Golang数据库连接池技术原理与实现

1、为什么需要连接池

如果不使用连接池，每个请求创建一个连接的成本会比较高，所以必须完成3次TCP握手。同时，在高并发场景下，由于连接池的最大连接数没有限制，因此可能会创建无数的连接，导致文件描述符被耗尽。连接池的目的是重用已创建的连接。

2。连接池设计

连接池基本上会设计以下参数： 初始连接数 ：连接池初始化时预先创建的连接数。如果设置：

• 太大：可能会造成浪费
• 太小：请求到达时需要建立新连接

最大空闲连接数 maxIdle：当请求到达时，池中缓存的连接的最大数量设置：

• 过大：造成浪费，不需要的时候还是检查连接。因为数据库的总连接数是有限的，如果当前进程比较忙，其他进程可能会收到更少
• 太小：无法应对突发流量

最大连接数 maxCap :

• 如果使用 MaxCap 连接。当申请第 maxCap+1 个连接时，一般会阻塞在那里，直到超时或另一个连接返回

最大空闲时间idleTimeout：如果发现某个连接空闲时间超过这个时间，就会被关闭后会再次获取连接

• 避免连接长期不用而自动失效的问题

连接池提供了两种外部方法，Get：获取连接，Set：返回连接。大多数连接池的实现都是类似的，基本流程如下：

3。 Golang标准库SQL连接池

Golang连接池是在标准库database/sql/sql.go下实现的。当我们运行：

db, err := sql.Open("mysql", "xxxx")

时，连接池被打开。我们可以看一下返回的DB的结构：

type DB struct {    // Atomic access only. At top of struct to prevent mis-alignment    // on 32-bit platforms. Of type time.Duration.    waitDuration int64 // 等待新连接的总时间，用于统计
    connector driver.Connector // 由数据库驱动实现的连接器    // numClosed is an atomic counter which represents a total number of    // closed connections. Stmt.openStmt checks it before cleaning closed    // connections in Stmt.css.    numClosed uint64 // 关闭的连接数
    mu           sync.Mutex // 锁    freeConn     []*driverConn // 可用连接池    connRequests map[uint64]chan connRequest // 连接请求表，key 是分配的自增键    nextRequest  uint64 // 连接请求的自增键    numOpen      int    // 已经打开 + 即将打开的连接数    // Used to signal the need for new connections    // a goroutine running connectionOpener() reads on this chan and    // maybeOpenNewConnections sends on the chan (one send per needed connection)    // It is closed during db.Close(). The close tells the connectionOpener    // goroutine to exit.    openerCh          chan struct{} // 告知 connectionOpener 需要新的连接    resetterCh        chan *driverConn // connectionResetter 函数，连接放回连接池的时候会用到    closed            bool    dep               map[finalCloser]depSet    lastPut           map[*driverConn]string // debug 时使用，记录上一个放回的连接    maxIdle           int                    // 连接池大小，默认大小为 2，<= 0 时不使用连接池    maxOpen           int                    // 最大打开的连接数，<= 0 不限制    maxLifetime       time.Duration          // 一个连接可以被重用的最大时限，也就是它在连接池中的最大存活时间，0 表示可以一直重用    cleanerCh         chan struct{} // 告知 connectionCleaner 清理连接    waitCount         int64 // 等待的连接总数    maxIdleClosed     int64 // 释放连接时，因为连接池已满而被关闭的连接总数    maxLifetimeClosed int64 // 因为超过存活时间而被关闭的连接总数
    stop func() // stop cancels the connection opener and the session resetter.}

我们可以看到，DB连接池中存储连接的结构体freeConn并不是我们之前使用的chan，而是[]*driverConn，一个连接片。

// driverConn wraps a driver.Conn with a mutex, to// be held during all calls into the Conn. (including any calls onto// interfaces returned via that Conn, such as calls on Tx, Stmt,// Result, Rows)type driverConn struct {    db        *DB // 数据库句柄    createdAt time.Time
    sync.Mutex  // 锁    ci          driver.Conn // 对应具体的连接    closed      bool // 是否标记关闭    finalClosed bool // 是否最终关闭    openStmt    map[*driverStmt]bool // 在这个连接上打开的状态    lastErr     error // connectionResetter 的返回结果
    // guarded by db.mu    inUse      bool // 连接是否占用    onPut      []func() // 连接归还时要运行的函数，在 noteUnusedDriverStatement 添加    dbmuClosed bool     // 和 closed 状态一致，但是由锁保护，用于 removeClosedStmtLocked}

继续看代码，一路回到请求方法。我们可以看到这个函数：func(db*DB)conn(ctx context.Context,strategy connReuseStrategy)(*driverConn,error)。 ？ 。

更快的系统响应速度： 数据库连接池 在初始化过程中，经常会创建多个数据库连接并放入池中备用。对于业务请求处理，直接使用现有的可用连接，避免了数据库连接初始化和释放过程的时间开销，从而降低了系统整体响应时间。

新的资源分配方式： 对于多个应用共享同一个数据库的系统，可以通过配置数据库连接的方式在应用层实现数据库连接池技术。设置应用程序可用的最大数据库连接数限制，防止应用程序独占所有数据库资源。

统一连接管理，避免数据库连接泄漏：在比较完善的数据库连接池实现中，可以在默认的连接忙超时设置后强制回收忙连接。这可以避免常规数据库连接操作期间可能发生的资源泄漏。