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本文小編為大家詳細(xì)介紹“C++怎么實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫連接池”，內(nèi)容詳細(xì)，步驟清晰，細(xì)節(jié)處理妥當(dāng)，希望這篇“C++怎么實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫連接池”文章能幫助大家解決疑惑，下面跟著小編的思路慢慢深入，一起來學(xué)習(xí)新知識(shí)吧。
為了提高Mysql數(shù)據(jù)庫的訪問瓶頸，常用的方法有如下兩個(gè)：
增加連接池，來提高M(jìn)Ysql Server的訪問效率，在高并發(fā)的情況下，每一個(gè)用戶大量的TCP三次握手。Mysql Server的連接認(rèn)證，Mysql Server關(guān)閉連接回收資源和TCP四次揮手所耗費(fèi)的性能時(shí)間也是明顯的，增加連接池就是為了減少這一部分的性能損耗。
注：常見的MySQL、Oracle、SQLServer等數(shù)據(jù)庫都是基于C/S架構(gòu)設(shè)計(jì)的。
市面上主流的Mysql數(shù)據(jù)庫連接池，對于短時(shí)間內(nèi)的大量增刪改查操作的性能提升很明顯，但大多數(shù)都是Java實(shí)現(xiàn)的，該項(xiàng)目的開展就是為了提高M(jìn)ysql Server的訪問效率，實(shí)現(xiàn)基于C++代碼的數(shù)據(jù)庫連接池模塊。
針對于系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)就創(chuàng)建一定數(shù)量的連接，用戶一旦執(zhí)行CURD操作，直接拿出一條連接即可，不需要TCP的連接過程和資源回收過程，使用完該連接后歸還給連接池的連接隊(duì)列，供之后使用。
連接池一般包含了數(shù)據(jù)庫連接所用的ip地址、port端口號(hào)、username用戶名、password密碼以及其他一些性能參數(shù)：比如初始連接量、最大連接量、最大空閑時(shí)間、連接超時(shí)時(shí)間等
本項(xiàng)目重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)上述通用功能：
初始連接量表示連接池事先會(huì)和MySQL Server創(chuàng)建的initSize數(shù)量的Connection連接。在完成初始連接量之后，當(dāng)應(yīng)用發(fā)起MySQL訪問時(shí)，不用創(chuàng)建新的MySQLServer連接，而是從連接池中直接獲取一個(gè)連接，當(dāng)使用完成后，再把連接歸還到連接池中。
當(dāng)并發(fā)訪問MySQL Server的請求增加，初始連接量不夠用了，此時(shí)會(huì)增加連接量，但是增加的連接量的上限就是maxSIze。因?yàn)槊恳粋€(gè)連接都會(huì)占用一個(gè)socket資源，一般連接池和服務(wù)器都是部署在一臺(tái)主機(jī)上，如果連接池的連接數(shù)量過多，那么服務(wù)器就不能響應(yīng)太多的客戶端請求了。
當(dāng)高并發(fā)過去，因?yàn)楦卟l(fā)而新創(chuàng)建的連接在很長時(shí)間（maxIdleTime）內(nèi)沒有得到使用，那么這些新創(chuàng)建的連接處于空閑，并且占用著一定的資源，這個(gè)時(shí)候就需要將其釋放掉，最終只用保存iniSize個(gè)連接就行。
當(dāng)MySQL的并發(fā)訪問請求量過大，連接池中的連接數(shù)量已經(jīng)達(dá)到了maxSize，并且此時(shí)連接池中沒有可以使用的連接，那么此時(shí)應(yīng)用阻塞connectionTimeOut的時(shí)間，如果此時(shí)間內(nèi)有使用完的連接歸還到連接池，那么他就可以使用，如果超過這個(gè)時(shí)間還是沒有連接，那么它獲取數(shù)據(jù)庫連接池失敗，無法訪問數(shù)據(jù)庫。
連接池只需要一個(gè)實(shí)例，所以ConnectionPool以單例`模式設(shè)計(jì)；
從ConnectionPool中可以獲取和Mysql的連接Connection；
空閑連接Connection全部維護(hù)在一個(gè)線程安全的Connection隊(duì)列中，使用線程互斥鎖保證隊(duì)列的線程安；
如果Connection隊(duì)列為空，還需要再獲取連接，此時(shí)需要?jiǎng)討B(tài)創(chuàng)建連接，上限數(shù)量是maxSize；
隊(duì)列中空閑連接時(shí)間超過maxIdleTime的就會(huì)被釋放掉，只保留初始的initSize個(gè)連接就可以了，這個(gè)功能點(diǎn)肯定要放在獨(dú)立的線程中去做；
如果Connection隊(duì)列為空，而此時(shí)連接的數(shù)量已達(dá)上限maxSize，那么等待ConnectionTimeout時(shí)間還獲取不到空閑的連接，那么獲取連接失敗，此處從Connection隊(duì)列獲取空閑連接，可以使用帶超時(shí)時(shí)間的mutex互斥鎖來實(shí)現(xiàn)連接超時(shí)時(shí)間；
用戶獲取的連接用shared_ptr智能指針來管理，用lambda表達(dá)式定制連接釋放的功能（不真正釋放連接，而是把連接歸還到連接池中）；
連接的生產(chǎn)和連接的消費(fèi)采用生產(chǎn)者-消費(fèi)者線程模型來設(shè)計(jì)，使用了線程間的同步通信機(jī)制條件變量和互斥鎖。
圖示如下：
目的：在C++下輸入Sql語句對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作的代碼封裝
說明：這里的MYSQL的數(shù)據(jù)庫編程直接采用oracle公司提供的C++客戶端開發(fā)包 ， 讀者可以自己查閱資料或搜索官方文檔自行學(xué)習(xí)相關(guān)API的使用方法。
Connection.h：
class Connection
{
public:
// 初始化數(shù)據(jù)庫連接
Connection();
// 釋放數(shù)據(jù)庫連接資源
~Connection();
// 連接數(shù)據(jù)庫
bool connect(string ip,
unsigned short port,
string user,
string password,
string dbname);
// 更新操作 insert、delete、update
bool update(string sql);
// 查詢操作 select
MYSQL_RES* query(string sql);
// 刷新一下連接的起始的空閑時(shí)間點(diǎn)
void refreshAliveTime() { _alivetime = clock(); }
// 返回存活的時(shí)間
clock_t getAliveeTime()const { return clock() - _alivetime; }
private:
MYSQL* _conn; // 表示和MySQL Server的一條連接
clock_t _alivetime; // 記錄進(jìn)入空閑狀態(tài)后的起始存活時(shí)間
};Connection.cpp：
Connection::Connection()
{
// 初始化數(shù)據(jù)庫連接
_conn = mysql_init(nullptr);
}
Connection::~Connection()
{
// 釋放數(shù)據(jù)庫連接資源
if (_conn != nullptr)
mysql_close(_conn);
}
bool Connection::connect(string ip, unsigned short port,
string username, string password, string dbname)
{
// 連接數(shù)據(jù)庫
MYSQL* p = mysql_real_connect(_conn, ip.c_str(), username.c_str(),
password.c_str(), dbname.c_str(), port, nullptr, 0);
return p != nullptr;
}
bool Connection::update(string sql)
{
// 更新操作 insert、delete、update
if (mysql_query(_conn, sql.c_str()))
{
LOG("更新失敗:" + sql);
return false;
}
return true;
}
MYSQL_RES* Connection::query(string sql)
{
// 查詢操作 select
if (mysql_query(_conn, sql.c_str()))
{
LOG("查詢失敗:" + sql);
return nullptr;
}
return mysql_use_result(_conn);
}這里需要說明的是：在Windows上使用數(shù)據(jù)庫需要進(jìn)行相關(guān)配置
大致配置內(nèi)容如下：
右鍵項(xiàng)目- C/C++ - 常規(guī) -附加包含目錄 - 增加mysql.h的頭文件路徑；
右鍵項(xiàng)目 - 鏈接器 - 常規(guī) - 附加庫目錄 - 填寫libmysql.lib的路徑；
右鍵項(xiàng)目 - 鏈接器 - 輸入 - 附加依賴項(xiàng) - 填寫libmysql.lib的路徑；
把libmysql.dll的動(dòng)態(tài)鏈接庫（Linux下后綴名是.so庫）放在工程目錄下。
連接池僅需要一個(gè)實(shí)例，同時(shí)服務(wù)器肯定是多線程的，必須保證線程安全，所以采用懶漢式線程安全的單例：
CommonConnectionPool.h: 部分代碼
class ConnectionPool
{
public:
// 獲取連接池對象實(shí)例
static ConnectionPool* getConnectionPool();
// 給外部提供接口，從連接池中獲取一個(gè)可用的空閑連接
shared_ptr<Connection> getConnection();
private:
// 單例#1 構(gòu)造函數(shù)私有化
ConnectionPool();
};CommonConnectionPool.cpp: 部分代碼
// 線程安全的懶漢單例函數(shù)接口
ConnectionPool* ConnectionPool::getConnectionPool()
{
static ConnectionPool pool; //靜態(tài)對象初始化由編譯器自動(dòng)進(jìn)行l(wèi)ock和unlock
return &pool;
}連接池的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是queue隊(duì)列，最早生成的連接connection放在隊(duì)頭，此時(shí)記錄一個(gè)起始時(shí)間，這一點(diǎn)在后面最大空閑時(shí)間時(shí)會(huì)發(fā)揮作用：如果隊(duì)頭都沒有超過最大空閑時(shí)間，那么其他的一定沒有
CommonConnectionPool.cpp 的連接池構(gòu)造函數(shù)：
// 連接池的構(gòu)造
ConnectionPool::ConnectionPool()
{
// 加載配置項(xiàng)了
if (!loadConfigFile())
{
return;
}
// 創(chuàng)建初始數(shù)量的連接
for (int i = 0; i < _initSize; ++i)
{
Connection* p = new Connection();//創(chuàng)建一個(gè)新的連接
p->connect(_ip, _port, _username, _password, _dbname);
p->refreshAliveTime(); // 刷新一下開始空閑的起始時(shí)間
_connectionQue.push(p);
_connectionCnt++;
}
}連接數(shù)量沒有到達(dá)上限，繼續(xù)創(chuàng)建新的連接
if (_connectionCnt < _maxSize)
{
Connection* p = new Connection();
p->connect(_ip, _port, _username, _password, _dbname);
p->refreshAliveTime(); // 刷新一下開始空閑的起始時(shí)間
_connectionQue.push(p);
_connectionCnt++;
}掃描整個(gè)隊(duì)列，釋放多余的連接（高并發(fā)過后，新建的連接超過最大超時(shí)時(shí)間時(shí)）
unique_lock<mutex> lock(_queueMutex);
while (_connectionCnt > _initSize)
{
Connection* p = _connectionQue.front();
if (p->getAliveTime() >= (_maxIdleTime * 1000))
{
_connectionQue.pop();
_connectionCnt--;
// 調(diào)用~Connection()釋放連接
delete p;
}
else
{
// 如果隊(duì)頭的連接沒有超過_maxIdleTime，其他連接肯定沒有
break;
}
}為了將多線程編程的相關(guān)操作應(yīng)用到實(shí)際，也為了進(jìn)行壓力測試，用結(jié)果證明使用連接池之后對數(shù)據(jù)庫的訪問效率確實(shí)比不使用連接池的時(shí)候高很多，使用了多線程來進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的訪問操作，并且觀察多線程下連接池對于性能的提升。
代碼如下：
int main()
{
thread t1([]() {
for (int i = 0; i < 250; ++i)
{
Connection conn;
char sql[1024] = { 0 };
sprintf(sql, "insert into user(name,age,sex) values('%s',%d,'%s')",
"zhang san", 20, "M");
conn.connect("127.0.0.1", 3306, "root", "991205", "chat");
conn.update(sql);
}
});
thread t2([]() {
for (int i = 0; i < 250; ++i)
{
Connection conn;
char sql[1024] = { 0 };
sprintf(sql, "insert into user(name,age,sex) values('%s',%d,'%s')",
"zhang san", 20, "M");
conn.connect("127.0.0.1", 3306, "root", "991205", "chat");
conn.update(sql);
}
});
thread t3([]() {
for (int i = 0; i < 250; ++i)
{
Connection conn;
char sql[1024] = { 0 };
sprintf(sql, "insert into user(name,age,sex) values('%s',%d,'%s')",
"zhang san", 20, "M");
conn.connect("127.0.0.1", 3306, "root", "991205", "chat");
conn.update(sql);
}
});
thread t4([]() {
for (int i = 0; i < 250; ++i)
{
Connection conn;
char sql[1024] = { 0 };
sprintf(sql, "insert into user(name,age,sex) values('%s',%d,'%s')",
"zhang san", 20, "male");
conn.connect("127.0.0.1", 3306, "root", "991205", "chat");
conn.update(sql);
}
});
t1.join();
t2.join();
t3.join();
t4.join();
return 0;
}連接池中連接隊(duì)列的連接的生產(chǎn)和消費(fèi)需要保證其線程安全，于是我們需要引入互斥鎖mutex，線程同步通信確保執(zhí)行順序，以及唯一鎖。
代碼如下：
class ConnectionPool
{
private:
// 設(shè)置條件變量，用于連接生產(chǎn)線程和連接消費(fèi)線程的通信
condition_variable cv;
// 維護(hù)連接隊(duì)列的線程安全互斥鎖
mutex _queueMutex;
};
for (;;)
{
unique_lock<mutex> lock(_queueMutex);
while (!_connectionQue.empty())
{
// 隊(duì)列不為空，此處生產(chǎn)線程進(jìn)入等待狀態(tài)
cv.wait(lock);
}
// 連接數(shù)量沒有達(dá)到上限，繼續(xù)創(chuàng)建新的連接
if (_connectionCnt < _maxSize)
{
Connection* p = new Connection();
p->connect(_ip, _port, _username, _password, _dbname);
// 刷新一下開始空閑的起始時(shí)間
p->refreshAliveTime();
_connectionQue.push(p);
_connectionCnt++;
}
// 通知消費(fèi)者線程,可以消費(fèi)連接了
cv.notify_all();
}// 啟動(dòng)一個(gè)新的線程，作為連接的生產(chǎn)者 linux thread => pthread_create thread produce(std::bind(&ConnectionPool::produceConnectionTask, this)); produce.detach(); // 啟動(dòng)一個(gè)新的定時(shí)線程，掃描超過maxIdleTime時(shí)間的空閑連接，進(jìn)行對于的連接回收 thread scanner(std::bind(&ConnectionPool::scannerConnectionTask, this)); scanner.detach();
對于連接池內(nèi)的連接數(shù)量，生產(chǎn)者和消費(fèi)者線程都會(huì)去改變其值，那么這個(gè)變量的修改就必須保證其原子性，于是使用C++11中提供的原子類：atomic_int
atomic_int _connectionCnt; // 記錄連接所創(chuàng)建的connection連接的總數(shù)量 // 生產(chǎn)新連接時(shí)： _connectionCnt++; // 當(dāng)新連接超過最大超時(shí)時(shí)間后被銷毀時(shí) _connectionCnt--;
對于使用完成的連接，不能直接銷毀該連接，而是需要將該連接歸還給連接池的隊(duì)列，供之后的其他消費(fèi)者使用，于是我們使用智能指針，自定義其析構(gòu)函數(shù)，完成放回的操作：
shared_ptr<Connection> sp(_connectionQue.front(),
[&](Connection* pcon) {
// 這里是在服務(wù)器應(yīng)用線程中調(diào)用的，所以一定要考慮隊(duì)列的線程安全操作
unique_lock<mutex> lock(_queueMutex);
pcon->refreshAliveTime();
_connectionQue.push(pcon);
});測試添加連接池后效率是否提升：
未使用連接池
單線程
int main()
{
clock_t begin = clock();
for (int i = 0; i < 1000; ++i)
{
Connection conn;
char sql[1024] = { 0 };
sprintf(sql, "insert into user(name,age,sex) values('%s',%d,'%s')",
"zhang san", 20, "M");
conn.connect("127.0.0.1", 3306, "root", "123456", "chat");
conn.update(sql);
}
clock_t end = clock();
cout << (end - begin) << "ms" << endl;
return 0;
}運(yùn)行時(shí)間如下：
多線程
int main()
{
Connection conn;
conn.connect("127.0.0.1", 3306, "root", "991205", "chat");
clock_t begin = clock();
thread t1([]() {
for (int i = 0; i < 250; ++i)
{
Connection conn;
char sql[1024] = { 0 };
sprintf(sql, "insert into user(name,age,sex) values('%s',%d,'%s')",
"zhang san", 20, "M");
conn.connect("127.0.0.1", 3306, "root", "123456", "chat");
conn.update(sql);
}
});
thread t2([]() {
for (int i = 0; i < 250; ++i)
{
Connection conn;
char sql[1024] = { 0 };
sprintf(sql, "insert into user(name,age,sex) values('%s',%d,'%s')",
"zhang san", 20, "M");
conn.connect("127.0.0.1", 3306, "root", "123456", "chat");
conn.update(sql);
}
});
thread t3([]() {
for (int i = 0; i < 250; ++i)
{
Connection conn;
char sql[1024] = { 0 };
sprintf(sql, "insert into user(name,age,sex) values('%s',%d,'%s')",
"zhang san", 20, "M");
conn.connect("127.0.0.1", 3306, "root", "123456", "chat");
conn.update(sql);
}
});
thread t4([]() {
for (int i = 0; i < 250; ++i)
{
Connection conn;
char sql[1024] = { 0 };
sprintf(sql, "insert into user(name,age,sex) values('%s',%d,'%s')",
"zhang san", 20, "M");
conn.connect("127.0.0.1", 3306, "root", "123456", "chat");
conn.update(sql);
}
});
t1.join();
t2.join();
t3.join();
t4.join();
clock_t end = clock();
cout << (end - begin) << "ms" << endl;
return 0;
}運(yùn)行時(shí)間如下：
使用連接池
單線程
int main()
{
clock_t begin = clock();
ConnectionPool* cp = ConnectionPool::getConnectionPool();
for (int i = 0; i < 1000; ++i)
{
shared_ptr<Connection> sp = cp->getConnection();
char sql[1024] = { 0 };
sprintf(sql, "insert into user(name,age,sex) values('%s',%d,'%s')",
"zhang san", 20, "M");
sp->update(sql);
}
clock_t end = clock();
cout << (end - begin) << "ms" << endl;
return 0;
}運(yùn)行時(shí)間如下
多線程
int main()
{
clock_t begin = clock();
thread t1([]() {
ConnectionPool* cp = ConnectionPool::getConnectionPool();
for (int i = 0; i < 250; ++i)
{
char sql[1024] = { 0 };
sprintf(sql, "insert into user(name,age,sex) values('%s',%d,'%s')",
"zhang san", 20, "M");
shared_ptr<Connection> sp = cp->getConnection();
sp->update(sql);
}
});
thread t2([]() {
ConnectionPool* cp = ConnectionPool::getConnectionPool();
for (int i = 0; i < 250; ++i)
{
char sql[1024] = { 0 };
sprintf(sql, "insert into user(name,age,sex) values('%s',%d,'%s')",
"zhang san", 20, "M");
shared_ptr<Connection> sp = cp->getConnection();
sp->update(sql);
}
});
thread t3([]() {
ConnectionPool* cp = ConnectionPool::getConnectionPool();
for (int i = 0; i < 250; ++i)
{
char sql[1024] = { 0 };
sprintf(sql, "insert into user(name,age,sex) values('%s',%d,'%s')",
"zhang san", 20, "M");
shared_ptr<Connection> sp = cp->getConnection();
sp->update(sql);
}
});
thread t4([]() {
ConnectionPool* cp = ConnectionPool::getConnectionPool();
for (int i = 0; i < 250; ++i)
{
char sql[1024] = { 0 };
sprintf(sql, "insert into user(name,age,sex) values('%s',%d,'%s')",
"zhang san", 20, "M");
shared_ptr<Connection> sp = cp->getConnection();
sp->update(sql);
}
});
t1.join();
t2.join();
t3.join();
t4.join();
clock_t end = clock();
cout << (end - begin) << "ms" << endl;
return 0;
}
比較
在使用了連接池之后，性能確實(shí)提升了不少
數(shù)據(jù)量1000，單線程從1417ms變成697ms
數(shù)據(jù)量1000，多線程從420ms變成了307ms
讀到這里，這篇“C++怎么實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫連接池”文章已經(jīng)介紹完畢，想要掌握這篇文章的知識(shí)點(diǎn)還需要大家自己動(dòng)手實(shí)踐使用過才能領(lǐng)會(huì)，如果想了解更多相關(guān)內(nèi)容的文章，歡迎關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道。
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