项目介绍

为了提高MySQL数据库(基于C/S设计)的访问瓶颈,除了在服务器端增加缓存服务器缓存常用的数据之外(例如redis),还可以增加连接池,来提高MySQL Server的访问效率,在高并发情况下,大量的 TCP三次握手、MySQL Server连接认证、MySQL Server关闭连接回收资源和TCP四次挥手所耗费的性能时间也是很明显的,增加连接池就是为了减少这一部分的性能损耗。

目前比较流行的MySQL连接池都是基于Java实现,为了在C/C++项目中更方便地使用连接池,基于C++实现一个MySQL连接池。

MySQL连接池功能介绍

连接池一般包含了数据库连接所用的ip地址、port端口号、用户名和密码以及其它的性能参数,例如初始连接量,最大连接量,最大空闲时间、连接超时时间等,该项目是基于C++语言实现的连接池,主要也是实现以上几个所有连接池都支持的通用基础功能。

  • 初始连接量(initSize):表示连接池事先会和MySQL Server创建initSize个数的connection连接,当应用发起MySQL访问时,不用再创建和MySQL Server新的连接,直接从连接池中获取一个可用的连接就可以,使用完成后,并不去释放connection,而是把当前connection再归还到连接池当中。

  • 最大连接量(maxSize):当并发访问MySQL Server的请求增多时,初始连接量已经不够使用了,此时会根据新的请求数量去创建更多的连接给应用去使用,但是新创建的连接数量上限是maxSize,不能无限制的创建连接,因为每一个连接都会占用一个socket资源,一般连接池和服务器程序是部署在一台主机上的,如果连接池占用过多的socket资源,那么服务器就不能接收太多的客户端请求了。当这些连接使用完成后,再次归还到连接池当中来维护。

  • 最大空闲时间(maxIdleTime):当访问MySQL的并发请求多了以后,连接池里面的连接数量会动态增加,上限是maxSize个,当这些连接用完再次归还到连接池当中。如果在指定的maxIdleTime里面, 这些新增加的连接都没有被再次使用过,那么新增加的这些连接资源就要被回收掉,只需要保持初始连接量initSize个连接就可以了。

  • 连接超时时间(connectionTimeout):当MySQL的并发请求量过大,连接池中的连接数量已经到达maxSize了,而此时没有空闲的连接可供使用,那么此时应用从连接池获取连接无法成功,通过阻塞的方式获取连接,如果等待的时间如果超过connectionTimeout时间,那么获取连接失败,无法访问数据库。

功能实现设计

ConnectionPool.cppConnectionPool.h:连接池代码实现。 Connection.cppConnection.h:数据库操作代码、增删改查代码实现。

设计要点

连接池主要包含了以下功能点:

  1. 连接池只需要一个实例,所以ConnectionPool单例模式进行设计

  2. ConnectionPool中可以获取和MySQL的连接Connection

  3. 空闲连接Connection全部维护在一个线程安全Connection队列中,使用线程互斥锁保证队列的线程安全

  4. 如果Connection队列为空,还需要再获取连接,此时需要动态创建连接,上限数量是maxSize

  5. 队列中空闲连接时间超过maxIdleTime的就要被释放掉,只保留初始的initSize个连接即可,这个能点需要放在独立的线程中去做

  6. 如果Connection队列为空,而此时连接的数量已达上限maxSize,那么等待connectionTimeout时间如果还获取不到空闲的连接,那么获取连接失败,此处从Connection队列获取空闲连接,可以使用带超时时间的mutex互斥锁来实现连接超时时间

  7. 用户获取的连接用shared_ptr智能指针来管理,用Lambda表达式定制连接释放的功能(不真正释放连接,而是把连接归还到连接池中)

  8. 连接的生产和连接的消费采用生产者-消费者线程模型来设计,使用了线程间的同步通信机制条件变量和互斥锁

开发平台

有关MySQL数据库编程、多线程编程、线程互斥和同步通信操作、智能指针、设计模式、容器等等这些技术在C++语言层面都可以直接实现,本项目选择直接在Windows平台上进行开发,当然放在Linux平台下用g++也可以直接编译运行(需要链接相应的动态库)