文章出处
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前言
对于ORM框架而言,数据源的组织是一个非常重要的一部分,这直接影响到框架的性能问题。本文将通过对MyBatis框架的数据源结构进行详尽的分析,并且深入解析MyBatis的连接池。
本文首先会讲述MyBatis的数据源的分类,然后会介绍数据源是如何加载和使用的。紧接着将分类介绍UNPOOLED、POOLED和JNDI类型的数据源组织;期间我们会重点讲解POOLED类型的数据源和其实现的连接池原理。
一、MyBatis数据源DataSource分类
MyBatis数据源实现是在以下四个包中:
MyBatis把数据源DataSource分为三种:
1、UNPOOLED 不使用连接池的数据源
2、POOLED 使用连接池的数据源
3、JNDI 使用JNDI实现的数据源
相应地,MyBatis内部分别定义了实现了java.sql.DataSource接口的UnpooledDataSource,PooledDataSource类来表示UNPOOLED、POOLED类型的数据源。 如下图所示:
二、数据源DataSource的创建过程
MyBatis数据源DataSource对象的创建发生在MyBatis初始化的过程中。下面让我们一步步地了解MyBatis是如何创建数据源DataSource的。
在mybatis的XML配置文件中(spring-jdbc.xml),使用元素来配置数据源:
1 | <bean id="dataSource" class="com.xxxxx.jdbc.XxxxDataSource" type="POOLED" |
1. MyBatis在初始化时,解析此文件,根据的type属性来创建相应类型的的数据源DataSource,即:
type=”POOLED” :MyBatis会创建PooledDataSource实例
type=”UNPOOLED” :MyBatis会创建UnpooledDataSource实例
type=”JNDI” :MyBatis会从JNDI服务上查找DataSource实例,然后返回使用
2. 顺便说一下,MyBatis是通过工厂模式来创建数据源DataSource对象的,MyBatis定义了抽象的工厂接口:org.apache.ibatis.datasource.DataSourceFactory
,通过其getDataSource()方法返回数据源DataSource:
定义如下:
1 | public interface DataSourceFactory { |
上述三种不同类型的type,则有对应的以下dataSource工厂:
POOLED PooledDataSourceFactory
UNPOOLED UnpooledDataSourceFactory
JNDI JndiDataSourceFactory
其类图如下所示:
3. MyBatis创建了DataSource实例后,会将其放到Configuration对象内的Environment对象中, 供以后使用。
三、 DataSource什么时候创建Connection对象
当我们需要创建SqlSession对象并需要执行SQL语句时,这时候MyBatis才会去调用dataSource对象来创建java.sql.Connection对象。也就是说,java.sql.Connection对象的创建一直延迟到执行SQL语句的时候。
比如,我们有如下方法执行一个简单的SQL语句:
1 | String resource = "mybatis-config.xml"; |
前4句都不会导致java.sql.Connection对象的创建,只有当第5句sqlSession.selectList(“SELECT * FROM STUDENTS”),才会触发MyBatis在底层执行下面这个方法来创建java.sql.Connection对象:
1 | protected void openConnection() throws SQLException { |
而对于DataSource的UNPOOLED的类型的实现-UnpooledDataSource是怎样实现getConnection()方法的呢?
四、不使用连接池的UnpooledDataSource
当 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:
1 | /** |
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。
上述的序列图如下所示:
总结: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。
五、为什么要使用连接池?
1. 创建一个java.sql.Connection实例对象的代价
首先让我们来看一下创建一个java.sql.Connection对象的资源消耗。我们通过连接Oracle数据库,创建创建Connection对象,来看创建一个Connection对象、执行SQL语句各消耗多长时间。代码如下:
1 | public static void main(String[] args) throws Exception{ |
上述程序的执行结果为:
从此结果可以清楚地看出,创建一个Connection对象,用了250 毫秒;而执行SQL的时间用了170毫秒。
创建一个Connection对象用了250毫秒!这个时间对计算机来说可以说是一个非常奢侈的!
这仅仅是一个Connection对象就有这么大的代价,设想一下另外一种情况:如果我们在Web应用程序中,为用户的每一个请求就操作一次数据库,当有10000个在线用户并发操作的话,对计算机而言,仅仅创建Connection对象不包括做业务的时间就要损耗10000×250ms= 250 0000 ms = 2500 s = 41.6667 min,竟然要41分钟!!!如果对高用户群体使用这样的系统,简直就是开玩笑!
2. 问题分析:
创建一个java.sql.Connection对象的代价是如此巨大,是因为创建一个Connection对象的过程,在底层就相当于和数据库建立的通信连接,在建立通信连接的过程,消耗了这么多的时间,而往往我们建立连接后(即创建Connection对象后),就执行一个简单的SQL语句,然后就要抛弃掉,这是一个非常大的资源浪费!
3. 解决方案:
对于需要频繁地跟数据库交互的应用程序,可以在创建了Connection对象,并操作完数据库后,可以不释放掉资源,而是将它放到内存中,当下次需要操作数据库时,可以直接从内存中取出Connection对象,不需要再创建了,这样就极大地节省了创建Connection对象的资源消耗。由于内存也是有限和宝贵的,这又对我们对内存中的Connection对象怎么有效地维护提出了很高的要求。我们将在内存中存放Connection对象的容器称之为 连接池(Connection Pool)。下面让我们来看一下MyBatis的线程池是怎样实现的。
六、使用了连接池的PooledDataSource
同样地,我们也是使用PooledDataSource的getConnection()方法来返回Connection对象。现在让我们看一下它的基本原理:
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。
PoolState连接池的大致结构如下所示:
1. 获取java.sql.Connection对象的过程
下面让我们看一下PooledDataSource 的getConnection()方法获取Connection对象的实现:
1 | public Connection getConnection() throws SQLException { |
上述的popConnection()方法,会从连接池中返回一个可用的PooledConnection对象,然后再调用getProxyConnection()方法最终返回Conection对象。
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
1 | /* |
对应的处理流程图如下所示:
如上所示,对于PooledDataSource的getConnection()方法内,先是调用类PooledDataSource的popConnection()方法返回了一个PooledConnection对象,然后调用了PooledConnection的getProxyConnection()来返回Connection对象。
2. 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。如下所示:
1 |
|
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()f方法,将其换成将Connection对象放到连接池容器中的代码!
好,我们将上述的想法实现,首先定义一个简易连接池Pool,然后将上面的代码改写:
1 | package com.foo.jdbc; |
1 | package com.foo.jdbc; |
上述的代码就是将我们使用过的Connection对象放到Pool连接池中,我们需要Connection对象的话,只需要使用Pool.getConnection()方法从里面取即可。
是的,上述的代码完全可以实现此能力,不过有一个很不优雅的实现:就是我们需要手动地将Connection对象放到Pool连接池中,这是一个很傻的实现方式。这也和一般使用Connection对象的方式不一样:一般使用Connection的方式是使用完后,然后调用.close()方法释放资源。
为了和一般的使用Conneciton对象的方式保持一致,我们希望当Connection使用完后,调用.close()方法,而实际上Connection资源并没有被释放,而实际上被添加到了连接池中。这样可以做到吗?答案是可以。上述的要求从另外一个角度来描述就是:能否提供一种机制,让我们知道Connection对象调用了什么方法,从而根据不同的方法自定义相应的处理机制。恰好代理机制就可以完成上述要求.
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:
其部分定义如下
1 | class PooledConnection implements InvocationHandler { |
PooledConenction实现了InvocationHandler接口,并且,proxyConnection对象也是根据这个它来生成的代理对象:
1 | public PooledConnection(Connection connection, PooledDataSource dataSource) { |
实际上,我们调用PooledDataSource的getConnection()方法返回的就是这个proxyConnection对象。
当我们调用此proxyConnection对象上的任何方法时,都会调用PooledConnection对象内invoke()方法。
让我们看一下PooledConnection类中的invoke()方法定义:
1 | public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable { |
从上述代码可以看到,当我们使用了pooledDataSource.getConnection()返回的Connection对象的close()方法时,不会调用真正Connection的close()方法,而是将此Connection对象放到连接池中。
七、JNDI类型的数据源DataSource
对于JNDI类型的数据源DataSource的获取就比较简单,MyBatis定义了一个JndiDataSourceFactory工厂来创建通过JNDI形式生成的DataSource。
面让我们看一下JndiDataSourceFactory的关键代码:
1 | if (properties.containsKey(INITIAL_CONTEXT) |
对于JNDI类型的数据源DataSource,则是通过JNDI上下文中取值。通常JNDI方式是操作Ldap数据库的,而非关系型数据库。