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級(jí)別: 初級(jí)
劉冬 (winter.lau@163.com), 珠海市創(chuàng)我科技發(fā)展有限公司軟件工程師
2002 年 12 月 05 日
作者通過使用JAVA中的動(dòng)態(tài)代理實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫連接池，使使用者可以以普通的jdbc連接的使用習(xí)慣來使用連接池。
數(shù)據(jù)庫連接池在編寫應(yīng)用服務(wù)是經(jīng)常需要用到的模塊，太過頻繁的連接數(shù)據(jù)庫對(duì)服務(wù)性能來講是一個(gè)瓶頸，使用緩沖池技術(shù)可以來消除這個(gè)瓶頸。我們可以在互聯(lián)網(wǎng)上找到很多關(guān)于數(shù)據(jù)庫連接池的源程序，但是都發(fā)現(xiàn)這樣一個(gè)共同的問題：這些連接池的實(shí)現(xiàn)方法都不同程度地增加了與使用者之間的耦合度。很多的連接池都要求用戶通過其規(guī)定的方法獲取數(shù)據(jù)庫的連接，這一點(diǎn)我們可以理解，畢竟目前所有的應(yīng)用服務(wù)器取數(shù)據(jù)庫連接的方式都是這種方式實(shí)現(xiàn)的。但是另外一個(gè)共同的問題是，它們同時(shí)不允許使用者顯式的調(diào)用Connection.close()方法，而需要用其規(guī)定的一個(gè)方法來關(guān)閉連接。這種做法有兩個(gè)缺點(diǎn)：
第一：改變了用戶使用習(xí)慣，增加了用戶的使用難度。
首先我們來看看一個(gè)正常的數(shù)據(jù)庫操作過程：
int executeSQL(String sql) throws SQLException
{
Connection conn = getConnection(); //通過某種方式獲取數(shù)據(jù)庫連接
PreparedStatement ps = null;
int res = 0;
try{
ps = conn.prepareStatement(sql);
res = ps.executeUpdate();
}finally{
try{
ps.close();
}catch(Exception e){}
try{
conn.close();//
}catch(Exception e){}
}
return res;
}
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使用者在用完數(shù)據(jù)庫連接后通常是直接調(diào)用連接的方法close來釋放數(shù)據(jù)庫資源，如果用我們前面提到的連接池的實(shí)現(xiàn)方法，那語句conn.close()將被某些特定的語句所替代。
第二：使連接池?zé)o法對(duì)之中的所有連接進(jìn)行獨(dú)占控制。由于連接池不允許用戶直接調(diào)用連接的close方法，一旦使用者在使用的過程中由于習(xí)慣問題直接關(guān)閉了數(shù)據(jù)庫連接，那么連接池將無法正常維護(hù)所有連接的狀態(tài)，考慮連接池和應(yīng)用由不同開發(fā)人員實(shí)現(xiàn)時(shí)這種問題更容易出現(xiàn)。
綜合上面提到的兩個(gè)問題，我們來討論一下如何解決這兩個(gè)要命的問題。
首先我們先設(shè)身處地的考慮一下用戶是想怎么樣來使用這個(gè)數(shù)據(jù)庫連接池的。用戶可以通過特定的方法來獲取數(shù)據(jù)庫的連接，同時(shí)這個(gè)連接的類型應(yīng)該是標(biāo)準(zhǔn)的java.sql.Connection。用戶在獲取到這個(gè)數(shù)據(jù)庫連接后可以對(duì)這個(gè)連接進(jìn)行任意的操作，包括關(guān)閉連接等。
通過對(duì)用戶使用的描述，怎樣可以接管Connection.close方法就成了我們這篇文章的主題。
為了接管數(shù)據(jù)庫連接的close方法，我們應(yīng)該有一種類似于鉤子的機(jī)制。例如在Windows編程中我們可以利用Hook API來實(shí)現(xiàn)對(duì)某個(gè)Windows API的接管。在JAVA中同樣也有這樣一個(gè)機(jī)制。JAVA提供了一個(gè)Proxy類和一個(gè)InvocationHandler，這兩個(gè)類都在java.lang.reflect包中。我們先來看看SUN公司提供的文檔是怎么描述這兩個(gè)類的。
public interface InvocationHandler
InvocationHandler is the interface implemented by the invocation handler of a proxy instance.
Each proxy instance has an associated invocation handler.
When a method is invoked on a proxy instance,
the method invocation is encoded and dispatched to the invoke method of its invocation handler.
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SUN的API文檔中關(guān)于Proxy的描述很多，這里就不羅列出來。通過文檔對(duì)接口InvocationHandler的描述我們可以看到當(dāng)調(diào)用一個(gè)Proxy實(shí)例的方法時(shí)會(huì)觸發(fā)Invocationhanlder的invoke方法。從JAVA的文檔中我們也同時(shí)了解到這種動(dòng)態(tài)代理機(jī)制只能接管接口的方法，而對(duì)一般的類無效，考慮到j(luò)ava.sql.Connection本身也是一個(gè)接口由此就找到了解決如何接管close方法的出路。
首先，我們先定義一個(gè)數(shù)據(jù)庫連接池參數(shù)的類，定義了數(shù)據(jù)庫的JDBC驅(qū)動(dòng)程序類名，連接的URL以及用戶名口令等等一些信息，該類是用于初始化連接池的參數(shù)，具體定義如下：
public class ConnectionParam implements Serializable
{
private String driver; //數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)程序
private String url; //數(shù)據(jù)連接的URL
private String user; //數(shù)據(jù)庫用戶名
private String password; //數(shù)據(jù)庫密碼
private int minConnection = 0; //初始化連接數(shù)
private int maxConnection = 50; //最大連接數(shù)
private long timeoutValue = 600000;//連接的最大空閑時(shí)間
private long waitTime = 30000; //取連接的時(shí)候如果沒有可用連接最大的等待時(shí)間
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其次是連接池的工廠類ConnectionFactory，通過該類來將一個(gè)連接池對(duì)象與一個(gè)名稱對(duì)應(yīng)起來，使用者通過該名稱就可以獲取指定的連接池對(duì)象，具體代碼如下：
/**
* 連接池類廠，該類常用來保存多個(gè)數(shù)據(jù)源名稱合數(shù)據(jù)庫連接池對(duì)應(yīng)的哈希
* @author liusoft
*/
public class ConnectionFactory
{
//該哈希表用來保存數(shù)據(jù)源名和連接池對(duì)象的關(guān)系表
static Hashtable connectionPools = null;
static{
connectionPools = new Hashtable(2,0.75F);
}
/**
* 從連接池工廠中獲取指定名稱對(duì)應(yīng)的連接池對(duì)象
* @param dataSource 連接池對(duì)象對(duì)應(yīng)的名稱
* @return DataSource 返回名稱對(duì)應(yīng)的連接池對(duì)象
* @throws NameNotFoundException 無法找到指定的連接池
*/
public static DataSource lookup(String dataSource)
throws NameNotFoundException
{
Object ds = null;
ds = connectionPools.get(dataSource);
if(ds == null || !(ds instanceof DataSource))
throw new NameNotFoundException(dataSource);
return (DataSource)ds;
}
/**
* 將指定的名字和數(shù)據(jù)庫連接配置綁定在一起并初始化數(shù)據(jù)庫連接池
* @param name 對(duì)應(yīng)連接池的名稱
* @param param 連接池的配置參數(shù)，具體請(qǐng)見類ConnectionParam
* @return DataSource 如果綁定成功后返回連接池對(duì)象
* @throws NameAlreadyBoundException 一定名字name已經(jīng)綁定則拋出該異常
* @throws ClassNotFoundException 無法找到連接池的配置中的驅(qū)動(dòng)程序類
* @throws IllegalAccessException 連接池配置中的驅(qū)動(dòng)程序類有誤
* @throws InstantiationException 無法實(shí)例化驅(qū)動(dòng)程序類
* @throws SQLException 無法正常連接指定的數(shù)據(jù)庫
*/
public static DataSource bind(String name, ConnectionParam param)
throws NameAlreadyBoundException,ClassNotFoundException,
IllegalAccessException,InstantiationException,SQLException
{
DataSourceImpl source = null;
try{
lookup(name);
throw new NameAlreadyBoundException(name);
}catch(NameNotFoundException e){
source = new DataSourceImpl(param);
source.initConnection();
connectionPools.put(name, source);
}
return source;
}
/**
* 重新綁定數(shù)據(jù)庫連接池
* @param name 對(duì)應(yīng)連接池的名稱
* @param param 連接池的配置參數(shù)，具體請(qǐng)見類ConnectionParam
* @return DataSource 如果綁定成功后返回連接池對(duì)象
* @throws NameAlreadyBoundException 一定名字name已經(jīng)綁定則拋出該異常
* @throws ClassNotFoundException 無法找到連接池的配置中的驅(qū)動(dòng)程序類
* @throws IllegalAccessException 連接池配置中的驅(qū)動(dòng)程序類有誤
* @throws InstantiationException 無法實(shí)例化驅(qū)動(dòng)程序類
* @throws SQLException 無法正常連接指定的數(shù)據(jù)庫
*/
public static DataSource rebind(String name, ConnectionParam param)
throws NameAlreadyBoundException,ClassNotFoundException,
IllegalAccessException,InstantiationException,SQLException
{
try{
unbind(name);
}catch(Exception e){}
return bind(name, param);
}
/**
* 刪除一個(gè)數(shù)據(jù)庫連接池對(duì)象
* @param name
* @throws NameNotFoundException
*/
public static void unbind(String name) throws NameNotFoundException
{
DataSource dataSource = lookup(name);
if(dataSource instanceof DataSourceImpl){
DataSourceImpl dsi = (DataSourceImpl)dataSource;
try{
dsi.stop();
dsi.close();
}catch(Exception e){
}finally{
dsi = null;
}
}
connectionPools.remove(name);
}
}
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ConnectionFactory主要提供了用戶將將連接池綁定到一個(gè)具體的名稱上以及取消綁定的操作。使用者只需要關(guān)心這兩個(gè)類即可使用數(shù)據(jù)庫連接池的功能。下面我們給出一段如何使用連接池的代碼：
String name = "pool";
String driver = " sun.jdbc.odbc.JdbcOdbcDriver ";
String url = "jdbc:odbc:datasource";
ConnectionParam param = new ConnectionParam(driver,url,null,null);
param.setMinConnection(1);
param.setMaxConnection(5);
param.setTimeoutValue(20000);
ConnectionFactory.bind(name, param);
System.out.println("bind datasource ok.");
//以上代碼是用來登記一個(gè)連接池對(duì)象，該操作可以在程序初始化只做一次即可
//以下開始就是使用者真正需要寫的代碼
DataSource ds = ConnectionFactory.lookup(name);
try{
for(int i=0;i<10;i++){
Connection conn = ds.getConnection();
try{
testSQL(conn, sql);
}finally{
try{
conn.close();
}catch(Exception e){}
}
}
}catch(Exception e){
e.printStackTrace();
}finally{
ConnectionFactory.unbind(name);
System.out.println("unbind datasource ok.");
System.exit(0);
}
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從使用者的示例代碼就可以看出，我們已經(jīng)解決了常規(guī)連接池產(chǎn)生的兩個(gè)問題。但是我們最最關(guān)心的是如何解決接管close方法的辦法。接管工作主要在ConnectionFactory中的兩句代碼：
source = new DataSourceImpl(param);
source.initConnection();
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DataSourceImpl是一個(gè)實(shí)現(xiàn)了接口javax.sql.DataSource的類，該類維護(hù)著一個(gè)連接池的對(duì)象。由于該類是一個(gè)受保護(hù)的類，因此它暴露給使用者的方法只有接口DataSource中定義的方法，其他的所有方法對(duì)使用者來說都是不可視的。我們先來關(guān)心用戶可訪問的一個(gè)方法getConnection
/**
* @see javax.sql.DataSource#getConnection(String,String)
*/
public Connection getConnection(String user, String password) throws SQLException
{
//首先從連接池中找出空閑的對(duì)象
Connection conn = getFreeConnection(0);
if(conn == null){
//判斷是否超過最大連接數(shù),如果超過最大連接數(shù)
//則等待一定時(shí)間查看是否有空閑連接,否則拋出異常告訴用戶無可用連接
if(getConnectionCount() >= connParam.getMaxConnection())
conn = getFreeConnection(connParam.getWaitTime());
else{//沒有超過連接數(shù)，重新獲取一個(gè)數(shù)據(jù)庫的連接
connParam.setUser(user);
connParam.setPassword(password);
Connection conn2 = DriverManager.getConnection(connParam.getUrl(),
user, password);
//代理將要返回的連接對(duì)象
_Connection _conn = new _Connection(conn2,true);
synchronized(conns){
conns.add(_conn);
}
conn = _conn.getConnection();
}
}
return conn;
}
/**
* 從連接池中取一個(gè)空閑的連接
* @param nTimeout 如果該參數(shù)值為0則沒有連接時(shí)只是返回一個(gè)null
* 否則的話等待nTimeout毫秒看是否還有空閑連接，如果沒有拋出異常
* @return Connection
* @throws SQLException
*/
protected synchronized Connection getFreeConnection(long nTimeout)
throws SQLException
{
Connection conn = null;
Iterator iter = conns.iterator();
while(iter.hasNext()){
_Connection _conn = (_Connection)iter.next();
if(!_conn.isInUse()){
conn = _conn.getConnection();
_conn.setInUse(true);
break;
}
}
if(conn == null && nTimeout > 0){
//等待nTimeout毫秒以便看是否有空閑連接
try{
Thread.sleep(nTimeout);
}catch(Exception e){}
conn = getFreeConnection(0);
if(conn == null)
throw new SQLException("沒有可用的數(shù)據(jù)庫連接");
}
return conn;
}
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DataSourceImpl類中實(shí)現(xiàn)getConnection方法的跟正常的數(shù)據(jù)庫連接池的邏輯是一致的，首先判斷是否有空閑的連接，如果沒有的話判斷連接數(shù)是否已經(jīng)超過最大連接數(shù)等等的一些邏輯。但是有一點(diǎn)不同的是通過DriverManager得到的數(shù)據(jù)庫連接并不是及時(shí)返回的，而是通過一個(gè)叫_Connection的類中介一下，然后調(diào)用_Connection.getConnection返回的。如果我們沒有通過一個(gè)中介也就是JAVA中的Proxy來接管要返回的接口對(duì)象，那么我們就沒有辦法截住Connection.close方法。
終于到了核心所在，我們先來看看_Connection是如何實(shí)現(xiàn)的，然后再介紹是客戶端調(diào)用Connection.close方法時(shí)走的是怎樣一個(gè)流程，為什么并沒有真正的關(guān)閉連接。
/**
* 數(shù)據(jù)連接的自封裝，屏蔽了close方法
* @author Liudong
*/
class _Connection implements InvocationHandler
{
private final static String CLOSE_METHOD_NAME = "close";
private Connection conn = null;
//數(shù)據(jù)庫的忙狀態(tài)
private boolean inUse = false;
//用戶最后一次訪問該連接方法的時(shí)間
private long lastAccessTime = System.currentTimeMillis();
_Connection(Connection conn, boolean inUse){
this.conn = conn;
this.inUse = inUse;
}
/**
* Returns the conn.
* @return Connection
*/
public Connection getConnection() {
//返回?cái)?shù)據(jù)庫連接conn的接管類，以便截住close方法
Connection conn2 = (Connection)Proxy.newProxyInstance(
conn.getClass().getClassLoader(),
conn.getClass().getInterfaces(),this);
return conn2;
}
/**
* 該方法真正的關(guān)閉了數(shù)據(jù)庫的連接
* @throws SQLException
*/
void close() throws SQLException{
//由于類屬性conn是沒有被接管的連接，因此一旦調(diào)用close方法后就直接關(guān)閉連接
conn.close();
}
/**
* Returns the inUse.
* @return boolean
*/
public boolean isInUse() {
return inUse;
}
/**
* @see java.lang.reflect.InvocationHandler#invoke(java.lang.Object, java.lang.reflect.Method, java.lang.Object)
*/
public Object invoke(Object proxy, Method m, Object[] args)
throws Throwable
{
Object obj = null;
//判斷是否調(diào)用了close的方法，如果調(diào)用close方法則把連接置為無用狀態(tài)
if(CLOSE_METHOD_NAME.equals(m.getName()))
setInUse(false);
else
obj = m.invoke(conn, args);
//設(shè)置最后一次訪問時(shí)間，以便及時(shí)清除超時(shí)的連接
lastAccessTime = System.currentTimeMillis();
return obj;
}
/**
* Returns the lastAccessTime.
* @return long
*/
public long getLastAccessTime() {
return lastAccessTime;
}
/**
* Sets the inUse.
* @param inUse The inUse to set
*/
public void setInUse(boolean inUse) {
this.inUse = inUse;
}
}
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一旦使用者調(diào)用所得到連接的close方法，由于用戶的連接對(duì)象是經(jīng)過接管后的對(duì)象，因此JAVA虛擬機(jī)會(huì)首先調(diào)用_Connection.invoke方法，在該方法中首先判斷是否為close方法，如果不是則將代碼轉(zhuǎn)給真正的沒有被接管的連接對(duì)象conn。否則的話只是簡單的將該連接的狀態(tài)設(shè)置為可用。到此您可能就明白了整個(gè)接管的過程，但是同時(shí)也有一個(gè)疑問：這樣的話是不是這些已建立的連接就始終沒有辦法真正關(guān)閉？答案是可以的。我們來看看ConnectionFactory.unbind方法，該方法首先找到名字對(duì)應(yīng)的連接池對(duì)象，然后關(guān)閉該連接池中的所有連接并刪除掉連接池。在DataSourceImpl類中定義了一個(gè)close方法用來關(guān)閉所有的連接，詳細(xì)代碼如下：
/**
* 關(guān)閉該連接池中的所有數(shù)據(jù)庫連接
* @return int 返回被關(guān)閉連接的個(gè)數(shù)
* @throws SQLException
*/
public int close() throws SQLException
{
int cc = 0;
SQLException excp = null;
Iterator iter = conns.iterator();
while(iter.hasNext()){
try{
((_Connection)iter.next()).close();
cc ++;
}catch(Exception e){
if(e instanceof SQLException)
excp = (SQLException)e;
}
}
if(excp != null)
throw excp;
return cc;
}
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該方法一一調(diào)用連接池中每個(gè)對(duì)象的close方法，這個(gè)close方法對(duì)應(yīng)的是_Connection中對(duì)close的實(shí)現(xiàn)，在_Connection定義中關(guān)閉數(shù)據(jù)庫連接的時(shí)候是直接調(diào)用沒有經(jīng)過接管的對(duì)象的關(guān)閉方法，因此該close方法真正的釋放了數(shù)據(jù)庫資源。
以上文字只是描述了接口方法的接管，具體一個(gè)實(shí)用的連接池模塊還需要對(duì)空閑連接的監(jiān)控并及時(shí)釋放連接，詳細(xì)的代碼請(qǐng)參照附件。
參考資料
http://java.sun.com
JAVA的官方網(wǎng)站
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