Java應用程式訪問資料庫的基本原理

　　在Java語言中，JDBC（Java DataBase Connection）是應用程式與資料庫溝通的橋樑,

　　即Java語言通過JDBC技術訪問資料庫。JDBC是一種“開放”的方案，它為資料庫應用開發人員﹑資料庫前臺工具開發人員提供了一種標準的應用程式設計介面，使開發人員可以用純Java語言編寫完整的資料庫應用程式。JDBC提供兩種API，分別是面向開發人員的API和麵向底層的JDBC驅動程式API，底層主要通過直接的JDBC驅動和JDBC-ODBC橋驅動實現與資料庫的連線。

　　一般來說，Java應用程式訪問資料庫的過程（如圖1所示）是：

　　①裝載資料庫驅動程式；

　　②通過JDBC建立資料庫連線；

　　③訪問資料庫，執行SQL語句；

　　④斷開資料庫連線。

圖1 Java資料庫訪問機制

　　JDBC作為一種資料庫訪問技術，具有簡單易用的優點。但使用這種模式進行Web應用

　　程式開發，存在很多問題：首先，每一次Web請求都要建立一次資料庫連線。建立連線是一個費時的活動，每次都得花費0.05s～1s的時間，而且系統還要分配記憶體資源。這個時間對於一次或幾次資料庫操作，或許感覺不出系統有多大的開銷。可是對於現在的Web應用，尤其是大型電子商務網站，同時有幾百人甚至幾千人線上是很正常的事。在這種情況下，頻繁的進行資料庫連線操作勢必佔用很多的系統資源，網站的響應速度必定下降，嚴重的甚至會造成伺服器的崩潰。不是危言聳聽，這就是制約某些電子商務網站發展的技術瓶頸問題。其次，對於每一次資料庫連線，使用完後都得斷開。否則，如果程式出現異常而未能關閉，將會導致資料庫系統中的記憶體洩漏，最終將不得不重啟資料庫。還有，這種開發不能控制被建立的連線物件數，系統資源會被毫無顧及的分配出去，如連線過多，也可能導致記憶體洩漏，伺服器崩潰。

　　資料庫連線池（connection pool）的工作原理

　　1、基本概念及原理

　　由上面的分析可以看出，問題的根源就在於對資料庫連線資源的低效管理。我們知道，

　　對於共享資源，有一個很著名的設計模式：資源池（Resource Pool）。該模式正是為了解決資源的頻繁分配﹑釋放所造成的問題。為解決上述問題，可以採用資料庫連線池技術。資料庫連線池的基本思想就是為資料庫連線建立一個“緩衝池”。預先在緩衝池中放入一定數量的連線，當需要建立資料庫連線時，只需從“緩衝池”中取出一個，使用完畢之後再放回去。我們可以通過設定連線池最大連線數來防止系統無盡的與資料庫連線。更為重要的是我們可以通過連線池的管理機制監視資料庫的連線的數量﹑使用情況，為系統開發﹑測試及效能調整提供依據。連線池的基本工作原理見下圖2。

圖2 連線池的基本工作原理

　　2、伺服器自帶的連線池

　　JDBC的API中沒有提供連線池的方法。一些大型的WEB應用伺服器如BEA的WebLogic和IBM的WebSphere等提供了連線池的機制，但是必須有其第三方的專用類方法支援連線池的用法。

　　連線池關鍵問題分析

　　1、併發問題

　　為了使連線管理服務具有最大的通用性，必須考慮多執行緒環境，即併發問題。這個問題相對比較好解決，因為Java語言自身提供了對併發管理的支援，使用synchronized關鍵字即可確保執行緒是同步的。使用方法為直接在類方法前面加上synchronized關鍵字，如：

public synchronized Connection getConnection（）

　　2、多資料庫伺服器和多使用者

　　對於大型的企業級應用，常常需要同時連線不同的資料庫（如連線Oracle和Sybase）。如何連線不同的資料庫呢？我們採用的策略是：設計一個符合單例模式的連線池管理類，在連線池管理類的唯一例項被建立時讀取一個資原始檔，其中資原始檔中存放著多個數據庫的url地址（<poolName.url>）﹑使用者名稱（<poolName.user>）﹑密碼（<poolName.password>）等資訊。如tx.url=172.21.15.123：5000/tx_it，tx.user=yang，tx.password=yang321。根據資原始檔提供的資訊，建立多個連線池類的例項，每一個例項都是一個特定資料庫的連線池。連線池管理類例項為每個連線池例項取一個名字，通過不同的名字來管理不同的連線池。

　　對於同一個資料庫有多個使用者使用不同的名稱和密碼訪問的情況，也可以通過資原始檔處理，即在資原始檔中設定多個具有相同url地址，但具有不同使用者名稱和密碼的資料庫連線資訊。

　　3、事務處理

　　我們知道，事務具有原子性，此時要求對資料庫的操作符合“ALL-ALL-NOTHING”原則,即對於一組SQL語句要麼全做，要麼全不做。

　　在Java語言中，Connection類本身提供了對事務的支援，可以通過設定Connection的AutoCommit屬性為false,然後顯式的呼叫commit或rollback方法來實現。但要高效的進行Connection複用，就必須提供相應的事務支援機制。可採用每一個事務獨佔一個連線來實現，這種方法可以大大降低事務管理的複雜性。

　　4、連線池的分配與釋放

　　連線池的分配與釋放，對系統的效能有很大的影響。合理的分配與釋放，可以提高連線的複用度，從而降低建立新連線的開銷，同時還可以加快使用者的訪問速度。

　　對於連線的管理可使用空閒池。即把已經建立但尚未分配出去的連線按建立時間存放到一個空閒池中。每當使用者請求一個連線時，系統首先檢查空閒池內有沒有空閒連線。如果有就把建立時間最長（通過容器的順序存放實現）的那個連線分配給他（實際是先做連線是否有效的判斷，如果可用就分配給使用者，如不可用就把這個連線從空閒池刪掉，重新檢測空閒池是否還有連線）；如果沒有則檢查當前所開連線池是否達到連線池所允許的最大連線數（maxConn）,如果沒有達到，就新建一個連線，如果已經達到，就等待一定的時間（timeout）。如果在等待的時間內有連線被釋放出來就可以把這個連線分配給等待的使用者，如果等待時間超過預定時間timeout,則返回空值（null）。系統對已經分配出去正在使用的連線只做計數，當使用完後再返還給空閒池。對於空閒連線的狀態，可開闢專門的執行緒定時檢測，這樣會花費一定的系統開銷，但可以保證較快的響應速度。也可採取不開闢專門執行緒，只是在分配前檢測的方法。

　　5、連線池的配置與維護

　　連線池中到底應該放置多少連線，才能使系統的效能最佳？系統可採取設定最小連線數（minConn）和最大連線數（maxConn）來控制連線池中的連線。最小連線數是系統啟動時連線池所建立的連線數。如果建立過多，則系統啟動就慢，但建立後系統的響應速度會很快；如果建立過少，則系統啟動的很快，響應起來卻慢。這樣，可以在開發時，設定較小的最小連線數，開發起來會快，而在系統實際使用時設定較大的，因為這樣對訪問客戶來說速度會快些。最大連線數是連線池中允許連線的最大數目，具體設定多少，要看系統的訪問量，可通過反覆測試，找到最佳點。

　　如何確保連線池中的最小連線數呢？有動態和靜態兩種策略。動態即每隔一定時間就對連線池進行檢測，如果發現連線數量小於最小連線數，則補充相應數量的新連線,以保證連線池的正常運轉。靜態是發現空閒連線不夠時再去檢查。

　　連線池的實現

　　1、連線池模型

　　本文討論的連線池包括一個連線池類（DBConnectionPool）和一個連線池管理類（DBConnetionPoolManager）。連線池類是對某一資料庫所有連線的“緩衝池”，主要實現以下功能：①從連線池獲取或建立可用連線；②使用完畢之後，把連線返還給連線池；③在系統關閉前，斷開所有連線並釋放連線佔用的系統資源；④還能夠處理無效連線（原來登記為可用的連線，由於某種原因不再可用，如超時，通訊問題），並能夠限制連線池中的連線總數不低於某個預定值和不超過某個預定值。

　　連線池管理類是連線池類的外覆類（wrapper）,符合單例模式，即系統中只能有一個連線池管理類的例項。其主要用於對多個連線池物件的管理，具有以下功能：①裝載並註冊特定資料庫的JDBC驅動程式；②根據屬性檔案給定的資訊，建立連線池物件；③為方便管理多個連線池物件，為每一個連線池物件取一個名字，實現連線池名字與其例項之間的對映；④跟蹤客戶使用連線情況，以便需要是關閉連線釋放資源。連線池管理類的引入主要是為了方便對多個連線池的使用和管理，如系統需要連線不同的資料庫，或連線相同的資料庫但由於安全性問題，需要不同的使用者使用不同的名稱和密碼。

2、連線池實現

//DbConnPool.java資料庫連線池具體實現類

　package com.pcedu.shangyt.pool;

import java.util.*;

import java.sql.*;

public class DbConnPool {

private String dbUserName;

private String dbPassWord;

private String dbConnUrl;

private int maxConn;

private int checkedOut;//當前連線數

private ArrayList<Connection> freeConn;

/*

 * 初始化連線池

 */

public DbConnPool(String dbUserName, String dbPassWord, String dbConnUrl, int maxConn) {

       super();

       // TODO Auto-generated constructor stub

       this.dbUserName = dbUserName;

       this.dbPassWord = dbPassWord;

       this.dbConnUrl = dbConnUrl;

       this.maxConn = maxConn;

       this.freeConn=new ArrayList();

}

/*

 *

* 從連線池獲得一個可用連線.如沒有空閒的連線且當前連線數小於最大連線

* 數限制,則建立新連線.如原來登記為可用的連線不再有效,則從向量刪除之,

* 然後遞迴呼叫自己以嘗試新的可用連線.

*/

public synchronized Connection getDbConn()

{

       Connection conn=null;

       if(freeConn.size()>0)

       {

              conn=freeConn.get(0);

              freeConn.remove(0);

              try {

                     if(conn.isClosed())

                     {

                            conn=getDbConn();

                     }

              } catch (SQLException e) {

                     // TODO Auto-generated catch block

                     e.printStackTrace();

              }    

       }else if(maxConn==0||checkedOut<maxConn)

       {

              conn=newDbConn();

       }

       if(conn!=null){

              checkedOut++;

              }

              return(conn);

}

/*

 * 從連線池獲取可用連線.可以指定客戶程式能夠等待的最長時間

 */

public synchronized Connection getDbConn(long timeout)

{

       long starttime=System.currentTimeMillis();

       Connection conn;

       while((conn=getDbConn())==null)

       {

              try {

                     wait(timeout);

              } catch (InterruptedException e) {

                     // TODO Auto-generated catch block

                     e.printStackTrace();

              }

              if(System.currentTimeMillis()-starttime>=timeout)

              {

                     return null;

              }

       }

       return conn;

}

public synchronized Connection newDbConn()

{

       Connection conn=null;

       try{

       if(this.dbUserName==null)

       {

              conn=DriverManager.getConnection(this.dbConnUrl);

       }

       else

       {

              conn=DriverManager.getConnection(this.dbConnUrl,this.dbUserName,this.dbPassWord);

       }

       }catch(SQLException ex){

              ex.printStackTrace();

       }

       return conn;

}

/**

* 將不再使用的連線返回給連線池

*

* @param con 客戶程式釋放的連線

*/

public synchronized void freeDBConnection(Connection conn){

       freeConn.add(conn);

       checkedOut--;

       notifyAll(); //重新啟動wait（）所在的函式

       }

/*

 * 關閉所有的連線

 */

public synchronized void release(){

              Iterator<Connection> iter=freeConn.iterator();

              Connection conn;

       while(iter.hasNext()){

       try{

              conn=iter.next();

       conn.close();

       }catch(SQLException ex){

       ex.printStackTrace(); }

       }

       while(iter.hasNext())

       {

       freeConn.remove(iter.next());

       }

              }

}

//外觀模式+單例模式的封裝做為連線池類的子介面便於操作

package com.pcedu.shangyt.pool;

import java.sql.*;

import java.util.*;

import java.io.*;

/*

 * 使用Fa?ade模式+單例模式實現資料庫連線池技術

 *

 */

public class DbConnFacade {

private static DbConnFacade instance=null;

private DbConnPool pool;

private int client;

private Properties dbProps;

ArrayList drivers;

public DbConnFacade()

       {

       }

public void init()

{drivers=new ArrayList();

InputStream is=this.getClass().getResourceAsStream("db.properties");

try{

dbProps=new Properties();

dbProps.load(is);

}catch(Exception ex){

System.out.println("Miss Resource File "+ex.getMessage());

}

loadDriver();

createPool();

}

public void loadDriver(){

       String driverClasses=dbProps.getProperty("dbDriver");

       StringTokenizer st =new StringTokenizer(driverClasses);

       while(st.hasMoreElements()){

       String driverClassName=st.nextToken().trim();

       try{

       Driver driver=(Driver)Class.forName(driverClassName).newInstance();

       DriverManager.registerDriver(driver);

       drivers.add(driver);

       }catch(Exception ex){

       ex.printStackTrace();

       }

       }

       }

public void createPool(){

       String userName=dbProps.getProperty("dbUserName");

       String password=dbProps.getProperty("dbPassword");

       String url=dbProps.getProperty("connectionURL");

       int maxConn;

       try{

       maxConn=Integer.valueOf(dbProps.getProperty("maxConnection","0")).intValue();

       }catch(NumberFormatException ex){

       maxConn=0;

       }

       pool=new DbConnPool(userName,password,url,maxConn);

       } //parse the file, load username,password,url and maxconnection in

       public synchronized int getClientCount(){

       return(client);

       }

       //facade外觀模式

       public Connection getDBConn(){

              if(pool != null){

              return(pool.getDbConn());

              }

              return(null);

              }

              public Connection getDbConn(long timeout){

              if(pool != null){

              return(pool.getDbConn(timeout));

              }

              return(null);

              }//act as facade

              public synchronized void freeDBConnection(Connection conn){

              if(pool != null){

              pool.freeDBConnection(conn);

              }

              }//act as facade

              public void release(){

              if(this.client != 0){

              return;

              }

              if(pool != null){

              pool.release();

              Iterator iter=drivers.iterator();

              while(iter.hasNext()){

              Driver driver=(Driver)iter.next();

              try{

              DriverManager.deregisterDriver(driver);

              }catch(Exception ex){

              System.out.println("Can not deregister driver "+driver.getClass().getName());

              }

              }

              }

              }

}

轉載處：http://yangchao20020.blog.163.com/blog/static/4838224720092910352753/