数据库连接池概述 {#数据库连接池概述}
我们在进行数据库操作的时候为了提高数据库(关系型数据库)的访问瓶颈,除了在服务器端增加缓存服务器(例如redis)缓存常用的数据之外,还可以增加连接池,来提高数据库服务器的访问效率。
一般来说,对于数据库操作都是在访问数据库的时候创建连接,访问完毕断开连接。
但是如果在高并发情况下,有些需要频繁处理的操作就会消耗很多的资源和时间,比如:
- 建立通信连接的TCP三次握手
- 数据库服务器的连接认证
- 数据库服务器关闭连接时的资源回收
- 断开通信连接的TCP四次挥手
如果使用数据库连接池会减少这一部分的性能损耗。
接下来会基于MySql
数据库(使用MySQL的API连接MySQL数据库)为大家讲解一下,如何使用C++11的相关新特性来实现一个数据库连接池。
涉及的技术点 {#涉及的技术点}
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C++11 新特性
- 多线程编程
- 线程同步(互斥锁的使用)
- 处理时间和日期的 chrono 库
- 条件变量
- 智能指针
- lambda 表达式
- 使用 =delete 删除函数
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其它知识点
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MySQL 数据库编程,主要是官方 API 的封装和使用
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单例模式
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STL容器
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生产者和消费者模型
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Jsoncpp库的使用(解析配置文件中的数据库相关信息)
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连接池的设计 {#连接池的设计}
要设计一个数据库连接池,我们需要实现以下几个功能点:
- 连接池只需要一个实例,所以连接池类应该是一个单例模式的类
- 所有的数据库连接应该维护到一个安全的队列中
- 使用队列的目的是方便连接的添加和删除
- 所谓的安全指的是线程安全,也就是说需要使用互斥锁来保护队列数据的读写。
- 在需要的时候可以从连接池中得到一个或多个可用的数据库连接
- 如果有可用连接,直接取出
- 如果没有可用连接,阻塞等待一定时长然后再重试
- 如果队列中没有多余的可用连接,需要动态的创建新连接
- 如果队列中空闲的连接太多,需要动态的销毁一部分
- 数据库操作完毕,需要将连接归还到连接池中
细节分析 {#细节分析}
- 数据库连接的存储 :可用使用STL中的队列
queue
- 连接池连接的动态创建:这部分工作需要交给一个单独的线程来处理
- 连接池连接的动态销毁:这部分工作需要交给一个单独的线程来处理
- 数据库连接的添加和归还 :这是一个典型的生产者和消费者模型
- 消费者:需要访问数据库的线程,数据库连接被取出(消费)
- 生产者:专门负责创建数据库连接的线程
- 处理生产者和消费者模型需要使用条件变量阻塞线程
- 连接池的默认连接数量 :连接池中提供的可用连接的最小数量
- 如果不够就动态创建
- 如果太多就动态销毁
- 连接池的最大连接数量:能够创建的最大有效数据库连接上限
- 最大空闲时间:创建出的数据库连接在指定时间长度内一直未被使用,此时就需要销毁该连接。
- 连接超时:消费者线程无法获取到可用连接是,阻塞等待的时间长度
综上所述,数据库连接池对应的单例模式的类的设计如下:
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| using namespace std; /* * 数据库连接池: 单例模式 * MySqlConn 是一个连接MySQL数据库的类 */ class ConnectionPool { public: // 得到单例对象 static ConnectionPool* getConnectPool(); // 从连接池中取出一个连接 shared_ptr<MySqlConn> getConnection(); // 删除拷贝构造和拷贝赋值运算符重载函数 ConnectionPool(const ConnectionPool& obj) = delete; ConnectionPool& operator=(const ConnectionPool& obj) = delete; private: // 构造函数私有化 ConnectionPool(); bool parseJsonFile(); void produceConnection(); void recycleConnection(); void addConnection(); string m_ip; // 数据库服务器ip地址 string m_user; // 数据库服务器用户名 string m_dbName; // 数据库服务器的数据库名 string m_passwd; // 数据库服务器密码 unsigned short m_port; // 数据库服务器绑定的端口 int m_minSize; // 连接池维护的最小连接数 int m_maxSize; // 连接池维护的最大连接数 int m_maxIdleTime; // 连接池中连接的最大空闲时长 int m_timeout; // 连接池获取连接的超时时长 queue<MySqlConn*> m_connectionQ; mutex m_mutexQ; condition_variable m_cond; };
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MySQL环境和代码下载 {#MySQL环境和代码下载}
Windows下载和安装MySql {#Windows下载和安装MySql}
如果是8.0版本的MySQL在连接数据的时候需要加密,因此需要额外提供对应的动态库,下载方式如下: 下载8.0版本的MySQL链接库
VS配置MySQL环境 {#VS配置MySQL环境}
打开项目的属性窗口,在属性页配置MySQL头文件目录
和MySQL的库目录
这是我本地安装MySQL之后的目录结构:
在VS项目的属性页窗口指定要加载的动态库对应的导入库(xxx.lib)
我们在调用MySQL API的使用需要加载的动态库为libmysql.dll
,它对应的导入库为libmysql.lib
,在该窗口的附加依赖项位置指定的就是这个导入库的名字。
编译编写好的项目之后,在对应的项目目录中会生成一个可执行程序,打开这个目录,将上面步骤中下载的用于MySQL数据库加密的动态库
拷贝到该目录中,这样程序就可以正常执行了,否则会提示无法加载某个动态库。
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