《深入理解mybatis原理》 Mybatis資料來源與連線池
對於ORM框架而言,資料來源的組織是一個非常重要的一部分,這直接影響到框架的效能問題。本文將通過對MyBatis框架的資料來源結構進行詳盡的分析,並且深入解析MyBatis的連線池。
本文首先會講述MyBatis的資料來源的分類,然後會介紹資料來源是如何載入和使用的。緊接著將分類介紹UNPOOLED、POOLED和JNDI型別的資料來源組織;期間我們會重點講解POOLED型別的資料來源和其實現的連線池原理。
以下是本章的組織結構:
- 一、MyBatis資料來源DataSource分類
- 二、資料來源DataSource的建立過程
- 三、 DataSource什麼時候建立Connection物件
- 四、不使用連線池的UnpooledDataSource
- 五、為什麼要使用連線池?
- 六、使用了連線池的PooledDataSource
一、MyBatis資料來源DataSource分類
MyBatis資料來源實現是在以下四個包中:
MyBatis把資料來源DataSource分為三種:
UNPOOLED 不使用連線池的資料來源
POOLED 使用連線池的資料來源
JNDI 使用JNDI實現的資料來源
即:
相應地,MyBatis內部分別定義了實現了java.sql.DataSource介面的UnpooledDataSource,PooledDataSource類來表示UNPOOLED、POOLED型別的資料來源。 如下圖所示:
對於JNDI型別的資料來源DataSource,則是通過JNDI上下文中取值。
二、資料來源DataSource的建立過程
MyBatis資料來源DataSource物件的建立發生在MyBatis初始化的過程中。下面讓我們一步步地瞭解MyBatis是如何建立資料來源DataSource的。
在mybatis的XML配置檔案中,使用<dataSource>元素來配置資料來源:
1. MyBatis在初始化時,解析此檔案,根據<dataSource>的type屬性來建立相應型別的的資料來源DataSource,即:
- type=”POOLED” :MyBatis會建立PooledDataSource例項
- type=”UNPOOLED” :MyBatis會建立UnpooledDataSource例項
- type=”JNDI” :MyBatis會從JNDI服務上查詢DataSource例項,然後返回使用
2. 順便說一下,MyBatis是通過工廠模式來建立資料來源DataSource物件的,MyBatis定義了抽象的工廠介面:org.apache.ibatis.datasource.DataSourceFactory,通過其getDataSource()方法返回資料來源DataSource:
定義如下:
public interface DataSourceFactory { void setProperties(Properties props); //生產DataSource DataSource getDataSource(); }
上述三種不同型別的type,則有對應的以下dataSource工廠:
- POOLED PooledDataSourceFactory
- UNPOOLED UnpooledDataSourceFactory
- JNDI JndiDataSourceFactory
其類圖如下所示:
3. MyBatis建立了DataSource例項後,會將其放到Configuration物件內的Environment物件中, 供以後使用。
三、 DataSource什麼時候建立Connection物件
當我們需要建立SqlSession物件並需要執行SQL語句時,這時候MyBatis才會去呼叫dataSource物件來建立java.sql.Connection物件。也就是說,java.sql.Connection物件的建立一直延遲到執行SQL語句的時候。
比如,我們有如下方法執行一個簡單的SQL語句:
前4句都不會導致java.sql.Connection物件的建立,只有當第5句sqlSession.selectList("SELECT * FROM STUDENTS"),才會觸發MyBatis在底層執行下面這個方法來建立java.sql.Connection物件:String resource = "mybatis-config.xml"; InputStream inputStream = Resources.getResourceAsStream(resource); SqlSessionFactory sqlSessionFactory = new SqlSessionFactoryBuilder().build(inputStream); SqlSession sqlSession = sqlSessionFactory.openSession(); sqlSession.selectList("SELECT * FROM STUDENTS");
protected void openConnection() throws SQLException { if (log.isDebugEnabled()) { log.debug("Opening JDBC Connection"); } connection = dataSource.getConnection(); if (level != null) { connection.setTransactionIsolation(level.getLevel()); } setDesiredAutoCommit(autoCommmit); }
而對於DataSource的UNPOOLED的型別的實現-UnpooledDataSource是怎樣實現getConnection()方法的呢?請看下一節。
四、不使用連線池的UnpooledDataSource
當 <dataSource>的type屬性被配置成了”UNPOOLED”,MyBatis首先會例項化一個UnpooledDataSourceFactory工廠例項,然後通過.getDataSource()方法返回一個UnpooledDataSource例項物件引用,我們假定為dataSource。
使用UnpooledDataSource的getConnection(),每呼叫一次就會產生一個新的Connection例項物件。
UnPooledDataSource的getConnection()方法實現如下:
/* UnpooledDataSource的getConnection()實現 */ public Connection getConnection() throws SQLException { return doGetConnection(username, password); } private Connection doGetConnection(String username, String password) throws SQLException { //封裝username和password成properties Properties props = new Properties(); if (driverProperties != null) { props.putAll(driverProperties); } if (username != null) { props.setProperty("user", username); } if (password != null) { props.setProperty("password", password); } return doGetConnection(props); } /* * 獲取資料連線 */ private Connection doGetConnection(Properties properties) throws SQLException { //1.初始化驅動 initializeDriver(); //2.從DriverManager中獲取連線,獲取新的Connection物件 Connection connection = DriverManager.getConnection(url, properties); //3.配置connection屬性 configureConnection(connection); return connection; }
如上程式碼所示,UnpooledDataSource會做以下事情:
1. 初始化驅動: 判斷driver驅動是否已經載入到記憶體中,如果還沒有載入,則會動態地載入driver類,並例項化一個Driver物件,使用DriverManager.registerDriver()方法將其註冊到記憶體中,以供後續使用。
2. 建立Connection物件: 使用DriverManager.getConnection()方法建立連線。
3. 配置Connection物件: 設定是否自動提交autoCommit和隔離級別isolationLevel。
4. 返回Connection物件。
上述的序列圖如下所示:
總結:從上述的程式碼中可以看到,我們每呼叫一次getConnection()方法,都會通過DriverManager.getConnection()返回新的java.sql.Connection例項。
五、為什麼要使用連線池?
1. 建立一個java.sql.Connection例項物件的代價
首先讓我們來看一下建立一個java.sql.Connection物件的資源消耗。我們通過連線Oracle資料庫,建立建立Connection物件,來看建立一個Connection物件、執行SQL語句各消耗多長時間。程式碼如下:
public static void main(String[] args) throws Exception { String sql = "select * from hr.employees where employee_id < ? and employee_id >= ?"; PreparedStatement st = null; ResultSet rs = null; long beforeTimeOffset = -1L; //建立Connection物件前時間 long afterTimeOffset = -1L; //建立Connection物件後時間 long executeTimeOffset = -1L; //建立Connection物件後時間 Connection con = null; Class.forName("oracle.jdbc.driver.OracleDriver"); beforeTimeOffset = new Date().getTime(); System.out.println("before:\t" + beforeTimeOffset); con = DriverManager.getConnection("jdbc:oracle:thin:@127.0.0.1:1521:xe", "louluan", "123456"); afterTimeOffset = new Date().getTime(); System.out.println("after:\t\t" + afterTimeOffset); System.out.println("Create Costs:\t\t" + (afterTimeOffset - beforeTimeOffset) + " ms"); st = con.prepareStatement(sql); //設定引數 st.setInt(1, 101); st.setInt(2, 0); //查詢,得出結果集 rs = st.executeQuery(); executeTimeOffset = new Date().getTime(); System.out.println("Exec Costs:\t\t" + (executeTimeOffset - afterTimeOffset) + " ms"); }
上述程式在我筆記本上的執行結果為:
從此結果可以清楚地看出,建立一個Connection物件,用了250 毫秒;而執行SQL的時間用了170毫秒。
建立一個Connection物件用了250毫秒!這個時間對計算機來說可以說是一個非常奢侈的!
這僅僅是一個Connection物件就有這麼大的代價,設想一下另外一種情況:如果我們在Web應用程式中,為使用者的每一個請求就操作一次資料庫,當有10000個線上使用者併發操作的話,對計算機而言,僅僅建立Connection物件不包括做業務的時間就要損耗10000×250ms= 250 0000 ms = 2500 s = 41.6667 min,竟然要41分鐘!!!如果對高使用者群體使用這樣的系統,簡直就是開玩笑!
2. 問題分析:
建立一個java.sql.Connection物件的代價是如此巨大,是因為建立一個Connection物件的過程,在底層就相當於和資料庫建立的通訊連線,在建立通訊連線的過程,消耗了這麼多的時間,而往往我們建立連線後(即建立Connection物件後),就執行一個簡單的SQL語句,然後就要拋棄掉,這是一個非常大的資源浪費!
3.解決方案:
對於需要頻繁地跟資料庫互動的應用程式,可以在建立了Connection物件,並操作完資料庫後,可以不釋放掉資源,而是將它放到記憶體中,當下次需要操作資料庫時,可以直接從記憶體中取出Connection物件,不需要再建立了,這樣就極大地節省了建立Connection物件的資源消耗。由於記憶體也是有限和寶貴的,這又對我們對記憶體中的Connection物件怎麼有效地維護提出了很高的要求。我們將在記憶體中存放Connection物件的容器稱之為 連線池(Connection Pool)。下面讓我們來看一下MyBatis的執行緒池是怎樣實現的。
六、使用了連線池的PooledDataSource
同樣地,我們也是使用PooledDataSource的getConnection()方法來返回Connection物件。現在讓我們看一下它的基本原理:
PooledDataSource將java.sql.Connection物件包裹成PooledConnection物件放到了PoolState型別的容器中維護。 MyBatis將連線池中的PooledConnection分為兩種狀態: 空閒狀態(idle)和活動狀態(active),這兩種狀態的PooledConnection物件分別被儲存到PoolState容器內的idleConnections和activeConnections兩個List集合中:
idleConnections:空閒(idle)狀態PooledConnection物件被放置到此集合中,表示當前閒置的沒有被使用的PooledConnection集合,呼叫PooledDataSource的getConnection()方法時,會優先從此集合中取PooledConnection物件。當用完一個java.sql.Connection物件時,MyBatis會將其包裹成PooledConnection物件放到此集合中。
activeConnections:活動(active)狀態的PooledConnection物件被放置到名為activeConnections的ArrayList中,表示當前正在被使用的PooledConnection集合,呼叫PooledDataSource的getConnection()方法時,會優先從idleConnections集合中取PooledConnection物件,如果沒有,則看此集合是否已滿,如果未滿,PooledDataSource會創建出一個PooledConnection,新增到此集合中,並返回。
PoolState連線池的大致結構如下所示:6.1 獲取java.sql.Connection物件的過程
下面讓我們看一下PooledDataSource 的getConnection()方法獲取Connection物件的實現:public Connection getConnection() throws SQLException { return popConnection(dataSource.getUsername(), dataSource.getPassword()).getProxyConnection(); } public Connection getConnection(String username, String password) throws SQLException { return popConnection(username, password).getProxyConnection(); }
上述的popConnection()方法,會從連線池中返回一個可用的PooledConnection物件,然後再呼叫getProxyConnection()方法最終返回Conection物件。(至於為什麼會有getProxyConnection(),請關注下一節)
現在讓我們看一下popConnection()方法到底做了什麼:
1. 先看是否有空閒(idle)狀態下的PooledConnection物件,如果有,就直接返回一個可用的PooledConnection物件;否則進行第2步。
2. 檢視活動狀態的PooledConnection池activeConnections是否已滿;如果沒有滿,則建立一個新的PooledConnection物件,然後放到activeConnections池中,然後返回此PooledConnection物件;否則進行第三步;
3. 看最先進入activeConnections池中的PooledConnection物件是否已經過期:如果已經過期,從activeConnections池中移除此物件,然後建立一個新的PooledConnection物件,新增到activeConnections中,然後將此物件返回;否則進行第4步。
4. 執行緒等待,迴圈2步
/* * 傳遞一個使用者名稱和密碼,從連線池中返回可用的PooledConnection */ private PooledConnection popConnection(String username, String password) throws SQLException { boolean countedWait = false; PooledConnection conn = null; long t = System.currentTimeMillis(); int localBadConnectionCount = 0; while (conn == null) { synchronized (state) { if (state.idleConnections.size() > 0) { // 連線池中有空閒連線,取出第一個 conn = state.idleConnections.remove(0); if (log.isDebugEnabled()) { log.debug("Checked out connection " + conn.getRealHashCode() + " from pool."); } } else { // 連線池中沒有空閒連線,則取當前正在使用的連線數小於最大限定值, if (state.activeConnections.size() < poolMaximumActiveConnections) { // 建立一個新的connection物件 conn = new PooledConnection(dataSource.getConnection(), this); @SuppressWarnings("unused") //used in logging, if enabled Connection realConn = conn.getRealConnection(); if (log.isDebugEnabled()) { log.debug("Created connection " + conn.getRealHashCode() + "."); } } else { // Cannot create new connection 當活動連線池已滿,不能建立時,取出活動連線池的第一個,即最先進入連線池的PooledConnection物件 // 計算它的校驗時間,如果校驗時間大於連線池規定的最大校驗時間,則認為它已經過期了,利用這個PoolConnection內部的realConnection重新生成一個PooledConnection // PooledConnection oldestActiveConnection = state.activeConnections.get(0); long longestCheckoutTime = oldestActiveConnection.getCheckoutTime(); if (longestCheckoutTime > poolMaximumCheckoutTime) { // Can claim overdue connection state.claimedOverdueConnectionCount++; state.accumulatedCheckoutTimeOfOverdueConnections += longestCheckoutTime; state.accumulatedCheckoutTime += longestCheckoutTime; state.activeConnections.remove(oldestActiveConnection); if (!oldestActiveConnection.getRealConnection().getAutoCommit()) { oldestActiveConnection.getRealConnection().rollback(); } conn = new PooledConnection(oldestActiveConnection.getRealConnection(), this); oldestActiveConnection.invalidate(); if (log.isDebugEnabled()) { log.debug("Claimed overdue connection " + conn.getRealHashCode() + "."); } } else { //如果不能釋放,則必須等待有 // Must wait try { if (!countedWait) { state.hadToWaitCount++; countedWait = true; } if (log.isDebugEnabled()) { log.debug("Waiting as long as " + poolTimeToWait + " milliseconds for connection."); } long wt = System.currentTimeMillis(); state.wait(poolTimeToWait); state.accumulatedWaitTime += System.currentTimeMillis() - wt; } catch (InterruptedException e) { break; } } } } //如果獲取PooledConnection成功,則更新其資訊 if (conn != null) { if (conn.isValid()) { if (!conn.getRealConnection().getAutoCommit()) { conn.getRealConnection().rollback(); } conn.setConnectionTypeCode(assembleConnectionTypeCode(dataSource.getUrl(), username, password)); conn.setCheckoutTimestamp(System.currentTimeMillis()); conn.setLastUsedTimestamp(System.currentTimeMillis()); state.activeConnections.add(conn); state.requestCount++; state.accumulatedRequestTime += System.currentTimeMillis() - t; } else { if (log.isDebugEnabled()) { log.debug("A bad connection (" + conn.getRealHashCode() + ") was returned from the pool, getting another connection."); } state.badConnectionCount++; localBadConnectionCount++; conn = null; if (localBadConnectionCount > (poolMaximumIdleConnections + 3)) { if (log.isDebugEnabled()) { log.debug("PooledDataSource: Could not get a good connection to the database."); } throw new SQLException("PooledDataSource: Could not get a good connection to the database."); } } } } } if (conn == null) { if (log.isDebugEnabled()) { log.debug("PooledDataSource: Unknown severe error condition. The connection pool returned a null connection."); } throw new SQLException("PooledDataSource: Unknown severe error condition. The connection pool returned a null connection."); } return conn; }
對應的處理流程圖如下所示:
如上所示,對於PooledDataSource的getConnection()方法內,先是呼叫類PooledDataSource的popConnection()方法返回了一個PooledConnection物件,然後呼叫了PooledConnection的getProxyConnection()來返回Connection物件。
6.2java.sql.Connection物件的回收
當我們的程式中使用完Connection物件時,如果不使用資料庫連線池,我們一般會呼叫 connection.close()方法,關閉connection連線,釋放資源。如下所示:private void test() throws ClassNotFoundException, SQLException { String sql = "select * from hr.employees where employee_id < ? and employee_id >= ?"; PreparedStatement st = null; ResultSet rs = null; Connection con = null; Class.forName("oracle.jdbc.driver.OracleDriver"); try { con = DriverManager.getConnection("jdbc:oracle:thin:@127.0.0.1:1521:xe", "louluan", "123456"); st = con.prepareStatement(sql); //設定引數 st.setInt(1, 101); st.setInt(2, 0); //查詢,得出結果集 rs = st.executeQuery(); //取資料,省略 //關閉,釋放資源 con.close(); } catch (SQLException e) { con.close(); e.printStackTrace(); } }
呼叫過close()方法的Connection物件所持有的資源會被全部釋放掉,Connection物件也就不能再使用。
那麼,如果我們使用了連線池,我們在用完了Connection物件時,需要將它放在連線池中,該怎樣做呢?
可能大家第一個在腦海裡閃現出來的想法就是:我在應該呼叫con.close()方法的時候,不呼叫close()f方法,將其換成將Connection物件放到連線池容器中的程式碼!
好,我們將上述的想法實現,首先定義一個簡易連線池Pool,然後將上面的程式碼改寫:package com.foo.jdbc; import java.sql.Connection; import java.sql.DriverManager; import java.sql.SQLException; import java.util.Vector; /** * * 一個執行緒安全的簡易連線池實現,此連線池是單例的 * putConnection()將Connection新增到連線池中 * getConnection()返回一個Connection物件 */ public class Pool { private static Vector<Connection> pool = new Vector<Connection>(); private static int MAX_CONNECTION =100; private static String DRIVER="oracle.jdbc.driver.OracleDriver"; private static String URL = "jdbc:oracle:thin:@127.0.0.1:1521:xe"; private static String USERNAME = "louluan"; private static String PASSWROD = "123456"; static { try { Class.forName(DRIVER); } catch (ClassNotFoundException e) { e.printStackTrace(); } } /** * 將一個Connection物件放置到連線池中 */ public static void putConnection(Connection connection){ synchronized(pool) { if(pool.size()<MAX_CONNECTION) { pool.add(connection); } } } /** * 返回一個Connection物件,如果連線池內有元素,則pop出第一個元素; * 如果連線池Pool中沒有元素,則建立一個connection物件,然後新增到pool中 * @return Connection */ public static Connection getConnection(){ Connection connection = null; synchronized(pool) { if(pool.size()>0) { connection = pool.get(0); pool.remove(0); } else { connection = createConnection(); pool.add(connection); } } return connection; } /** * 建立一個新的Connection物件 */ private static Connection createConnection() { Connection connection = null; try { connection = DriverManager.getConnection(URL, USERNAME,PASSWROD); } catch (SQLException e) { e.printStackTrace(); } return connection; } }
package com.foo.jdbc; import java.sql.Connection; import java.sql.DriverManager; import java.sql.PreparedStatement; import java.sql.ResultSet; import java.sql.SQLException; import java.util.Vector; public class PoolTest { private void test() throws ClassNotFoundException, SQLException { String sql = "select * from hr.employees where employee_id < ? and employee_id >= ?"; PreparedStatement st = null; ResultSet rs = null; Connection con = null; Class.forName("oracle.jdbc.driver.OracleDriver"); try { con = DriverManager.getConnection("jdbc:oracle:thin:@127.0.0.1:1521:xe", "louluan", "123456"); st = con.prepareStatement(sql); //設定引數 st.setInt(1, 101); st.setInt(2, 0); //查詢,得出結果集 rs = st.executeQuery(); //取資料,省略 //將不再使用的Connection物件放到連線池中,供以後使用 Pool.putConnection(con); } catch (SQLException e) { e.printStackTrace(); } } }
上述的程式碼就是將我們使用過的Connection物件放到Pool連線池中,我們需要Connection物件的話,只需要使用Pool.getConnection()方法從裡面取即可。
是的,上述的程式碼完全可以實現此能力,不過有一個很不優雅的實現:就是我們需要手動地將Connection物件放到Pool連線池中,這是一個很傻的實現方式。這也和一般使用Connection物件的方式不一樣:一般使用Connection的方式是使用完後,然後呼叫.close()方法釋放資源。
為了和一般的使用Conneciton物件的方式保持一致,我們希望當Connection使用完後,呼叫.close()方法,而實際上Connection資源並沒有被釋放,而實際上被新增到了連線池中。這樣可以做到嗎?答案是可以。上述的要求從另外一個角度來描述就是:能否提供一種機制,讓我們知道Connection物件呼叫了什麼方法,從而根據不同的方法自定義相應的處理機制。恰好代理機制就可以完成上述要求.
怎樣實現Connection物件呼叫了close()方法,而實際是將其新增到連線池中
這是要使用代理模式,為真正的Connection物件建立一個代理物件,代理物件所有的方法都是呼叫相應的真正Connection物件的方法實現。當代理物件執行close()方法時,要特殊處理,不呼叫真正Connection物件的close()方法,而是將Connection物件新增到連線池中。
MyBatis的PooledDataSource的PoolState內部維護的物件是PooledConnection型別的物件,而PooledConnection則是對真正的資料庫連線java.sql.Connection例項物件的包裹器。
PooledConnection物件內持有一個真正的資料庫連線java.sql.Connection例項物件和一個java.sql.Connection的代理:
其部分定義如下:
class PooledConnection implements InvocationHandler { //...... //所建立它的datasource引用 private PooledDataSource dataSource; //真正的Connection物件 private Connection realConnection; //代理自己的代理Connection private Connection proxyConnection; //...... }
PooledConenction實現了InvocationHandler介面,並且,proxyConnection物件也是根據這個它來生成的代理物件:public PooledConnection(Connection connection, PooledDataSource dataSource) { this.hashCode = connection.hashCode(); this.realConnection = connection; this.dataSource = dataSource; this.createdTimestamp = System.currentTimeMillis(); this.lastUsedTimestamp = System.currentTimeMillis(); this.valid = true; this.proxyConnection = (Connection) Proxy.newProxyInstance(Connection.class.getClassLoader(), IFACES, this); }
實際上,我們呼叫PooledDataSource的getConnection()方法返回的就是這個proxyConnection物件。
當我們呼叫此proxyConnection物件上的任何方法時,都會呼叫PooledConnection物件內invoke()方法。
讓我們看一下PooledConnection類中的invoke()方法定義:public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable { String methodName = method.getName(); //當呼叫關閉的時候,回收此Connection到PooledDataSource中 if (CLOSE.hashCode() == methodName.hashCode() && CLOSE.equals(methodName)) { dataSource.pushConnection(this); return null; } else { try { if (!Object.class.equals(method.getDeclaringClass())) { checkConnection(); } return method.invoke(realConnection, args); } catch (Throwable t) { throw ExceptionUtil.unwrapThrowable(t); } } }
從上述程式碼可以看到,當我們使用了pooledDataSource.getConnection()返回的Connection物件的close()方法時,不會呼叫真正Connection的close()方法,而是將此Connection物件放到連線池中。
七、JNDI型別的資料來源DataSource
對於JNDI型別的資料來源DataSource的獲取就比較簡單,MyBatis定義了一個JndiDataSourceFactory工廠來建立通過JNDI形式生成的DataSource。
下面讓我們看一下JndiDataSourceFactory的關鍵程式碼:if (properties.containsKey(INITIAL_CONTEXT) && properties.containsKey(DATA_SOURCE)) { //從JNDI上下文中找到DataSource並返回 Context ctx = (Context) initCtx.lookup(properties.getProperty(INITIAL_CONTEXT)); dataSource = (DataSource) ctx.lookup(properties.getProperty(DATA_SOURCE)); } else if (properties.containsKey(DATA_SOURCE)) { // //從JNDI上下文中找到DataSource並返回 dataSource = (DataSource) initCtx.lookup(properties.getProperty(DATA_SOURCE)); }
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