基于HiKariCP组件，分析连接池原理

池塘里养：Connection；

一、设计与原理

1、基础案例

HiKariCP作为SpringBoot2框架的默认连接池，号称是跑的最快的连接池，数据库连接池与之前两篇提到的线程池和对象池，从设计的原理上都是基于池化思想，只是在实现方式上有各自的特点；首先还是看HiKariCP用法的基础案例：

import com.zaxxer.hikari.HikariConfig;
import com.zaxxer.hikari.HikariDataSource;
import java.sql.Connection;
import java.sql.ResultSet;
import java.sql.Statement;

public class ConPool {
    private static HikariConfig buildConfig (){
        HikariConfig hikariConfig = new HikariConfig() ;
        // 基础配置
        hikariConfig.setJdbcUrl("jdbc:mysql://127.0.0.1:3306/junit_test?characterEncoding=utf8");
        hikariConfig.setUsername("root");
        hikariConfig.setPassword("123456");
        // 连接池配置
        hikariConfig.setPoolName("dev-hikari-pool");
        hikariConfig.setMinimumIdle(4);
        hikariConfig.setMaximumPoolSize(8);
        hikariConfig.setIdleTimeout(600000L);
        return hikariConfig ;
    }
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 构建数据源
        HikariDataSource dataSource = new HikariDataSource(buildConfig()) ;
        // 获取连接
        Connection connection = dataSource.getConnection() ;
        // 声明SQL执行
        Statement statement = connection.createStatement();
        ResultSet resultSet = statement.executeQuery("SELECT count(1) num FROM jt_activity") ;
        // 输出执行结果
        if (resultSet.next()) {
            System.out.println("query-count-result："+resultSet.getInt("num"));
        }
    }
}

2、核心相关类

• HikariDataSource类：汇集数据源描述的相关信息，例如配置、连接池、连接对象、状态管理等；
• HikariConfig类：维护数据源的配置管理，以及参数校验，例如userName、passWord、minIdle、maxPoolSize等；
• HikariPool类：提供对连接池与池中对象管理的核心能力，并实现池相关监控数据的查询方法；
• ConcurrentBag类：抛弃了常规池中采用的阻塞队列作为容器的方式，自定义该并发容器来存储连接对象；
• PoolEntry类：拓展连接对象的信息，例如状态、时间等，方便容器中追踪这些实例化对象；

通过对连接池中几个核心类的分析，也能直观地体会到该源码的设计原理，与上篇总结的对象池应用有异曲同工之妙，只是不同的组件不同的开发者在实现的时候，都具备各自的抽象逻辑。

3、加载逻辑

07-1.png

通过配置信息去构建数据源描述，在构造方法中基于配置再去实例化连接池，在HikariPool的构造中，实例化ConcurrentBag容器对象；下面再从源码层面分析实现细节。

二、容器分析

1、容器结构

容器ConcurrentBag类提供PoolEntry类型的连接对象存储，以及基本的元素管理能力，对象的状态描述；虽然被HikariPool对象池类所持有，但是实际的操作逻辑是在该类中；

1.1 基础属性

其中最为核心的是sharedList共享集合、threadList线程级缓存、handoffQueue即时队列；

// 共享对象集合，存放数据库连接
private final CopyOnWriteArrayList sharedList;
// 缓存线程级连接对象，会被优先使用，避免被争抢
private final ThreadLocal> threadList;
// 等待获取连接的线程数
private final AtomicInteger waiters;
// 标记是否关闭
private volatile boolean closed;
// 即时处理连接的队列，当有等待线程时，通过该队列将连接分配给等待线程
private final SynchronousQueue handoffQueue;

1.2 状态描述

在ConcurrentBag类中的IConcurrentBagEntry内部接口，被PoolEntry类实现，该接口定义连接对象的状态：

• STATE_NOT_IN_USE：未使用，即闲置中；
• STATE_IN_USE：使用中；
• STATE_REMOVED：被废弃；
• STATE_RESERVED：保留态，中间状态，用于尝试驱逐连接对象时；

2、包装对象

容器的基本能力是用来存储连接对象的，而对象的管理则需要很多扩展的跟踪信息，以有效的完成各种场景下的识别，此时就需要借助包装类的引入；

// 业务真正使用的连接对象
Connection connection;
// 最近访问时间
long lastAccessed;
// 最近借出时间
long lastBorrowed;
// 状态描述
private volatile int state = 0;
// 是否驱逐
private volatile boolean evict;
// 生命周期结束时的调度任务
private volatile ScheduledFuture endOfLife;
// 连接生成的Statement对象
private final FastList openStatements;
// 池对象
private final HikariPool hikariPool;

这里需要注意FastList类实现List接口，为HiKariCP组件自定义，相比ArrayList类，出于对性能的追求，在元素的管理时，去掉诸多的范围校验。

三、对象管理

基于连接池的常规用法，来看看连接对象具体是如何管理，比如被借出，被释放，被废弃等，以及这些操作下对象的状态转换过程；

1、初始化

上文加载逻辑的描述中，已经提到在构建数据源的时候，会根据配置实例化连接池，在初始化的时候，基于两个核心切入点来分析源码：1.实例化多少连接对象、2.连接对象转换包装对象；

在连接池的构造中执行了checkFailFast方法，在该方法内执行MinIdle最小空闲数的判断，如果大于0，则创建一个包装对象并放入容器中；

07-2.png

public HikariPool(final HikariConfig config) ;
private void checkFailFast() {
    final PoolEntry poolEntry = createPoolEntry();
    if (config.getMinimumIdle() > 0) {
        connectionBag.add(poolEntry);
    }
}

需要注意两个问题，创建的连接包装对象，初始状态是0即闲置中；另外虽然案例中设置MinIdle=4的值，但是这里的判断大于0，也只在容器中预先放入一个空闲对象；

2、借用对象

从池中获取连接对象时，实际调用的是容器类中的borrow方法：

public Connection HikariPool.getConnection(final long hardTimeout) throws SQLException ;
public T ConcurrentBag.borrow(long timeout, final TimeUnit timeUnit) throws InterruptedException ;

07-3.png

在执行borrow方法时，涉及如下几个核心步骤与逻辑：

public T borrow(long timeout, final TimeUnit timeUnit) throws InterruptedException
{
    // 遍历本地线程缓存
    final List