因?yàn)門CP的三只握手等等原因，建立一個(gè)連接是一件成本比較高的行為。所以在一個(gè)需要多次與特定實(shí)體交互的程序中，就需要維持一個(gè)連接池，里面有可以復(fù)用的連接可供重復(fù)使用。
而維持一個(gè)連接池，最基本的要求就是要做到：thread safe（線程安全），尤其是在Golang這種特性是goroutine的語(yǔ)言中。
實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的連接池
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type Pool struct { m sync.Mutex // 保證多個(gè)goroutine訪問時(shí)候，closed的線程安全 res chan io.Closer //連接存儲(chǔ)的chan factory func() (io.Closer,error) //新建連接的工廠方法 closed bool //連接池關(guān)閉標(biāo)志} |
這個(gè)簡(jiǎn)單的連接池，我們利用chan來(lái)存儲(chǔ)池里的連接。而新建結(jié)構(gòu)體的方法也比較簡(jiǎn)單：
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func New(fn func() (io.Closer, error), size uint) (*Pool, error) { if size <= 0 { return nil, errors.New("size的值太小了。") } return &Pool{ factory: fn, res: make(chan io.Closer, size), }, nil} |
只需要提供對(duì)應(yīng)的工廠函數(shù)和連接池的大小就可以了。
獲取連接
那么我們要怎么從中獲取資源呢？因?yàn)槲覀儍?nèi)部存儲(chǔ)連接的結(jié)構(gòu)是chan，所以只需要簡(jiǎn)單的select就可以保證線程安全：
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//從資源池里獲取一個(gè)資源func (p *Pool) Acquire() (io.Closer,error) { select { case r,ok := <-p.res: log.Println("Acquire:共享資源") if !ok { return nil,ErrPoolClosed } return r,nil default: log.Println("Acquire:新生成資源") return p.factory() }} |
我們先從連接池的res這個(gè)chan里面獲取，如果沒有的話我們就利用我們?cè)缫呀?jīng)準(zhǔn)備好的工廠函數(shù)進(jìn)行構(gòu)造連接。同時(shí)我們?cè)趶膔es獲取連接的時(shí)候利用ok先確定了這個(gè)連接池是否已經(jīng)關(guān)閉。如果已經(jīng)關(guān)閉的話我們就返回早已經(jīng)準(zhǔn)備好的連接已關(guān)閉錯(cuò)誤。
關(guān)閉連接池
那么既然提到關(guān)閉連接池，我們是怎么樣關(guān)閉連接池的呢？
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//關(guān)閉資源池，釋放資源func (p *Pool) Close() { p.m.Lock() defer p.m.Unlock() if p.closed { return } p.closed = true //關(guān)閉通道，不讓寫入了 close(p.res) //關(guān)閉通道里的資源 for r:=range p.res { r.Close() }} |
這邊我們需要先進(jìn)行p.m.Lock()上鎖操作，這么做是因?yàn)槲覀冃枰獙?duì)結(jié)構(gòu)體里面的closed進(jìn)行讀寫。需要先把這個(gè)標(biāo)志位設(shè)定后，關(guān)閉res這個(gè)chan，使得Acquire方法無(wú)法再獲取新的連接。我們?cè)賹?duì)res這個(gè)chan里面的連接進(jìn)行Close操作。
釋放連接
釋放連接首先得有個(gè)前提，就是連接池還沒有關(guān)閉。如果連接池已經(jīng)關(guān)閉再往res里面送連接的話就好觸發(fā)panic。
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func (p *Pool) Release(r io.Closer){ //保證該操作和Close方法的操作是安全的 p.m.Lock() defer p.m.Unlock() //資源池都關(guān)閉了，就省這一個(gè)沒有釋放的資源了，釋放即可 if p.closed { r.Close() return } select { case p.res <- r: log.Println("資源釋放到池子里了") default: log.Println("資源池滿了，釋放這個(gè)資源吧") r.Close() }} |
以上就是一個(gè)簡(jiǎn)單且線程安全的連接池實(shí)現(xiàn)方式了。我們可以看到的是，現(xiàn)在連接池雖然已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了，但是還有幾個(gè)小缺點(diǎn):
- 我們對(duì)連接最大的數(shù)量沒有限制，如果線程池空的話都我們默認(rèn)就直接新建一個(gè)連接返回了。一旦并發(fā)量高的話將會(huì)不斷新建連接，很容易（尤其是MySQL）造成too many connections的報(bào)錯(cuò)發(fā)生。
- 既然我們需要保證最大可獲取連接數(shù)量，那么我們就不希望數(shù)量定的太死。希望空閑的時(shí)候可以維護(hù)一定的空閑連接數(shù)量idleNum，但是又希望我們能限制最大可獲取連接數(shù)量maxNum。
- 第一種情況是并發(fā)過多的情況，那么如果并發(fā)量過少呢？現(xiàn)在我們?cè)谛陆ㄒ粋€(gè)連接并且歸還后，我們很長(zhǎng)一段時(shí)間不再使用這個(gè)連接。那么這個(gè)連接很有可能在幾個(gè)小時(shí)甚至更長(zhǎng)時(shí)間之前就已經(jīng)建立的了。長(zhǎng)時(shí)間閑置的連接我們并沒有辦法保證它的可用性。便有可能我們下次獲取的連接是已經(jīng)失效的連接。
那么我們可以從已經(jīng)成熟使用的MySQL連接池庫(kù)和Redis連接池庫(kù)中看看，它們是怎么解決這些問題的。
Golang標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的Sql連接池
Golang的連接池實(shí)現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)database/sql/sql.go下。當(dāng)我們運(yùn)行：
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db, err := sql.Open("mysql", "xxxx") |
的時(shí)候，就會(huì)打開一個(gè)連接池。我們可以看看返回的db的結(jié)構(gòu)體：
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type DB struct { waitDuration int64 // Total time waited for new connections. mu sync.Mutex // protects following fields freeConn []*driverConn connRequests map[uint64]chan connRequest nextRequest uint64 // Next key to use in connRequests. numOpen int // number of opened and pending open connections // Used to signal the need for new connections // a goroutine running connectionOpener() reads on this chan and // maybeOpenNewConnections sends on the chan (one send per needed connection) // It is closed during db.Close(). The close tells the connectionOpener // goroutine to exit. openerCh chan struct{} closed bool maxIdle int // zero means defaultMaxIdleConns; negative means 0 maxOpen int // <= 0 means unlimited maxLifetime time.Duration // maximum amount of time a connection may be reused cleanerCh chan struct{} waitCount int64 // Total number of connections waited for. maxIdleClosed int64 // Total number of connections closed due to idle. maxLifetimeClosed int64 // Total number of connections closed due to max free limit.} |
上面省去了一些暫時(shí)不需要關(guān)注的field。我們可以看的，DB這個(gè)連接池內(nèi)部存儲(chǔ)連接的結(jié)構(gòu)freeConn，并不是我們之前使用的chan，而是**[]driverConn**，一個(gè)連接切片。同時(shí)我們還可以看到，里面有maxIdle等相關(guān)變量來(lái)控制空閑連接數(shù)量。值得注意的是，DB的初始化函數(shù)Open函數(shù)并沒有新建數(shù)據(jù)庫(kù)連接。而新建連接在哪個(gè)函數(shù)呢？我們可以在Query方法一路往回找，我們可以看到這個(gè)函數(shù)：func (db *DB) conn(ctx context.Context, strategy connReuseStrategy) (*driverConn, error)。而我們從連接池獲取連接的方法，就從這里開始：
獲取連接
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// conn returns a newly-opened or cached *driverConn.func (db *DB) conn(ctx context.Context, strategy connReuseStrategy) (*driverConn, error) { // 先判斷db是否已經(jīng)關(guān)閉。 db.mu.Lock() if db.closed { db.mu.Unlock() return nil, errDBClosed } // 注意檢測(cè)context是否已經(jīng)被超時(shí)等原因被取消。 select { default: case <-ctx.Done(): db.mu.Unlock() return nil, ctx.Err() } lifetime := db.maxLifetime // 這邊如果在freeConn這個(gè)切片有空閑連接的話，就left pop一個(gè)出列。注意的是，這邊因?yàn)槭乔衅僮鳎孕枰懊嫘枰渔i且獲取后進(jìn)行解鎖操作。同時(shí)判斷返回的連接是否已經(jīng)過期。 numFree := len(db.freeConn) if strategy == cachedOrNewConn && numFree > 0 { conn := db.freeConn[0] copy(db.freeConn, db.freeConn[1:]) db.freeConn = db.freeConn[:numFree-1] conn.inUse = true db.mu.Unlock() if conn.expired(lifetime) { conn.Close() return nil, driver.ErrBadConn } // Lock around reading lastErr to ensure the session resetter finished. conn.Lock() err := conn.lastErr conn.Unlock() if err == driver.ErrBadConn { conn.Close() return nil, driver.ErrBadConn } return conn, nil } // 這邊就是等候獲取連接的重點(diǎn)了。當(dāng)空閑的連接為空的時(shí)候，這邊將會(huì)新建一個(gè)request（的等待連接 的請(qǐng)求）并且開始等待 if db.maxOpen > 0 && db.numOpen >= db.maxOpen { // 下面的動(dòng)作相當(dāng)于往connRequests這個(gè)map插入自己的號(hào)碼牌。 // 插入號(hào)碼牌之后這邊就不需要阻塞等待繼續(xù)往下走邏輯。 req := make(chan connRequest, 1) reqKey := db.nextRequestKeyLocked() db.connRequests[reqKey] = req db.waitCount++ db.mu.Unlock() waitStart := time.Now() // Timeout the connection request with the context. select { case <-ctx.Done(): // context取消操作的時(shí)候，記得從connRequests這個(gè)map取走自己的號(hào)碼牌。 db.mu.Lock() delete(db.connRequests, reqKey) db.mu.Unlock() atomic.AddInt64(&db.waitDuration, int64(time.Since(waitStart))) select { default: case ret, ok := <-req: // 這邊值得注意了，因?yàn)楝F(xiàn)在已經(jīng)被context取消了。但是剛剛放了自己的號(hào)碼牌進(jìn)去排隊(duì)里面。意思是說(shuō)不定已經(jīng)發(fā)了連接了，所以得注意歸還！ if ok && ret.conn != nil { db.putConn(ret.conn, ret.err, false) } } return nil, ctx.Err() case ret, ok := <-req: // 下面是已經(jīng)獲得連接后的操作了。檢測(cè)一下獲得連接的狀況。因?yàn)橛锌赡芤呀?jīng)過期了等等。 atomic.AddInt64(&db.waitDuration, int64(time.Since(waitStart))) if !ok { return nil, errDBClosed } if ret.err == nil && ret.conn.expired(lifetime) { ret.conn.Close() return nil, driver.ErrBadConn } if ret.conn == nil { return nil, ret.err } ret.conn.Lock() err := ret.conn.lastErr ret.conn.Unlock() if err == driver.ErrBadConn { ret.conn.Close() return nil, driver.ErrBadConn } return ret.conn, ret.err } } // 下面就是如果上面說(shuō)的限制情況不存在，可以創(chuàng)建先連接時(shí)候，要做的創(chuàng)建連接操作了。 db.numOpen++ // optimistically db.mu.Unlock() ci, err := db.connector.Connect(ctx) if err != nil { db.mu.Lock() db.numOpen-- // correct for earlier optimism db.maybeOpenNewConnections() db.mu.Unlock() return nil, err } db.mu.Lock() dc := &driverConn{ db: db, createdAt: nowFunc(), ci: ci, inUse: true, } db.addDepLocked(dc, dc) db.mu.Unlock() return dc, nil} |
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，DB結(jié)構(gòu)體除了用的是slice來(lái)存儲(chǔ)連接，還加了一個(gè)類似排隊(duì)機(jī)制的connRequests來(lái)解決獲取等待連接的過程。同時(shí)在判斷連接健康性都有很好的兼顧。那么既然有了排隊(duì)機(jī)制，歸還連接的時(shí)候是怎么做的呢？
釋放連接
我們可以直接找到func (db *DB) putConnDBLocked(dc *driverConn, err error) bool這個(gè)方法。就像注釋說(shuō)的，這個(gè)方法主要的目的是：
Satisfy a connRequest or put the driverConn in the idle pool and return true or return false.
我們主要來(lái)看看里面重點(diǎn)那幾行：
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... // 如果已經(jīng)超過最大打開數(shù)量了，就不需要在回歸pool了 if db.maxOpen > 0 && db.numOpen > db.maxOpen { return false } // 這邊是重點(diǎn)了，基本來(lái)說(shuō)就是從connRequest這個(gè)map里面隨機(jī)抽一個(gè)在排隊(duì)等著的請(qǐng)求。取出來(lái)后發(fā)給他。就不用歸還池子了。 if c := len(db.connRequests); c > 0 { var req chan connRequest var reqKey uint64 for reqKey, req = range db.connRequests { break } delete(db.connRequests, reqKey) // 刪除這個(gè)在排隊(duì)的請(qǐng)求。 if err == nil { dc.inUse = true } // 把連接給這個(gè)正在排隊(duì)的連接。 req <- connRequest{ conn: dc, err: err, } return true } else if err == nil && !db.closed { // 既然沒人排隊(duì)，就看看到了最大連接數(shù)目沒有。沒到就歸還給freeConn。 if db.maxIdleConnsLocked() > len(db.freeConn) { db.freeConn = append(db.freeConn, dc) db.startCleanerLocked() return true } db.maxIdleClosed++ }... |
我們可以看到，當(dāng)歸還連接時(shí)候，如果有在排隊(duì)輪候的請(qǐng)求就不歸還給池子直接發(fā)給在輪候的人了。
現(xiàn)在基本就解決前面說(shuō)的小問題了。不會(huì)出現(xiàn)連接太多導(dǎo)致無(wú)法控制too many connections的情況。也很好了維持了連接池的最小數(shù)量。同時(shí)也做了相關(guān)對(duì)于連接健康性的檢查操作。
值得注意的是，作為標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的代碼，相關(guān)注釋和代碼都非常完美，真的可以看的神清氣爽。
redis Golang實(shí)現(xiàn)的Redis客戶端
這個(gè)Golang實(shí)現(xiàn)的Redis客戶端，是怎么實(shí)現(xiàn)連接池的。這邊的思路非常奇妙，還是能學(xué)習(xí)到不少好思路。當(dāng)然了，由于代碼注釋比較少，啃起來(lái)第一下還是有點(diǎn)迷糊的。相關(guān)代碼地址在https://github.com/go-redis/redis/blob/master/internal/pool/pool.go 可以看到。
而它的連接池結(jié)構(gòu)如下
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type ConnPool struct { ... queue chan struct{} connsMu sync.Mutex conns []*Conn idleConns []*Conn poolSize int idleConnsLen int stats Stats _closed uint32 // atomic closedCh chan struct{}} |
我們可以看到里面存儲(chǔ)連接的結(jié)構(gòu)還是slice。但是我們可以重點(diǎn)看看queue，conns，idleConns這幾個(gè)變量，后面會(huì)提及到。但是值得注意的是！我們可以看到，這里有兩個(gè)**[]Conn**結(jié)構(gòu)：conns、idleConns，那么問題來(lái)了：
到底連接存在哪里？
新建連接池連接
我們先從新建連接池連接開始看：
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func NewConnPool(opt *Options) *ConnPool { .... p.checkMinIdleConns() if opt.IdleTimeout > 0 && opt.IdleCheckFrequency > 0 { go p.reaper(opt.IdleCheckFrequency) } ....} |
初始化連接池的函數(shù)有個(gè)和前面兩個(gè)不同的地方。
- checkMinIdleConns方法，在連接池初始化的時(shí)候就會(huì)往連接池填滿空閑的連接。
- go p.reaper(opt.IdleCheckFrequency)則會(huì)在初始化連接池的時(shí)候就會(huì)起一個(gè)go程，周期性的淘汰連接池里面要被淘汰的連接。
獲取連接
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func (p *ConnPool) Get(ctx context.Context) (*Conn, error) { if p.closed() { return nil, ErrClosed } //這邊和前面sql獲取連接函數(shù)的流程先不同。sql是先看看連接池有沒有空閑連接，有的話先獲取不到再排隊(duì)。這邊是直接先排隊(duì)獲取令牌，排隊(duì)函數(shù)后面會(huì)分析。 err := p.waitTurn(ctx) if err != nil { return nil, err } //前面沒出error的話，就已經(jīng)排隊(duì)輪候到了。接下來(lái)就是獲取的流程。 for { p.connsMu.Lock() //從空閑連接里面先獲取一個(gè)空閑連接。 cn := p.popIdle() p.connsMu.Unlock() if cn == nil { // 沒有空閑連接時(shí)候直接跳出循環(huán)。 break } // 判斷是否已經(jīng)過時(shí)，是的話close掉了然后繼續(xù)取出。 if p.isStaleConn(cn) { _ = p.CloseConn(cn) continue } atomic.AddUint32(&p.stats.Hits, 1) return cn, nil } atomic.AddUint32(&p.stats.Misses, 1) // 如果沒有空閑連接的話，這邊就直接新建連接了。 newcn, err := p.newConn(ctx, true) if err != nil { // 歸還令牌。 p.freeTurn() return nil, err } return newcn, nil} |
我們可以試著回答開頭那個(gè)問題：連接到底存在哪里？答案是從cn := p.popIdle()這句話可以看出，獲取連接這個(gè)動(dòng)作，是從idleConns里面獲取的，而里面的函數(shù)也證明了這一點(diǎn)。但是，真的是這樣的嘛？我們后面再看看。
同時(shí)我的理解是：
- sql的排隊(duì)意味著我對(duì)連接池申請(qǐng)連接后，把自己的編號(hào)告訴連接池。連接那邊一看到有空閑了，就叫我的號(hào)。我答應(yīng)了一聲，然后連接池就直接給個(gè)連接給我。我如果不歸還，連接池就一直不叫下一個(gè)號(hào)。
- redis這邊的意思是，我去和連接池申請(qǐng)的不是連接而是令牌。我就一直排隊(duì)等著，連接池給我令牌了，我才去倉(cāng)庫(kù)里面找空閑連接或者自己新建一個(gè)連接。用完了連接除了歸還連接外，還得歸還令牌。當(dāng)然了，如果我自己新建連接出錯(cuò)了，我哪怕拿不到連接回家，我也得把令牌給回連接池，不然連接池的令牌數(shù)少了，最大連接數(shù)也會(huì)變小。
而：
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func (p *ConnPool) freeTurn() { <-p.queue}func (p *ConnPool) waitTurn(ctx context.Context) error {... case p.queue <- struct{}{}: return nil...} |
就是在靠queue這個(gè)chan來(lái)維持令牌數(shù)量。
那么conns的作用是什么呢？我們可以來(lái)看看新建連接這個(gè)函數(shù)：
新建連接
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func (p *ConnPool) newConn(ctx context.Context, pooled bool) (*Conn, error) { cn, err := p.dialConn(ctx, pooled) if err != nil { return nil, err } p.connsMu.Lock() p.conns = append(p.conns, cn) if pooled { // 如果連接池滿了，會(huì)在后面移除。 if p.poolSize >= p.opt.PoolSize { cn.pooled = false } else { p.poolSize++ } } p.connsMu.Unlock() return cn, nil} |
基本邏輯出來(lái)了。就是如果新建連接的話，我并不會(huì)直接放在idleConns里面，而是先放conns里面。同時(shí)先看池子滿了沒有。滿的話后面歸還的時(shí)候會(huì)標(biāo)記，后面會(huì)刪除。那么這個(gè)后面會(huì)刪除，指的是什么時(shí)候呢？那就是下面說(shuō)的歸還連接的時(shí)候了。
歸還連接
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func (p *ConnPool) Put(cn *Conn) { if cn.rd.Buffered() > 0 { internal.Logger.Printf("Conn has unread data") p.Remove(cn, BadConnError{}) return } //這就是我們剛剛說(shuō)的后面了，前面標(biāo)記過不要入池的，這邊就刪除了。當(dāng)然了，里面也會(huì)進(jìn)行freeTurn操作。 if !cn.pooled { // 這個(gè)方法就是前面的標(biāo)志位，判斷里面可以知道，前面標(biāo)志不要池化的，這里會(huì)將它刪除。 p.Remove(cn, nil) return } p.connsMu.Lock() p.idleConns = append(p.idleConns, cn) p.idleConnsLen++ p.connsMu.Unlock() //我們可以看到很明顯的這個(gè)歸還號(hào)碼牌的動(dòng)作。 p.freeTurn()} |
答案就是，所有的連接其實(shí)是存放在conns這個(gè)切片里面。如果這個(gè)連接是空閑等待的狀態(tài)的話，那就在idleConns里面加一個(gè)自己的指針！
其實(shí)歸還的過程，就是檢查一下我打算還的這個(gè)連接，是不是超售的產(chǎn)物，如果是就沒必要池化了，直接刪除就可以了。不是的話，就是把連接自身（一個(gè)指針）在idleConns也append一下。
等等，上面的邏輯似乎有點(diǎn)不對(duì)？我們來(lái)理一下獲取連接流程：
- 先waitTurn，拿到令牌。而令牌數(shù)量是根據(jù)pool里面的queue決定的。
- 拿到令牌了，去庫(kù)房idleConns里面拿空閑的連接。沒有的話就自己newConn一個(gè)，并且把他記錄到conns里面。
- 用完了，就調(diào)用put歸還：也就是從conns添加這個(gè)連接的指針到idleConns。歸還的時(shí)候就檢查在newConn時(shí)候是不是已經(jīng)做了超賣標(biāo)記了。是的話就不轉(zhuǎn)移到idleConns。
我當(dāng)時(shí)疑惑了好久，既然始終都需要獲得令牌才能得到連接，令牌數(shù)量是定的。為什么還會(huì)超賣呢？翻了一下源碼，我的答案是：
雖然Get方法獲取連接是newConn這個(gè)私用方法，受到令牌管制導(dǎo)致不會(huì)出現(xiàn)超賣。但是這個(gè)方法接受傳參：pooled bool。所以我猜是擔(dān)心其他人調(diào)用這個(gè)方法時(shí)候，不管三七二十一就傳了true，導(dǎo)致poolSize越來(lái)越大。
總的來(lái)說(shuō)，redis這個(gè)連接池的連接數(shù)控制，還是在queue這個(gè)我稱為令牌的chan進(jìn)行操作。
總結(jié)
上面可以看到，連接池的最基本的保證，就是獲取連接時(shí)候的線程安全。但是在實(shí)現(xiàn)諸多額外特性時(shí)候卻又從不同角度來(lái)實(shí)現(xiàn)。還是非常有意思的。但是不管存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)是用chan還是還是slice，都可以很好的實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。如果像sql或者redis那樣用slice來(lái)存儲(chǔ)連接，就得維護(hù)一個(gè)結(jié)構(gòu)來(lái)表示排隊(duì)等候的效果。
到此這篇關(guān)于Golang連接池的幾種實(shí)現(xiàn)案例小結(jié)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Golang 連接池內(nèi)容請(qǐng)搜索服務(wù)器之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持服務(wù)器之家！
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