數(shù)據(jù)庫(kù)是所有應(yīng)用中最不可或缺的一個(gè)組件，所有有狀態(tài)的數(shù)據(jù)都需要依托數(shù)據(jù)庫(kù)提供的格式，規(guī)范進(jìn)行存儲(chǔ)、讀取、改寫(xiě)等。那么既然是一個(gè)炙手可熱的角色，如何讓系統(tǒng)能夠快速有效的和數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行溝通，就是一個(gè)比較有意思的話(huà)題了。如果把這個(gè)內(nèi)容全部展開(kāi)，可能會(huì)涉及到數(shù)據(jù)庫(kù)的冗余性，擴(kuò)展性設(shè)計(jì)等一系列的問(wèn)題，這次我們就先把目標(biāo)鎖定在如何快速管理連接這個(gè)點(diǎn)上。
如果把各個(gè)應(yīng)用比作是需要看病就醫(yī)的病患，那么醫(yī)院可以說(shuō)是一個(gè)大的數(shù)據(jù)庫(kù)。那如何看病就醫(yī)，井然有序，就需要一個(gè)規(guī)章法度，比如病人是否有此地就醫(yī)的資格，是否已經(jīng)掛號(hào)，有否既往病史，還需要什么化驗(yàn)等。那么同樣，應(yīng)用如果要得到數(shù)據(jù)庫(kù)的增刪改查的權(quán)限也一定要有一個(gè)流程。簡(jiǎn)要來(lái)說(shuō)，流程就是通過(guò)一些網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，握手連接到數(shù)據(jù)庫(kù)，提供一個(gè)有效的連接字符串，隨后數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)對(duì)比此應(yīng)用是否有資格來(lái)訪問(wèn)這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，最后就能愉快的增刪改查了。
接下來(lái)我們將以Azure上面的MySQL PaaS為例，給大家講解一些簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)庫(kù)連接的使用場(chǎng)景，以及最佳實(shí)踐。
01、第一種場(chǎng)景：
單個(gè)進(jìn)程連接，非頻繁訪問(wèn)
我們假設(shè)一個(gè)病人只是有點(diǎn)小的頭疼腦熱，那么第一次就診結(jié)束，配了點(diǎn)藥，然后可能需要第二天去復(fù)診。這個(gè)時(shí)候也許他還得要走一次掛號(hào)，查醫(yī)保信息，配藥看醫(yī)生等一系列流程。所以并不能直接敲開(kāi)醫(yī)生診室的門(mén)，說(shuō)我想直接看病配藥。那么同樣的道理，我們到數(shù)據(jù)庫(kù)的連接中，會(huì)有一個(gè)超時(shí)（timeout）的概念，也就是說(shuō)我第一次增刪改查完，也許我等待了60秒，再一次查詢(xún)，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)說(shuō)對(duì)不起，請(qǐng)重新連接“掛號(hào)”因?yàn)闀r(shí)間太長(zhǎng)了，我不認(rèn)識(shí)你了，或者說(shuō)你的狀態(tài)我不知道了，請(qǐng)重新握手協(xié)議，連接字符串，身份驗(yàn)證走一遍。那么我們看圖示，里面哪些是我們需要一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)連接要提供的信息呢。
1.數(shù)據(jù)庫(kù)的連接字符串，這個(gè)可以在Azure上得到你的程序需要的連接字符串。需要注意的是Azure上的數(shù)據(jù)庫(kù)用戶(hù)名比較特殊，在@后面會(huì)帶上服務(wù)器名，這個(gè)和本地自建的不太一樣。
2.隨后我們用Python的程序新建一個(gè)表格，并且插入一些數(shù)據(jù)，模擬一個(gè)單進(jìn)程的非頻繁訪問(wèn)。
3.那么現(xiàn)在我們加入一個(gè)延時(shí)60秒，看看會(huì)發(fā)生什么？
4.為什么之前連接執(zhí)行語(yǔ)句都好好的，怎們就加了60秒的等待就歇菜了呢？別著急，我們?cè)贏zure MySQL的參數(shù)調(diào)整里看一下wait_timeout的值，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，咦，怎么有一個(gè)值是30秒呢？原來(lái)超過(guò)了30秒這個(gè)時(shí)間，原來(lái)的連接就超時(shí)了，我們程序里寫(xiě)得是休眠60秒。就需要重新連接，重新掛號(hào)了。
那么你會(huì)發(fā)現(xiàn)一旦程序有了空閑時(shí)間段，數(shù)據(jù)庫(kù)就會(huì)不繼續(xù)等待了，直接用timeout這個(gè)參數(shù)把你的連接給掐斷了，需要你從頭再來(lái)。這個(gè)很好理解，比如你在昨天看了醫(yī)生，醫(yī)生也不可能一直記得你，也不可能一直等你，只有到了你再去的時(shí)候，重新掛號(hào)然后再和白衣天使一起討論病情。那么你有可能會(huì)問(wèn)，那么如果是比較復(fù)雜的病情，一會(huì)要拍個(gè)片，一會(huì)要驗(yàn)血，其中都需要等待時(shí)間，那么拿了報(bào)告，醫(yī)生又讓我掛號(hào)，驗(yàn)證身份，豈不是很煩？那有沒(méi)有一個(gè)比較人性化的制度可以讓這些頻繁的檢查能夠管理起來(lái)，那么我們就來(lái)看第二個(gè)場(chǎng)景。
02、第二個(gè)場(chǎng)景：
單個(gè)進(jìn)程，需要頻繁交互的數(shù)據(jù)庫(kù)
之前我們討論那種需要等化驗(yàn)結(jié)果，多次詢(xún)問(wèn)醫(yī)生的場(chǎng)景。那么映射到數(shù)據(jù)庫(kù)，就是說(shuō)單個(gè)進(jìn)程，需要頻繁的訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)。這個(gè)其實(shí)有兩個(gè)思路可以解決，第一種是把timeout的參數(shù)調(diào)的大一點(diǎn)其實(shí)就好了。這個(gè)沒(méi)錯(cuò)，但是也存在一定安全和資源浪費(fèi)，比如這個(gè)長(zhǎng)連接會(huì)不會(huì)被非法占用，寶貴的數(shù)據(jù)庫(kù)連接數(shù)是不是會(huì)被長(zhǎng)時(shí)間占用，這些都是問(wèn)題。那么第二個(gè)思路是，由一個(gè)中間人來(lái)協(xié)調(diào)所有的連接，同時(shí)讓這些連接不會(huì)超時(shí)，同時(shí)也可以免去某一個(gè)進(jìn)程需要頻繁交互，頻繁驗(yàn)證握手等，給程序帶了很多等待時(shí)間。那么這種中間人的技術(shù)就叫做連接池，它的作用就相當(dāng)于一共有10個(gè)醫(yī)生坐班，連接池就是一個(gè)醫(yī)導(dǎo)（可以是人，也可以是醫(yī)院的信息化系統(tǒng)），事先都和這些醫(yī)生很熟，建立了信任的連接，那么病患只要和這個(gè)醫(yī)導(dǎo)建立連接，掛號(hào)驗(yàn)證身份，就能做完各種化驗(yàn)，繼續(xù)找醫(yī)生看病，省卻了很多流程上的時(shí)間。那么再數(shù)據(jù)庫(kù)的技術(shù)上有很多這些連接池的技術(shù)，比如DBUtils，PySQLpool等再python上使用比較頻繁的模塊。這次我們就以DBUtils來(lái)給大家講解一下。
1.先看一下大概的概念，對(duì)比一下醫(yī)導(dǎo)和連接池的類(lèi)似概念。如圖上顯示的連接池在第一次驗(yàn)證之后，把所有的連接都放在它的大池子里，應(yīng)用端不用每次都走一遍繁瑣的流程，如果要在一個(gè)交易或者業(yè)務(wù)邏輯里頻繁增刪改查幾十次，那么完全可以省下來(lái)之前這么多步驟，應(yīng)用速度大大提升。
2.那么接下來(lái)， 用DBUtils來(lái)建立一個(gè)9個(gè)連接的連接池，數(shù)據(jù)庫(kù)timeout參數(shù)還是30s不變，然后我們同樣休眠60s，發(fā)現(xiàn)繼續(xù)使用conn1還是可以連接，說(shuō)明數(shù)據(jù)庫(kù)連接池并沒(méi)有釋放掉原來(lái)的連接，而是緩存在了連接池之中。連接池一直保持這和數(shù)據(jù)庫(kù)的硬連接，這個(gè)“硬”連接是真正走過(guò)所有的握手協(xié)議身份驗(yàn)證的，而應(yīng)用和連接池的連接則是軟連接是放在一個(gè)緩存池中里的。當(dāng)然你還能定義有多少硬連接是在連接池建立完之后一直保留著的，這樣會(huì)對(duì)突發(fā)的軟連接有一定的幫助。
3.一旦設(shè)置了連接池，就比較完美解決了單進(jìn)程的頻繁訪問(wèn)問(wèn)題了。那么你可能會(huì)問(wèn)，如果是多進(jìn)程怎么處理呢？連接池可以完美解決這個(gè)問(wèn)題嗎？接下來(lái)我們來(lái)看看下一個(gè)場(chǎng)景。
03、第三種場(chǎng)景：
多進(jìn)程訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)
一般在顯示問(wèn)題里，資源都是比較緊俏的。資源不緊俏說(shuō)的好聽(tīng)是冗余度高，防范黑天鵝，說(shuō)的不好聽(tīng)就是浪費(fèi)，但是這個(gè)平衡點(diǎn)確實(shí)很難掌握。那么我們現(xiàn)在討論的場(chǎng)景就是資源相當(dāng)緊俏的數(shù)據(jù)庫(kù)連接，要被很多進(jìn)程頻繁同時(shí)訪問(wèn)。比如現(xiàn)在是流行病高發(fā)時(shí)期，醫(yī)院看呼吸道疾病的醫(yī)生可能只有10個(gè)人，但是同時(shí)要看病的患者可能成百上千，那么怎么樣才能讓這些心急火燎的病患能夠看病治療呢？那么醫(yī)導(dǎo)這個(gè)系統(tǒng)可以記住所有來(lái)訪的病人，知道哪些可以先去做血液檢查，哪些在這個(gè)空隙，可以找醫(yī)生看片子，那么10個(gè)醫(yī)生的效率得到了最有話(huà)。只需要醫(yī)導(dǎo)系統(tǒng)與這10個(gè)醫(yī)生連接，所有的病人信息都緩存在醫(yī)導(dǎo)這里；而不需要病人直接和醫(yī)生建立連接，那么效率就是等10個(gè)病人全部檢查完畢，才能看接下來(lái)的病人，效率會(huì)十分的緩慢。
1.現(xiàn)在我們先看一下， 如果不做任何共享連接的方式。也就是說(shuō)到了連接上限就掐斷，所有應(yīng)用被勸離。
2.先看一下目前Azure MySQL的設(shè)置的連接數(shù)上限是10（當(dāng)然這個(gè)不是最大值，最大連接數(shù)隨著你選擇的實(shí)例大小而變化）
3.初始化連接池的時(shí)候，不選共享連接， 參數(shù)上Blocking放成False。啟動(dòng)20個(gè)并發(fā)的線程
4.沒(méi)有共享等待連接機(jī)制的情況下，超出連接數(shù)的線程就報(bào)錯(cuò)了。
5.那么現(xiàn)在我們把等待緩存機(jī)制換上，那么并發(fā)來(lái)的線程就能夠等待之前的線程釋放資源后，繼續(xù)使用有限的連接數(shù)。這樣就達(dá)到了一個(gè)緩存池的作用。同樣的道理，如果我們醫(yī)生醫(yī)院不夠大的時(shí)候，就可以建立很多簡(jiǎn)易或者野外的醫(yī)院，隔離病房等，讓看病的病患先得到妥善安置，然后在按需就醫(yī)。
6.現(xiàn)在我們把緩存機(jī)制打開(kāi)，把Blocking參數(shù)置成True。發(fā)現(xiàn)即使有20個(gè)進(jìn)程同時(shí)并發(fā)，也會(huì)通過(guò)連接池緩存技術(shù)，妥善把所有進(jìn)程完成，達(dá)到共享10個(gè)連接數(shù)的可能性。
場(chǎng)景總結(jié)
最后我們來(lái)總結(jié)一下前面三個(gè)場(chǎng)景。第一個(gè)場(chǎng)景是單進(jìn)程非頻繁訪問(wèn)，所以每一次訪問(wèn)都需要做一次數(shù)據(jù)庫(kù)連接，會(huì)消耗一定資源和數(shù)據(jù)庫(kù)連接數(shù)量。那么第二個(gè)場(chǎng)景是單進(jìn)程，但是頻繁訪問(wèn)，引入了數(shù)據(jù)庫(kù)連接池的概念，可以事先維護(hù)好一定數(shù)量的連接池，不用每次訪問(wèn)都去建立一次連接，那么頻繁訪問(wèn)的速度得到了保證。第三種場(chǎng)景的問(wèn)題是如果是多進(jìn)程的訪問(wèn)情況，連接數(shù)量會(huì)不夠，這個(gè)時(shí)候引入了連接池緩存等待機(jī)制，就很好的解決了高并發(fā)多進(jìn)程的問(wèn)題。所以在什么場(chǎng)景下選擇什么樣的技術(shù)方案是至關(guān)重要的。
要解決數(shù)據(jù)庫(kù)連接或者看病難這種緊缺資源的問(wèn)題，需要用到一些中間調(diào)劑人或者系統(tǒng)，那么這個(gè)系統(tǒng)是用公平的輪詢(xún)機(jī)制，隨機(jī)數(shù)機(jī)制，還是帶有權(quán)重的機(jī)制，就涉及到資源分配的大問(wèn)題了。設(shè)計(jì)系統(tǒng)的時(shí)候一定要把這些因素考慮進(jìn)去，那么愿天下系統(tǒng)安穩(wěn)，一切苦厄消散。
最后，提供本文技術(shù)參考指南及MySQL 連接池代碼供各位查閱：
DBUtils 用戶(hù)指南：
https://cito.github.io/DBUtils/UsersGuide.html#id2
代碼傳送門(mén)：
https://github.com/jurejoy/MySQLconnectionpool
