前置知識(shí)

關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)

MySQL數(shù)據(jù)庫編程、單例模式、queue隊(duì)列容器、C++11多線程編程、線程互斥、線程同步通信和unique_lock、基于CAS的原子整形、智能指針shared_ptr、lambda表達(dá)式、生產(chǎn)者-消費(fèi)者線程模型

項(xiàng)目背景

MySQL是一個(gè)基于C/S設(shè)計(jì)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，一條SQL的執(zhí)行需要通過mysql client發(fā)起一個(gè)連接，經(jīng)過TCP三次握手完成TCP連接，然后再對客戶端進(jìn)行身份驗(yàn)證，驗(yàn)證成功后再把SQL發(fā)給mysql server(RDBMS)執(zhí)行SQL（一般會(huì)涉及磁盤IO），然后給客戶端返回執(zhí)行結(jié)果，執(zhí)行結(jié)束后，進(jìn)行四次揮手?jǐn)嚅_連接

如果想要提高M(jìn)ySQL數(shù)據(jù)庫（基于C/S設(shè)計(jì)）的訪問瓶頸：

• 在服務(wù)器端增加緩存服務(wù)器，用戶緩存常用的數(shù)據(jù)（例如redis），減少磁盤IO的次數(shù)
• 還可以使用連接池，來提高M(jìn)ySQL Server的訪問效率

在高并發(fā)情況下：大量的TCP三次握手建立MySQL Server連接認(rèn)證 以及 TCP四次揮手 MySQL Server關(guān)閉連接回收資源所耗費(fèi)的性能時(shí)間也是很明顯的，使用連接池就是為了減少這一部分的性能損耗

連接池功能點(diǎn)介紹

該項(xiàng)目是基于C++語言實(shí)現(xiàn)的連接池，主要也是實(shí)現(xiàn)幾個(gè)所有連接池都支持的通用基礎(chǔ)功能，連接池一般包含了以下內(nèi)容：

• 數(shù)據(jù)庫連接所用的ip地址
• port端口號(hào)
• 用戶名和密碼，連接哪個(gè)庫
• 以及連接池的性能參數(shù)，例如 初始連接量，最大連接量，最大空閑時(shí)間、連接超時(shí)時(shí)間等，

1.初始連接量（$initSize$）：表示連接池會(huì)預(yù)先和MySQL Server創(chuàng)建$initSize$個(gè)連接，當(dāng)用戶發(fā)起MySQL訪問時(shí)，不需要?jiǎng)?chuàng)建新的連接，直接從連接池中獲取一個(gè)可用的連接就可以，使用完成后，并不去釋放該連接，而是把當(dāng)前連接重新歸還到連接池當(dāng)中

2.最大連接量（$maxSize$）：當(dāng)并發(fā)訪問MySQL Server的請求增多時(shí)，初始連接量已經(jīng)不夠使用的時(shí)候，此時(shí)會(huì)根據(jù)新的請求數(shù)量去創(chuàng)建更多的連接給用戶去使用，但是新創(chuàng)建的連接數(shù)量上限是$maxSize$，不能無限制的創(chuàng)建連接。

• 因?yàn)槊恳粋€(gè)連接都會(huì)占用一個(gè)$socket$資源，一般連接池和服務(wù)器程序是部署在一臺(tái)主機(jī)上的，如果連接池占用過多的$socket$資源，那么服務(wù)器就不能接收太多的客戶端請求了。當(dāng)這些連接使用完成后，再次歸還到連接池當(dāng)中來維護(hù)

3.最大空閑時(shí)間（$maxIdleTime$）：當(dāng)訪問MySQL Server的并發(fā)請求多了以后，連接池里面的連接數(shù)量會(huì)動(dòng)態(tài)增加，上限是$maxSize$個(gè)，當(dāng)這些連接用完再次歸還到連接池當(dāng)中。如果在指定的$maxIdleTime$里面，這些新增加的連接都沒有被再次使用過，那么新增加的這些連接資源就要被回收掉，只需要保持初始連接量$initSize$個(gè)連接就可以了

4.連接超時(shí)時(shí)間（$connectionTimeout$）：當(dāng)MySQL Server的并發(fā)請求量過大，連接池中的連接數(shù)量已經(jīng)到達(dá)$maxSize$了，而此時(shí)沒有空閑的連接可供使用，那么此時(shí)用戶無法從連接池獲取連接，它通過"阻塞"的方式獲取連接的時(shí)間如果超過$connectionTimeout$，那么獲取連接失敗，無法訪問數(shù)據(jù)庫

MySQL Server參數(shù)介紹

show variables like 'max_connections';  #查看MySQL Server所支持的最大連接個(gè)數(shù)

超過$max\_connections$數(shù)量的連接，MySQL Server會(huì)直接拒絕訪問，所以在使用連接池增加連接數(shù)量的時(shí)候，MySQL Server的$ma{x}_{c}onnections$參數(shù)也要適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行調(diào)整，以適配連接池的連接上限

功能設(shè)計(jì)

連接池功能點(diǎn)介紹

1.連接池只需要一個(gè)實(shí)例，所以采用單例模式進(jìn)行設(shè)計(jì)

2.服務(wù)器一般是多線程，可能多個(gè)線程都發(fā)起了對這個(gè)Mysql Server的操作請求，都需要從隊(duì)列當(dāng)中獲取連接空閑連接，而$Connection$全部維護(hù)在一個(gè)連接隊(duì)列中 => 所以需要保證連接隊(duì)列的線程安全，需要使用互斥鎖保證隊(duì)列的線程安全

3.如果連接隊(duì)列為空，還需要再獲取連接，此時(shí)需要?jiǎng)討B(tài)創(chuàng)建連接，上限數(shù)量是$maxSize$

4.連接隊(duì)列中空閑連接時(shí)間超過$maxIdleTime$的就要被釋放掉，只保留初始的$initSize$個(gè)連接就可以了，這個(gè)功能點(diǎn)肯定需要放在獨(dú)立的線程中去做

5.如果連接隊(duì)列為空，而此時(shí)連接的數(shù)量已達(dá)上限$maxSize$，客戶**“阻塞”**等待$connectionTimeout$時(shí)間之后還沒有獲取到空閑的連接，那么獲取連接失敗

• 此處"阻塞"從Connection隊(duì)列獲取空閑連接，可以使用帶超時(shí)時(shí)間的mutex互斥鎖來實(shí)現(xiàn)連接超時(shí)時(shí)間
• 假設(shè)連接超時(shí)時(shí)間為100ms => 并不是直接睡眠100ms，而是在這100ms時(shí)間內(nèi)，不斷判斷是否連接隊(duì)列當(dāng)中是否有空閑連接，如果有，那么直接獲取隊(duì)頭的連接，否則連接池隊(duì)列為空，就獲取失敗

6.用戶獲取的連接需要用shared_ptr智能指針來管理，需要定制刪除器 定制 連接釋放的功能（此處并不是真正釋放連接，而是把連接歸還到連接池中）

7.新連接的生產(chǎn)線程 和 獲取連接的線程 采用生產(chǎn)者-消費(fèi)者線程模型來設(shè)計(jì)，所以需要使用線程間的同步通信機(jī)制來保證 => 條件變量和互斥鎖

具體流程

假設(shè)我們的服務(wù)器給客戶提供服務(wù)，客戶端發(fā)起請求需要數(shù)據(jù)庫操作時(shí)，Server需要到連接池管理的隊(duì)列中獲取一個(gè)連接，然后連接池給Server返回一個(gè)智能指針維護(hù)的連接，Server只管使用這條連接，無需關(guān)心這條連接的釋放，然后使用這條連接去訪問MySQL Server

開發(fā)平臺(tái)選型

有關(guān)MySQL數(shù)據(jù)庫編程、多線程編程、線程互斥和同步通信操作、智能指針、設(shè)計(jì)模式、容器等等這些技術(shù)在C++語言層面都可以直接實(shí)現(xiàn)，因此該項(xiàng)目選擇直接在windows平臺(tái)上進(jìn)行開發(fā)

當(dāng)然，因?yàn)椴捎玫亩际钦Z言級(jí)別的接口，沒有強(qiáng)依賴系統(tǒng)的接口，所以跨平臺(tái)性比較好：放在Linux平臺(tái)下用g++也可以直接編譯運(yùn)行，但是需要解決一些庫的依賴問題

關(guān)于MySQL數(shù)據(jù)庫編程

MySQL的windows安裝文件云盤地址如下（下載development開發(fā)版：包含mysql頭文件和libmysql庫文件）：
鏈接：https://pan.baidu.com/s/1Y1l7qvpdR2clW5OCdOTwrQ			提取碼：95de

MySQL數(shù)據(jù)庫編程直接采用oracle公司提供的MySQL C/C++客戶端開發(fā)包，在VS上需要進(jìn)行相應(yīng)的頭文件和庫文件的配置，如下

• 1.右鍵項(xiàng)目 - C/C++ - 常規(guī) - 附加包含目錄，填寫下載好的mysql.h頭文件在當(dāng)前電腦的路徑
• 2.右鍵項(xiàng)目 - 鏈接器 - 常規(guī) - 附加庫目錄，填寫libmysql.lib的路徑
• 3.右鍵項(xiàng)目 - 鏈接器 - 輸入 - 附加依賴項(xiàng)，填寫libmysql.lib庫的名字
• 4.把$libmysql.dll$動(dòng)態(tài)鏈接庫（Linux下后綴名是.so庫）放在工程目錄下

坑點(diǎn)：如果MySQL裝的是64位版本的，所以動(dòng)態(tài)庫什么的都是64位生成的，所以項(xiàng)目先選成64位的

MySQL接口介紹

初始化:mysql_init()，

要使用庫，必須先進(jìn)行初始化 由此也可以看出MySQL其實(shí)是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，句柄就是文件描述符

MYSQL *my = mysql_init(nullptr);

鏈接數(shù)據(jù)庫mysql_real_connect() :

初始化完畢之后，必須先鏈接數(shù)據(jù)庫，再進(jìn)行后續(xù)操作，因?yàn)閙ysql網(wǎng)絡(luò)部分是基于TCP/IP的文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-729061.html

MYSQL *mysql_real_connect

到了這里，關(guān)于【項(xiàng)目】基于C++11實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)庫連接池的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！