• 1 环境配置
• 2 使用方式
• 3 关键技术点
• 4 连接池的使用场景
• 5 连接池参数介绍
• 6 功能实现设计
• 7 压力测试
• 8 MySQL 数据库编程

参考开发日志进行学习

1 环境配置

Docker 开发环境

2 使用方式

cd build && cmake .. && make

CMakeList.txt 文件需要加入如下内容：

# 定义 MySQL 配置文件路径
add_definitions(-DMYSQL_CONFIG_FILE_PATH=\"${PROJECT_SOURCE_DIR}/config/mysql.conf\")

在自己创建的项目中，引入 libmysql_connection_pool.so 动态链接库文件，然后在项目中引入 /include 目录下的头文件和 mysql.conf 配置文件即可使用连接池功能，具体使用方式可以参考 examples 目录下的示例程序。

3 关键技术点

MySQL 数据库编程、单例模式、queue 队列容器、C++11 多线程编程、线程互斥、线程同步通信和 unique_lock、基于 CAS 的原子整型、智能指针 shared_ptr、lambda表达式、生产者-消费者线程模型

4 连接池的使用场景

业务层与 MySQL 数据层的交互往往会成为服务的瓶颈，解决方案如下：

• 在数据层增加缓存数据库（redis）缓存常用的数据
• 连接池
  • 在高并发情况下，大量的 TCP 三次握手、MySQL Server 连接认证、MySQL Server 关闭连接回收资源和 TCP 四次挥手所耗费的资源不容忽视，增加连接池就是为了减少这一部分的性能损耗。

5 连接池参数介绍

连接池一般包含了数据库连接所用的 ip, port, username 和 password 以及其它的性能参数，例如初始连接量，最大连接量，最大空闲时间、连接超时时间等

该项目主要实现如下连接池四大参数对应的功能

• 初始连接量(initSize)：表示连接池事先会和 MySQL Server 创建 initSize 个数的 connection 连接，当应用发起 MySQL 访问时，不用再创建和 MySQL Server 新的连接，直接从连接池中获取一个可用的连接就可以，使用完成后，并不去释放 connection，而是把当前 connection 再归还到连接池当中

• 最大连接量(maxSize)：当并发访问 MySQL Server 的请求增多时，初始连接量已经不够使用了，此时会根据新的请求数量去创建更多的连接给应用去使用，但是新创建的连接数量上限是 maxSize，不能无限制的创建连接，因为每一个连接都会占用一个 socket 资源，一般连接池和服务器程序是部署在一台主机上的，如果连接池占用过多的 socket 资源，那么服务器就不能接收太多的客户端请求了。当这些连接使用完成后，再次归还到连接池当中来维护

• 最大空闲时间(maxIdleTime)：当访问 MySQL 的并发请求多了以后，连接池里面的连接数量会动态增加，上限是 maxSize 个，当这些连接用完再次归还到连接池当中。如果在指定的 maxIdleTime 里面，这些新增加的连接都没有被再次使用过，那么新增加的这些连接资源就要被回收掉，只需要保持初始连接量 initSize 个连接就可以了。

• 连接超时时间(connectionTimeout)：当 MySQL 的并发请求量过大，连接池中的连接数量已经到达 maxSize 了，而此时没有空闲的连接可供使用，那么此时应用从连接池获取连接无法成功，它通过阻塞的方式获取连接的时间如果超过 connectionTimeout 时间，那么获取连接失败，无法访问数据库。

show variables like 'max_connections'; 该命令可以查看 MySQL Server 所支持的最大连接个数，超过 max_connections 数量的连接，MySQL Server 会直接拒绝，所以在使用连接池增加连接数量的时候，MySQL Server 的 max_connections 参数也要适当的进行调整，以适配连接池的连接上限。

6 功能实现设计

项目目录结构如下

.
|-- CMakeLists.txt  # CMake 构建文件
|-- README.md       # 项目说明文档
|-- bin             # 可执行文件
|   `-- example
|-- build           # CMake 构建目录
|-- config          # 配置文件
|   `-- mysql.conf
|-- examples        # 示例程序源码
|   `-- main.cpp
|-- include         # 头文件
|   |-- CommonConnectionPool.h  # 连接池头文件
|   |-- Connection.h          # 数据库操作头文件
|   `-- public.h           # 公共头文件
|-- lib            # 库文件
|   `-- libmysql_connection_pool.so # 连接池动态链接库输出文件
`-- src           # 源码
    |-- CommonConnectionPool.cpp  # 连接池代码实现
    `-- Connection.cpp        # 数据库操作代码实现

连接池主要包含了以下功能点：

1. 连接池只需要一个实例，所以 ConnectionPool 以单例模式进行设计
2. 从 ConnectionPool 中可以获取和 MySQL 的连接 Connection
3. 空闲连接 Connection 全部维护在一个线程安全的 Connection 队列中，使用线程互斥锁保证队列的线程安全
4. 如果 Connection 队列为空，还需要再获取连接，此时需要动态创建连接，上限数量是 maxSize
5. 队列中空闲连接时间超过 maxIdleTime 的就要被释放掉，只保留初始的 initSize 个连接就可以了，这个功能点肯定需要放在独立的线程中做
6. 如果 Connection 队列为空，而此时连接的数量已达上限 maxSize，那么等待 connectionTimeout 时间，如果还获取不到空闲的连接，那么获取连接失败，此处从 Connection 队列获取空闲连接，可以使用带超时时间的 mutex 互斥锁来实现连接超时时间
7. 用户获取的连接用 shared_ptr 智能指针来管理，用 lambda 表达式定制连接释放的功能(不真正释放连接，而是把连接归还到连接池中)
8. 连接的生产和连接的消费采用生产者-消费者线程模型来设计，使用了线程间的同步通信机制条件变量和互斥锁

7 压力测试

验证数据的插入操作所花费的时间，第一次测试使用普通的数据库访问操作，第二次测试使用带连接池 的数据库访问操作，对比两次操作同样数据量所花费的时间，性能压力测试结果如下:

数据量	未使用连接池花费时间	使用连接池花费时间
1000	单线程:1891ms 四线程:497ms	单线程:1079ms 四线程:408ms
5000	单线程:10033ms 四线程:2361ms	单线程: 5380ms 四线程:2041ms
10000	单线程:19403ms 四线程:4589ms	单线程:10522ms 四线程:4034ms

8 MySQL 数据库编程

如果是 windows，在 VS 上需要进行相应的头文件和库文件的配置，如下:

1. 右键项目 - C/C++ - 常规 - 附加包含目录，填写 mysql.h 头文件的路径
2. 右键项目 - 链接器 - 常规 - 附加库目录，填写 libmysql.lib 的路径
3. 右键项目 - 链接器 - 输入 - 附加依赖项，填写 libmysql.lib 库的名字
4. 把 libmysql.dll 动态链接库(Linux 下后缀名是 .so 库)放在工程目录下

• int mysql_errno(MYSQL*)：返回上次调用的 MySQL 函数的错误编号，即 mysql 错误码
• const char* mysql_error(MYSQL*)：返回上次调用的 MySQL 函数的错误消息

MySQL 数据库 C++代码封装如下:

main.cpp

#include "Connection.h"
#include "public.h"
#include <iostream>
using namespace std;

// 初始化数据库连接
Connection::Connection() { _conn = mysql_init(nullptr); }

// 释放数据库连接资源
Connection::~Connection() {
  if (_conn)
    mysql_close(_conn);
}

// 连接数据库
bool Connection::connect(string ip, unsigned short port, string user,
                         string password, string dbname) {
  MYSQL *p =
      mysql_real_connect(_conn, ip.c_str(), user.c_str(), password.c_str(),
                         dbname.c_str(), port, nullptr, 0);
  // cout << mysql_error(_conn) << endl;
  return p != nullptr;
}

// 更新操作 insert delete update
bool Connection::update(string sql) {
  if (mysql_query(_conn, sql.c_str())) {
    LOG("更新失败：" + sql);
    return false;
  }
  return true;
}

// 查询操作 select
MYSQL_RES *Connection::query(string sql) {
  if (mysql_query(_conn, sql.c_str())) {
    LOG("查询失败：" + sql);
    return nullptr;
  }
  return mysql_use_result(_conn);
}

public.h

#ifndef PUBLIC_H
#define PUBLIC_H

#define LOG(str)                                                               \
  cout << __FILE__ << ":" << __LINE__ << " " << __TIMESTAMP__ << " : " << str  \
       << endl

#endif