并发实战（1）- 模拟等待超时模式的连接池

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前言

我们来进行并发的实战，用等待超时模式来实现连接池的功能。
不管是在Spring还是Mybatis中的的连接池，都是按照等待超时的思想来实现的。
接下来简单的来实现一个等待超时模式的连接池

什么是等待超时模式的连接池

什么是等待超时模式的连接池，从名字中可以看到就是通过等待与等待超时来实现一个连接池。连接池也就是一个池子容器，里面放着我们定义好的连接，在需要的时候从中取出连接，并且在使用完成后归还接连，减少了连接创建与销毁的性能消耗。
所以我们想实现一个等待超时模式的连接池，需要实现以下几步
一、创建一个连接池类
二、定义一个连接池容器
三、初始化连接池容器
四、定义取出连接方法
五、定义归还连接方法

连接池的实现

/**
 * @version 1.0
 * @Description 数据库连接池
 * @Author 残冬十九
 * @Date 2020/6/15
 */
public class DbPool {

    /**
     * 数据库连接池容器
     */
    private final static LinkedList CONNECTION_POOL = new LinkedList<>();

    /**
     * 初始化连接池，传入初始化大小，当大于0会初始化连接池容器
     *
     * @param initialSize
     */
    public DbPool(int initialSize) {
        if (initialSize > 0) {
            for (int i = 0; i < initialSize; i++) {
                CONNECTION_POOL.addLast(SqlConnectImpl.fetchConnection());
            }
        }
    }

    /**
     * 获取连接
     *
     * @param timeOut 超时时间 ,0活小于0则永不超时。
     * @return 获取到的连接，超时则为空，需要处理
     * @throws InterruptedException 抛出的线程状态异常
     */
    public Connection fetchConn(long timeOut) throws InterruptedException {
        synchronized (CONNECTION_POOL) {
            // 超时时间小于等于0，即为永不超时
            if (timeOut <= 0) {
                // 判断当前线程池是否为空，为空则进入等待状态，等待其他线程来唤醒
                while (CONNECTION_POOL.isEmpty()) {
                    CONNECTION_POOL.wait();
                }
                // 获取并返回第一个链接
                return CONNECTION_POOL.removeFirst();
            } else {
                //  求出超时的时间以及剩余的超时时间
                long overtime = System.currentTimeMillis() + timeOut;
                long remain = timeOut;
                // 判断当前线程池是否为空并且剩余超时时间大于0，不满足的进入等待状态，等其他线程唤醒，并且求出剩余超时时间
                while (CONNECTION_POOL.isEmpty() && remain > 0) {
                    CONNECTION_POOL.wait(remain);
                    remain = overtime - System.currentTimeMillis();
                }
                // 初始化为空的连接，
                Connection connection = null;
                //走到这一步有两种情况，一种是获取到了连接池连接，则获取的连接返回，一种是等待超时，返回空的连接
                if (!CONNECTION_POOL.isEmpty()) {
                    connection = CONNECTION_POOL.removeFirst();
                }
                //返回连接
                return connection;
            }
        }
    }

    /**
     * 放回数据库连接
     *
     * @param conn 连接
     */
    public void releaseConn(Connection conn) {
        //判断连接是否为空
        if (conn != null) {
            synchronized (CONNECTION_POOL) {
                //将连接放入容器尾部
                CONNECTION_POOL.addLast(conn);
                //唤醒所有等待的线程
                CONNECTION_POOL.notifyAll();
            }
        }

    }
}

这就是实现了数据库连接池的类，在类中有
CONNECTION_POOL 连接池容器
DbPool 构造方法来初始化容器
fetchConn 获取连接
releaseConn 归还连接
其中用到的SqlConnectImpl是自定义的一个类，实现了Connection接口，没有做其他处理

public class SqlConnectImpl implements Connection {


    /**
     * 拿一个数据库连接
     *
     * @return
     */
    public static Connection fetchConnection() {
        return new SqlConnectImpl();
    }
}   

从代码中可以看出我们使用了wait()和notifyAll()方法，这两个方法是我们实现等待超时模式的关键点，wait是让线程处于等待状态，要么是等待时间到了或者被其他线程唤醒，否则会一直等待下去，正是通过这个机制来完成了等待超时模式的连接池。

连接池测试

现在连接池已经实现了，接下来就是要进行对连接池进行测试了。
我们定义了连接池中连接池大小为10，并定义了CountDownLatch 来控制线程，保证main中的统计最后执行（如果对CountDownLatch 不太了解的，可以看看之前的一篇关于CountDownLatch 的博客链接: 高并发（8）- 线程并发工具类-CountDownLatch.）
然后有100个线程，每个线程操作40次，也就是获取4000次连接，然后统计其中获取到连接的次数和超时的次数，这两个分别用了原子操作类来记录，保证线程的安全。

/**
 * @version 1.0
 * @Description 数据库线程池测试
 * @Author 残冬十九
 * @Date 2020/6/15
 */
public class DbPoolTest {

    /**
     * 初始化线程池，大小为10
     */
    static DbPool pool = new DbPool(10);
    /**
     * 控制器:控制main线程将会等待所有Work结束后才能继续执行
     */
    static CountDownLatch end;


    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        // 线程数量
        int threadCount = 100;
        //定义CountDownLatch长度
        end = new CountDownLatch(threadCount);
        //每个线程的操作次数
        int count = 40;
        //计数器：统计可以拿到连接的线程，原子操作，保证线程安全
        AtomicInteger got = new AtomicInteger();
        //计数器：统计没有拿到连接的线程，原子操作，保证线程安全
        AtomicInteger notGot = new AtomicInteger();

        //循环创建线程获取连接
        for (int i = 0; i < threadCount; i++) {
            new Thread(new Worker(count, got, notGot), "worker_" + i).start();
        }
        // main线程在此处等待,等待所有线程执行完毕
        end.await();
        System.out.println("总共尝试了: " + (threadCount * count));
        System.out.println("拿到连接的次数：  " + got);
        System.out.println("没能连接的次数： " + notGot);

    }


    static class Worker implements Runnable {
        int count;
        AtomicInteger got;
        AtomicInteger notGot;

        public Worker(int count, AtomicInteger got, AtomicInteger notGot) {
            this.count = count;
            this.got = got;
            this.notGot = notGot;
        }

        @Override
        public void run() {
            while (count > 0) {
                try {
                    // 从线程池中获取连接，如果10ms内无法获取到，将会返回null
                    // 分别统计连接获取的数量got和未获取到的数量notGot
                    Connection connection = pool.fetchConn(10);
                    if (connection != null) {
                        try {
                            //获取到连接则进行操作
                            connection.createStatement();
                            connection.commit();
                        } finally {
                            //最后释放连接，并且成功获取连接数量+1
                            pool.releaseConn(connection);
                            got.incrementAndGet();
                        }
                    } else {
                        //没有获取到连接则等待超时，未获取到连接数量+1
                        notGot.incrementAndGet();
                        System.out.println(Thread.currentThread().getName()
                                + "等待超时!");
                    }
                } catch (Exception ex) {
                } finally {
                    //线程操作数量-1
                    count--;
                }
            }
            //线程执行完后执行一次CountDownLatch
            end.countDown();
        }
    }
}

运行结果

从结果图中看出，我们请求了4000次连接池，其中3975次获取到了连接，25次连接超时了。
不管spring还是Mybatis中的来连接池都是类似的实现，不过这个是比较简单的实现，不过原理都是一样的。
这个就是简单的等待超时模式的连接池，希望对读者有帮助。