回给客户端确认该连接建立成功。一个`getConnection`方法需要四次客户端与服务器端的网络传输，由于跨机器的网络传输有较大的时间开销，所以`getConnection`也需要花费较多的时间，建立连接时间开销大。
 
-2. 多线程数据库访问
+创建BasicDataSource：
+```Java
+public static BasicDataSource ds = null;
+
+public final static String DRIVER_NAME = "com.mysql.dbc.Driver";
+public final static String USER_NAME = "root";
+public final static String PASSWORD = "root";
+public final static String DB_URL = "jdbc:mysql://localhost/cloud_study";
+
+public static void dbpoolInit() {
+    // 创建BasicDataSource对象
+    ds = new BasicDataSource();
+    // 给BasicDataSource对象传入数据库驱动、数据库URL、数据库用户名和密码
+    ds.setUrl(DB_URL);
+    ds.setDriverClassName(DRIVER_NAME);
+    ds.setUsername(USER_NAME);
+    ds.setPassword(PASSWORD);
+}
+```
+
+2. 获取数据库连接  
+在创建完`BasicDataSource`对象后，应用程序拥有了一个数据库连接池，然后就可以从连接池中获取数据库连接。通过`BasicDataSource`对象提供的`getConnection`方法，可以从连接池中租借一个数据库连接，然后通过这个连接访问后端的数据库。
+
+3. 释放数据库连接  
+使用完毕后，需要将连接归还给连接池供下一个线程使用。同样，调用`Connection`的`close`方法进行释放。
+
+注：使用JDBC时，`Connection`的`close`方法实际上是销毁了连接；这里同样调用了`Connection`的`close`方法，却是将连接归还给了连接池，原因是在DBCP的实现中，将`Connection`的`close`方法进行了重写，将之前的销毁连接的逻辑改为了将数据库连接归还给数据库连接池的逻辑，所以虽然同样是调用`close`方法，但是实现的是不一样的。
+
+[构建实例：数据库连接池-DBPoolTest](/src/main/java/com/micro/profession/jdbc/practice/DBPoolTest.java)
+
+#### 2.2.3 高级配置
+在实际开发过程中，会去设置一些数据库连接的参数来帮助我们优化连接池，提高数据库访问的性能。  
+BasicDataSource参数：
+* .setInitialSize()
+* .setMaxTotal()
+* .setMaxWaitMillis()
+* .setMaxIdle()
+* .setMinIdle()
+
+1. setInitialSize  
+&emsp;&emsp;当我们的应用第一次访问数据库的时候，往往会出现很慢的情况，这是因为连接池中没有数据库连接，需要去创建连接，这个过程是需要花费大量时间的。当连接创建完成后，后续的访问就不再需要重新创建连接，所以速度就变得很快了。  
+&emsp;&emsp;如何提高第一次访问数据库的速度呢？  
+&emsp;&emsp;可以在应用程序启动的时候，就向连接池中预置一定数量的数据库连接，来保证应用程序第一次访问的时候连接池中就有一定数量的连接。这样一来，第一次访问就不会变得很慢。可以通过`InitialSize`参数来设置连接池创建时预置的连接数，一般设置为`预期业务平均访问量`是比较合适的。
+2. setMaxTotal  
+&emsp;&emsp;当连接池没有空闲的连接，又有线程需要去访问数据库的时候，此时连接池会去创建一个新的数据库连接。但是如果此时的连接数已经达到了`MaxTotal`设定的最大值，则连接池就不会为线程新建一个数据库连接，而是强制该线程进入一个等待队列进行等待，直到有其他线程归还数据库连接时再分配。`MaxTotal`实际是去设置了客户端的一个最大连接数，起到一个限流保护数据库的作用。
+3.setMaxWaitMillis  
+进入队列的线程不可能无限制的等待，可以通过设置一个叫做`MaxWaitMillis`的参数来设置一个最大的等待时间。如果超过该时间，则应用程序会得到一个`SQLException`异常。
+4. setMaxIdle  
+当应用程序的线程使用完连接后，将连接归还给连接池。如果此时的连接池空闲连接数超过了`MaxIdle`设置的值后，则连接池会自动的销毁这个数据库连接。这样做的目的就是可以减少后端数据库的连接数来减少不必要的资源损耗。
+5. setMinIdle  
+如果连接池的空闲连接低于`MinIdle`设定的值后，连接池也会自动的触发去创建数据库连接，来保证连接池有足够的连接可以被租借。一般来说，为了避免连接池频繁的创建和销毁数据库连接，建议将`MinIdle`和`MaxIdle`设定为一样的值。
+
+**DBCP定期检查**
+
+BasicDataSource定期检查参数：
+* .setTestWhileIdle(True)
+* .setMinEvictableIdleTimeMillis()
+* .setTimeBetweenEvictionRunsMills()
+
+&emsp;&emsp;为了实现定期检查的功能，数据库服务端为了释放空闲等待的资源，默认会自动关闭空闲时间超过一定阈值的数据库连接。以MySQL数据库为例：  
+MySQL数据库默认的服务器端会自动关闭空闲时间超过8小时的数据库连接。服务器端关闭连接以后，客户端的连接池却不知道连接已经被服务器端关闭，当应用程序的线程向连接池租借连接的时候，连接池有可能将这个失效的数据库连接租借给应用程序。当线程使用该连接的时候就会抛出一个`SQLException`的异常。  
+&emsp;&emsp;为了避免上述情况的发生，尽量保证连接池中的连接都是有效的，可以定期的对连接池中的连接的空闲时间进行一个检查，在服务器端关闭连接之前，就保证把这个连接销毁掉，重新补充新的连接，来保证应用程序从连接池中租借的连接都是有效的。`TestWhileIdle`参数可以开启该功能。`MinEvictableIdleTimeMillis`来表示销毁连接的最小空闲时间，也就是说，只有当空闲时间超过该值的时候，会被连接池自动的销毁。`TimeBetweenEvictionRunsMills`表示检查运行时间的间隔。
+
+注：建议将`MinEvictableIdleTimeMillis`的值一定要小于服务器端自动关闭连接的阈值时间，也就是说一定要小于8小时，这样才能有效的检测空闲时间超过该值的一个空闲连接，然后去主动的关闭它，补充新的连接。
 
+[构建实例：数据库连接池-DBPoolDbcpImpl](/src/main/java/com/micro/profession/jdbc/practice/DBPoolDbcpImpl.java)
 
 ## 3. SQL注入与防范
 

sql/3. 数据库连接池/查询线程连接数.sql

@@ -0,0 +1 @@
+SHOW PROCESSLIST;

src/main/java/com/micro/profession/jdbc/practice/DBPoolDbcpImpl.java

@@ -0,0 +1,100 @@
+package com.micro.profession.jdbc.practice;
+
+import java.sql.Connection;
+import java.sql.DriverManager;
+import java.sql.ResultSet;
+import java.sql.SQLException;
+import java.sql.Statement;
+
+import org.apache.commons.dbcp2.BasicDataSource;
+
+public class DBPoolDbcpImpl extends Thread {
+
+	public static BasicDataSource ds = null;
+
+	public final static String DRIVER_NAME = "com.mysql.jdbc.Driver";
+	public final static String USER_NAME = "root";
+	public final static String PASSWORD = "root";
+	public final static String DB_URL = "jdbc:mysql://localhost/cloud_study";
+
+	public static void dbpoolInit() {
+		ds = new BasicDataSource();
+		ds.setUrl(DB_URL);
+		ds.setDriverClassName(DRIVER_NAME);
+		ds.setUsername(USER_NAME);
+		ds.setPassword(PASSWORD);
+		ds.setMaxTotal(2);
+	}
+
+	public void dbPoolTest() {
+		Connection conn = null;
+		Statement stmt = null;
+		ResultSet rs = null;
+
+		try {
+			conn = ds.getConnection();
+			stmt = conn.createStatement();
+			rs = stmt.executeQuery("select userName from user");
+			while(rs.next()) {
+				System.out.println("hello " + rs.getString("userName"));
+			}
+		} catch (SQLException e) {
+			e.printStackTrace();
+		} finally {
+			try {
+				if(conn != null) conn.close();
+				if(stmt != null) stmt.close();
+				if(rs != null) rs.close();
+			} catch (SQLException e) {
+				// ignore
+			}
+		}
+	}
+
+	public void jdbcTest() {
+		Connection conn = null;
+		Statement stmt = null;
+		ResultSet rs = null;
+
+		try {
+			Class.forName(DRIVER_NAME);
+			conn = DriverManager.getConnection(DB_URL, USER_NAME, PASSWORD);
+			stmt = conn.createStatement();
+			rs = stmt.executeQuery("select * from user");
+			while(rs.next()) {
+				System.out.println(rs.getString("userName"));
+			}
+		} catch (SQLException e) {
+			e.printStackTrace();
+		} catch (Exception e1) {
+			// ignore
+		} finally {
+			try {
+				if(conn != null)
+					conn.close();
+				if(stmt != null)
+					stmt.close();
+				if(rs != null)
+					rs.close();
+			} catch (SQLException e) {
+				// ignore
+			}
+		}
+	}
+
+	public void run() {
+		long start = System.currentTimeMillis();
+		while (System.currentTimeMillis() - start < 10000) {
+//			jdbcTest();	// 同时有10个线程进行访问
+			dbPoolTest();	// 同时有2个线程进行访问
+		}
+	}
+
+	public static void main(String[] args) {
+		dbpoolInit();
+		for (int i=0; i<10; i++) {
+			new DBPoolDbcpImpl().start();
+		}
+	}
+
+}

src/main/java/com/micro/profession/jdbc/practice/DBPoolTest.java

@@ -0,0 +1,57 @@
+package com.micro.profession.jdbc.practice;
+
+import java.sql.Connection;
+import java.sql.ResultSet;
+import java.sql.SQLException;
+import java.sql.Statement;
+
+import org.apache.commons.dbcp2.BasicDataSource;
+
+public class DBPoolTest {
+
+	public static BasicDataSource ds = null;
+
+	public final static String DRIVER_NAME = "com.mysql.jdbc.Driver";
+	public final static String USER_NAME = "root";
+	public final static String PASSWORD = "root";
+	public final static String DB_URL = "jdbc:mysql://localhost/cloud_study";
+
+	public static void dbpoolInit() {
+		ds = new BasicDataSource();
+		ds.setUrl(DB_URL);
+		ds.setDriverClassName(DRIVER_NAME);
+		ds.setUsername(USER_NAME);
+		ds.setPassword(PASSWORD);
+	}
+
+	public void dbPoolTest() {
+		Connection conn = null;
+		Statement stmt = null;
+		ResultSet rs = null;
+
+		try {
+			conn = ds.getConnection();
+			stmt = conn.createStatement();
+			rs = stmt.executeQuery("select userName from user");
+			while(rs.next()) {
+				System.out.println("hello " + rs.getString("userName"));
+			}
+		} catch (SQLException e) {
+			e.printStackTrace();
+		} finally {
+			try {
+				if(conn != null) conn.close();
+				if(stmt != null) stmt.close();
+				if(rs != null) rs.close();
+			} catch (SQLException e) {
+				// ignore
+			}
+		}
+	}
+
+	public static void main(String[] args) {
+		dbpoolInit();
+		new DBPoolTest().dbPoolTest();
+	}
+
+}