ADO.NET 2.0技术内幕_连接池
3.6 连 接 池
与微软以前的数据访问技术类似，ADO.NET包括对连接池的内置支持。
3.6.1 连接句柄和物理连接
如果正在使用Visual Studio，可以使用Visual Studio调试工具检查对象的一些内部私有属性。例如，编写一些代码来打开一个SqlConnection，并在调用Open方法的地方设置断点。右击代码中的对象，并选择【添加监视】，将该对象添加到【监视】窗口。在【监视】窗口中，展开标有Non-Pubic Members的区域。向下滚动，将会看到一个称为InnerConnection的私有属性。
从结构上讲，InnerConnection属性的内容是一个非常薄的层，位于数据库的物理连接之上。为在这里进行讨论，InnerConnection属性和到该数据库的物理连接是可交换的。在逐步执行代码时，将会看到在打开和关闭连接时，InnerConnection属性的值发生变化。当调用Open方法时，SQL Client .NET数据提供程序将SqlConnection对象关联至该数据库的物理连接，所以可以执行查询并返回结果。
打开和关闭数据库连接的代价非常高。为了帮助节省资源并提高性能，.NET Framework中的.NET数据提供程序在默认情况下均使用连接池。
3.6.2 连接池是什么
连接池是一种在打开数据存储区的连接时提高应用程序性能的机制。在调用SqlConnection对象的Close方法时，SQL Client .NET数据提供程序并不实际关闭内部连接。相反，数据提供程序将该内部连接存储到一个池中，以便在以后再次使用。甚至在SqlConnection对象被处理之后，该内部连接也保留在池中。如果在以后使用相同连接字符串和凭据调用SqlConnection对象的Open方法，将会再次使用同一内部连接与数据库进行通信。
如果希望确认是否真正再次利用了同一内部连接，可以使用.NET Reflection中的功能以可编程方式访问私有InnerConnection属性的内容。以下代码(其需要对System.Reflection命名空间的引用)在Using代码块中打开一个SqlConnection，并存储SqlConnection的InnerConnection属性的值。通过利用Using代码块，在该代码块的末尾隐式处理了SqlConnection。此代码在Using代码块中打开另一个SqlConnection，并存储SqlConnection的InnerConnection属性的值。最后，此代码对比InnerConnection属性的内容，确认它们实际上为同一对象。
Visual Basic
Dim strConn As String = "Data Source=./SQLExpress;Integrated Security=True;"
Dim propInnerConn As PropertyInfo
propInnerConn = GetType(SqlConnection).GetProperty("InnerConnection", _
BindingFlags.NonPublic Or BindingFlags.Instance)
Dim objInnerConn1, objInnerConn2 As Object
Using cn As New SqlConnection(strConn)
cn.Open()
objInnerConn1 = propInnerConn.GetValue(cn, Nothing)
cn.Close()
End Using
Using cn As New SqlConnection(strConn)
cn.Open()
objInnerConn2 = propInnerConn.GetValue(cn, Nothing)
cn.Close()
End Using
Console.WriteLine(objInnerConn1 Is objInnerConn2)
Visual C#
string strConn = @"Data Source=./SQLExpress;Integrated Security=True;";
PropertyInfo propInnerConn;
propInnerConn = typeof(SqlConnection).GetProperty("InnerConnection",
BindingFlags.NonPublic | BindingFlags.Instance);
object objInnerConn1, objInnerConn2;
using (SqlConnection cn = new SqlConnection(strConn))
{
cn.Open();
objInnerConn1 = propInnerConn.GetValue(cn, null);
cn.Close();
}
using (SqlConnection cn = new SqlConnection(strConn))
{
cn.Open();
objInnerConn2 = propInnerConn.GetValue(cn, null);
cn.Close();
}
Console.WriteLine(objInnerConn1 == objInnerConn2);
两个SqlConnection对象是在不同的Using代码块中创建的，所以其资源将在每个Using代码块的末尾被清除。InnerConnection属性的内容及其所封装的物理连接没有被处理，而是存储在池中，以便在以后被再次利用。
注意 如果在连接字符串中禁用了连接池(稍后将解释如何禁用)，将会看到此内部连接不能被重复利用。
3.6.3 连接池如何改进代码
考虑一个访问SQL Server数据库的典型ASP.NET或WebServices应用程序。客户端应用程序每次需要查询数据库时，就会在服务器端代码中进行往返，以打开SqlConnection来执行查询。在许多此类应用程序中，这一代码以相同凭据一次又一次地连接到相同数据库。理论上，这意味着客户端应用程序每次需要执行查询时，服务器端代码需要执行三个操 作——登录到数据库(需要检查所提供的凭据)、执行查询、然后注销。
连接池可以真正地提高此类应用程序的性能。通过将内部连接存储在池中，并在以后进行重复利用，就不再因为登录数据库以及从中注销而降低性能。对SqlConnection对象的Open和Close方法的调用可以短时间内返回，从而可以提高代码的性能和响应速度(请参见图3.4)。
图3.4 典型ASP.NET或WebServices应用程序中的连接池
3.6.4 启用连接池
在ADO.NET中，连接池是默认启用的。以下代码段将同一SqlConnection对象打开和关闭5次。由于连接池是默认启用的，所以当调用Close方法时，到数据库的实际连接没有被实际关闭，而是将该数据库连接发送到池中，以便在以后重复利用。
Visual Basic
Dim strConn As String
strConn = "Data Source=./SQLExpress;Integrated Security=True;"
Dim cn As New SqlConnection(strConn)
For intCounter As Integer = 1 To 5
cn.Open()
cn.Close()
Next intCounter
Visual C#
string strConn;
strConn = @"Data Source=./SQLExpress;Integrated Security=True;";
SqlConnection cn = new SqlConnection(strConn);
for (int intCounter = 1; intCounter <= 5; intCounter++)
{
cn.Open();
cn.Close();
}
3.6.5 放入池中的连接何时关闭
在调用Close方法时，SqlClient将该连接返回到池中。假定该连接没有被再次使用，将在大约5分钟后将其从池中删除。但具体在多少秒后删除，并没有确切的数值。其行为取决于所生成的随机数以及创建该池时的相对湿度(relative humidity)。当然，如果在退出应用程序时存在已打开的连接池，那么作为应用程序正常清除过程的一部分，这些连接将被关闭和处理。
3.6.6 禁用连接池
您可能不希望使用连接池。例如，如果正在使用一个直接与数据库进行通信的简单Windows应用程序，那么可能希望禁用连接池。在采用这一架构时，各个客户端应用程序需要自己的连接。在启用连接池时，每个应用程序的连接被放入池中，如果在清除连接池之前重新打开该连接，将重复利用放入池中的连接。所以，如果应用程序频繁重复使用连接，那么在启用连接池的情况下，对SqlConnection.Open的调用将会更快速地返回。但是，这种方法将会导致在任意给定时刻存在许多活动的数据库连接。禁用连接池将会降低任意时刻的活动数据库连接数目，但这样会强制所有对SqlConnection.Open的调用都建立一个新的数据库连接。
如果希望禁用连接池，可以通过向连接字符串中添加Pooling=False，逐个连接地禁用连接池。
幸运的是，在ADO.NET 2.0中不再需要记忆诸如此类的属性。如果存在疑问，可以检查SqlConnectionStringBuilder类的选项。在这个类中可以找到一个Pooling属性，其取值为Boolean类型。默认情况下，此值被设置为True。将该值设置为False将会禁止将该连接放入池中。因此，在调用SqlConnection对象的Close方法时，将会关闭与数据库的实际连接。
注意 在“偶尔进行连接”的Windows应用程序中，使用连接池可能很有帮助，具体取决于应用程序。如果应用程序希望定期重新连接到数据库，则可以发挥连接池的作用，将与数据库的物理连接保持打开状态，至少暂时如此。如果在从池中删除该物理连接之前，应用程序尝试重新连接到该数据库，则连接池逻辑(pooling logic)将会重新使用与该数据库的物理连接。
3.6.7 有关连接池的常见问题
学习连接池的开发人员越多，出现的问题也会越多。例如，在我听到的连接池相关问题中，最常见的一个是“我怎样才能知道与数据库的物理连接是被真正关闭了，还是仅仅被放入池中了？”，另一个常见问题是“我怎样才能分辨刚刚打开的连接是建立了一个新物理连接，还是重新利用了一个被放在池中的连接？”。
有许多工具可以帮助回答有关连接池的问题。其中一些工具更出色一些。我定期使用SQL Server事件探查器来监视对SQL Server数据库的连接和查询。在ADO.NET的2.0版中，还可以使用Windows中的【性能监视器】。
ADO.NET 2.0中的SQL Client .NET数据提供程序包括用于连接池的性能计数器。现在可以使用诸如【性能监视器】等工具来查看以下数目：放入池中的连接、活动连接、自由连接、活动与非活动连接池及活动与非活动连接池组。还可以搜集有关在每秒内进行连接和断开连接数目的信息。
在某些情况下，维护性能计数器会产生一些性能影响。为此，SQL Client .NET数据提供程序没有维护以下性能计数器：活动或自由连接的数目，或者每秒内放入池中的连接数目或断开连接的数目。可以通过向应用程序的配置文件中添加一项，以启用应用程序中的这些性能计数器。如需有关使用这些性能计数器的详细信息，请参阅MSDN网站上的文章“Using ADO.NET Performance Counters”(使用ADO.NET性能计数器)。
为便于您提出有关连接池的问题，也便于我回答这些问题，我已经开发了一个示例应用程序，如图3.5所示，它可以作为本书示例代码中的一部分进行下载。这一应用程序允许使用如图3.3所示的SqlConnectionStringBuilder/PropertyGrid对话框生成连接字符串。可以很容易地生成新的SqlConnection，打开和关闭现有连接，以及调用ClearPool和ClearAllPools方法。此示例还可以通过【性能监视器】访问SQL Client性能计数器，而不需要以手动方式添加性能计数器。此应用程序的配置文件中包含一项，其能够启用在默认情况下被关闭的性能计数器。在每次创建、打开或关闭SqlConnection或关闭一个或所有连接池时，此示例中的性能计数器都会被更新。
图3.5 研究连接池
3.6.8 ADO.NET如何确定是否使用放入池中的连接
简单地说，假定连接池未被禁用，则SQL Client .NET数据提供程序在您调用SqlConnection对象的Open方法时检查ConnectionString，并确定池中是否存在可用连接。如果存在可用连接，则SQL Client使用该连接。否则，打开一个到数据库的新连接。
实际上还有一些需要说明的内容。设想一个ASP.NET应用程序，其中有多位用户以模拟(impersonation)登录同一数据库，每位用户都使用自己的凭据访问SQL Server数据库。每位用户的连接字符串都是相同的，但他们的凭据有很大不同。由于SQL Client考虑了用户权限，所以用于确定池中有哪些连接可供使用的逻辑要稍微复杂一些。
3.6.9 强制ADO.NET使用新池
在某些时候，可能不再希望从旧连接池中提取连接，而希望建立一个新池。在这种情况下，目标就是采用某种能够对池缓存(pooling)产生影响的方式来修改连接字符串，而对应用程序的剩余部分不产生影响。达到这一目标的最简单方式是在连接字符串的末尾添加一个空格。
3.6.10 手动释放池中缓存的连接
前面的技巧对于ADO.NET 1.x版非常方便，因为API的特性都不能帮助释放缓存在池中的连接。在ADO.NET 2.0中，SqlConnection类中有两个新的静态方法可提供帮助——ClearPool和ClearAllPools。
ClearPool方法取得一个SqlConnection对象，并释放缓存在一个连接池中的所有连接，此连接池与该SqlConnection对象相关。假定有10个SqlConnection对象，均使用同一连接字符串和凭据，并启用了连接池。可以调用所有10个对象的Open方法，然后调用其中三个对象的Close方法。
共有10个到SQL Server数据库的开放式连接。这些连接中的7个连接与7个打开的SqlConnection对象相关联。为了使用性能计数器所使用的术语，我们说这7个连接是“活动的”。剩下的三个连接存在于连接池中。再一次使用性能计数器的术语，它们是“自由”连接。调用ClearPool方法将释放这三个存在于连接池中的自由连接，但不会影响由7个开放式SqlConnection对象所使用的活动连接。
ClearAllPools方法没有参数，它会清除所有自由SqlConnection。
3.6.11 其他连接池选项
现在简单看一下其他常用连接池选项。每个选项都可通过SqlConnectionStringBuilder和连接字符串使用。
1. Connection Reset
如果仔细查看一个SQL事件探查器的轨迹，可能会注意到调用了一个名为sp_reset_connection的存储过程，您可能希望知道是何时调用这个存储过程的，以及为什么要调用它。
简单地重复使用缓存在池中的SqlConnection可能会产生意料之外的结果。由于缺乏更合适的术语，所以可以说：存在某个与已缓存(pooled)连接相关联的“残余”。开发人员不会总是在关闭连接时清除这些混乱，以将连接返回到其原始状态。在调用Close方法时，可能已经存在与该连接相关联的开放式游标或事务，甚至更糟。如果发出一个“USE AdventureWorks”之类的查询，该连接可能被关联到一个不同于该数据库被打开时的数据库。如果通过调用sq_setapprol为连接指定应用程序角色，这些权限仍然被应用到该连接，直到sp_unsetapprole被调用为止，或者直到sp_reset_connection被调用为止，或者直到该连接被真正关闭(而不仅仅是被放入池中)为止。
SQL Client .NET数据提供程序跟踪哪些SqlConnection使用了从连接池中提取的连接。在调用Open方法时，SqlClient没有调用sp_reset_connection存储过程，而是恰好在该连接的第一个操作之前执行这一查询。
如果能够绝对肯定没有在服务器上为池中缓存的连接留下任何“残余”，就可以向连接字符串中添加Connection Reset=False;。这一设置告诉SqlClient，当重新利用缓存在池中的连接时，不需要调用sp_reset_connection存储过程。但是，我建议不要将Connection Reset设置为False。
2. Min Pool Size
从其名称可以看出，Min Pool Size控制池中的最少连接数目。默认情况下，此属性被设置为0。
Min Pool Size属性可以帮助您准备一个连接池。假定将属性设置为5。在打开第一个连接之后，SqlClient将在一后台线程中打开另外4个连接。在该池中总是至少有5个连接。假定代码创建了10个SqlConnection对象，并将它们全部打开。和以前一样，在打开第一个SqlConnection时，SqlClient将在后台线程打开其他4个连接。接下来的4个SqlConnection对象将使用来自池中的剩余连接。剩余的5个SqlConnection对象将建立新连接。
现在，假定关闭了这10个SqlConnection对象中的8个对象。所有这8个连接都将在池中保持存活。当SqlClient清除此连接池之后(假定大约在这些SqlConnection被关闭5分钟之后，并且没有被重新使用)，它将确保至少有5个连接(Min Pool Size设置)仍然存在于连接池中。此数目包括目前使用的连接，两种连接仍在使用。所以将有三个其他连接保存在连接池中。其余5个连接将被丢弃。
Min Pool Size的主要缺点是池中将至少有设定数目的连接保持活动。在ASP.NET应用程序中，这些连接的存在时间可能过长。因此，最好使Min Pool Size保持为零。
3. Max Pool Size
Max Pool Size设置的理解稍微简单一些。此设置用作一种限制特性，防止在单个池中打开的连接数目超出指定数值。Max Pool Size的默认值为100。如果达到了连接池中的最大连接数目，那么在下一次尝试打开一个连接时，经过Connect Timerout设置所指定的时间之后会引发一个InvalidOperationException，其说明“超时时间已到。在从池中获取连接之前超时时间已过。出现这种情况可能是因为所有池连接都已被使用，并已达到最大池 大小”。