引言
近年來(lái)，隨著(zhù)Internet/Intranet建網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展和在世界范圍內的迅速普及，計算機
應用程序已從傳統的桌面應用轉到Web應用?；贐/S（Browser/Server）架構的3層開(kāi)發(fā)模式逐漸取代C/S（Client/Server）架構的開(kāi)發(fā)模式，成為開(kāi)發(fā)企業(yè)級應用和電子商務(wù)普遍采用的技術(shù)。在Web應用開(kāi)發(fā)的早期，主要使用的技術(shù)是CGI﹑ASP﹑PHP等。之后，Sun公司推出了基于Java語(yǔ)言的Servlet+Jsp+JavaBean技術(shù)。相比傳統的開(kāi)發(fā)技術(shù)，它具有跨平臺﹑安全﹑有效﹑可移植等特性，這使其更便于使用和開(kāi)發(fā)。
Java應用程序訪(fǎng)問(wèn)數據庫的基本原理
在Java語(yǔ)言中，JDBC（Java DataBase Connection）是應用程序與數據庫溝通的橋梁,
即Java語(yǔ)言通過(guò)JDBC技術(shù)訪(fǎng)問(wèn)數據庫。JDBC是一種“開(kāi)放”的方案，它為數據庫應用開(kāi)發(fā)人員﹑數據庫前臺工具開(kāi)發(fā)人員提供了一種標準的應用程序設計接口，使開(kāi)發(fā)人員可以用純Java語(yǔ)言編寫(xiě)完整的數據庫應用程序。JDBC提供兩種API，分別是面向開(kāi)發(fā)人員的API和面向底層的JDBC驅動(dòng)程序API，底層主要通過(guò)直接的JDBC驅動(dòng)和JDBC-ODBC橋驅動(dòng)實(shí)現與數據庫的連接。
一般來(lái)說(shuō)，Java應用程序訪(fǎng)問(wèn)數據庫的過(guò)程（如圖1所示）是：
?、傺b載數據庫驅動(dòng)程序；
?、谕ㄟ^(guò)JDBC建立數據庫連接；
?、墼L(fǎng)問(wèn)數據庫，執行SQL語(yǔ)句；
?、軘嚅_(kāi)數據庫連接。
圖1 Java數據庫訪(fǎng)問(wèn)機制
JDBC作為一種數據庫訪(fǎng)問(wèn)技術(shù)，具有簡(jiǎn)單易用的優(yōu)點(diǎn)。但使用這種模式進(jìn)行Web應用
程序開(kāi)發(fā)，存在很多問(wèn)題：首先，每一次Web請求都要建立一次數據庫連接。建立連接是一個(gè)費時(shí)的活動(dòng)，每次都得花費0.05s～1s的時(shí)間，而且系統還要分配內存資源。這個(gè)時(shí)間對于一次或幾次數據庫操作，或許感覺(jué)不出系統有多大的開(kāi)銷(xiāo)?？墒菍τ诂F在的Web應用，尤其是大型電子商務(wù)網(wǎng)站，同時(shí)有幾百人甚至幾千人在線(xiàn)是很正常的事。在這種情況下，頻繁的進(jìn)行數據庫連接操作勢必占用很多的系統資源，網(wǎng)站的響應速度必定下降，嚴重的甚至會(huì )造成服務(wù)器的崩潰。不是危言聳聽(tīng)，這就是制約某些電子商務(wù)網(wǎng)站發(fā)展的技術(shù)瓶頸問(wèn)題。其次，對于每一次數據庫連接，使用完后都得斷開(kāi)。否則，如果程序出現異常而未能關(guān)閉，將會(huì )導致數據庫系統中的內存泄漏，最終將不得不重啟數據庫。還有，這種開(kāi)發(fā)不能控制被創(chuàng )建的連接對象數，系統資源會(huì )被毫無(wú)顧及的分配出去，如連接過(guò)多，也可能導致內存泄漏，服務(wù)器崩潰。
數據庫連接池（connection pool）的工作原理
1、基本概念及原理
由上面的分析可以看出，問(wèn)題的根源就在于對數據庫連接資源的低效管理。我們知道，
對于共享資源，有一個(gè)很著(zhù)名的設計模式：資源池（Resource Pool）。該模式正是為了解決資源的頻繁分配﹑釋放所造成的問(wèn)題。為解決上述問(wèn)題，可以采用數據庫連接池技術(shù)。數據庫連接池的基本思想就是為數據庫連接建立一個(gè)“緩沖池”。預先在緩沖池中放入一定數量的連接，當需要建立數據庫連接時(shí)，只需從“緩沖池”中取出一個(gè)，使用完畢之后再放回去。我們可以通過(guò)設定連接池最大連接數來(lái)防止系統無(wú)盡的與數據庫連接。更為重要的是我們可以通過(guò)連接池的管理機制監視數據庫的連接的數量﹑使用情況，為系統開(kāi)發(fā)﹑測試及性能調整提供依據。連接池的基本工作原理見(jiàn)下圖2。
圖2 連接池的基本工作原理
2、服務(wù)器自帶的連接池
JDBC的API中沒(méi)有提供連接池的方法。一些大型的WEB應用服務(wù)器如BEA的WebLogic和IBM的WebSphere等提供了連接池的機制，但是必須有其第三方的專(zhuān)用類(lèi)方法支持連接池的用法。
連接池關(guān)鍵問(wèn)題分析
1、并發(fā)問(wèn)題
為了使連接管理服務(wù)具有最大的通用性，必須考慮多線(xiàn)程環(huán)境，即并發(fā)問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題相對比較好解決，因為Java語(yǔ)言自身提供了對并發(fā)管理的支持，使用synchronized關(guān)鍵字即可確保線(xiàn)程是同步的。使用方法為直接在類(lèi)方法前面加上synchronized關(guān)鍵字，如：
public synchronized Connection getConnection（）
2、多數據庫服務(wù)器和多用戶(hù)
對于大型的企業(yè)級應用，常常需要同時(shí)連接不同的數據庫（如連接Oracle和Sybase）。如何連接不同的數據庫呢？我們采用的策略是：設計一個(gè)符合單例模式的連接池管理類(lèi)，在連接池管理類(lèi)的唯一實(shí)例被創(chuàng )建時(shí)讀取一個(gè)資源文件，其中資源文件中存放著(zhù)多個(gè)數據庫的url地址（<poolName.url>）﹑用戶(hù)名（<poolName.user>）﹑密碼（<poolName.password>）等信息。如tx.url=172.21.15.123：5000/tx_it，tx.user=yang，tx.password=yang321。根據資源文件提供的信息，創(chuàng )建多個(gè)連接池類(lèi)的實(shí)例，每一個(gè)實(shí)例都是一個(gè)特定數據庫的連接池。連接池管理類(lèi)實(shí)例為每個(gè)連接池實(shí)例取一個(gè)名字，通過(guò)不同的名字來(lái)管理不同的連接池。
對于同一個(gè)數據庫有多個(gè)用戶(hù)使用不同的名稱(chēng)和密碼訪(fǎng)問(wèn)的情況，也可以通過(guò)資源文件處理，即在資源文件中設置多個(gè)具有相同url地址，但具有不同用戶(hù)名和密碼的數據庫連接信息。
3、事務(wù)處理
我們知道，事務(wù)具有原子性，此時(shí)要求對數據庫的操作符合“ALL-ALL-NOTHING”原則,即對于一組SQL語(yǔ)句要么全做，要么全不做。
在Java語(yǔ)言中，Connection類(lèi)本身提供了對事務(wù)的支持，可以通過(guò)設置Connection的AutoCommit屬性為false,然后顯式的調用commit或rollback方法來(lái)實(shí)現。但要高效的進(jìn)行Connection復用，就必須提供相應的事務(wù)支持機制?？刹捎妹恳粋€(gè)事務(wù)獨占一個(gè)連接來(lái)實(shí)現，這種方法可以大大降低事務(wù)管理的復雜性。
4、連接池的分配與釋放
連接池的分配與釋放，對系統的性能有很大的影響。合理的分配與釋放，可以提高連接的復用度，從而降低建立新連接的開(kāi)銷(xiāo)，同時(shí)還可以加快用戶(hù)的訪(fǎng)問(wèn)速度。
對于連接的管理可使用空閑池。即把已經(jīng)創(chuàng )建但尚未分配出去的連接按創(chuàng )建時(shí)間存放到一個(gè)空閑池中。每當用戶(hù)請求一個(gè)連接時(shí)，系統首先檢查空閑池內有沒(méi)有空閑連接。如果有就把建立時(shí)間最長(cháng)（通過(guò)容器的順序存放實(shí)現）的那個(gè)連接分配給他（實(shí)際是先做連接是否有效的判斷，如果可用就分配給用戶(hù)，如不可用就把這個(gè)連接從空閑池刪掉，重新檢測空閑池是否還有連接）；如果沒(méi)有則檢查當前所開(kāi)連接池是否達到連接池所允許的最大連接數（maxConn）,如果沒(méi)有達到，就新建一個(gè)連接，如果已經(jīng)達到，就等待一定的時(shí)間（timeout）。如果在等待的時(shí)間內有連接被釋放出來(lái)就可以把這個(gè)連接分配給等待的用戶(hù)，如果等待時(shí)間超過(guò)預定時(shí)間timeout,則返回空值（null）。系統對已經(jīng)分配出去正在使用的連接只做計數，當使用完后再返還給空閑池。對于空閑連接的狀態(tài)，可開(kāi)辟專(zhuān)門(mén)的線(xiàn)程定時(shí)檢測，這樣會(huì )花費一定的系統開(kāi)銷(xiāo)，但可以保證較快的響應速度。也可采取不開(kāi)辟專(zhuān)門(mén)線(xiàn)程，只是在分配前檢測的方法。
5、連接池的配置與維護
連接池中到底應該放置多少連接，才能使系統的性能最佳？系統可采取設置最小連接數（minConn）和最大連接數（maxConn）來(lái)控制連接池中的連接。最小連接數是系統啟動(dòng)時(shí)連接池所創(chuàng )建的連接數。如果創(chuàng )建過(guò)多，則系統啟動(dòng)就慢，但創(chuàng )建后系統的響應速度會(huì )很快；如果創(chuàng )建過(guò)少，則系統啟動(dòng)的很快，響應起來(lái)卻慢。這樣，可以在開(kāi)發(fā)時(shí)，設置較小的最小連接數，開(kāi)發(fā)起來(lái)會(huì )快，而在系統實(shí)際使用時(shí)設置較大的，因為這樣對訪(fǎng)問(wèn)客戶(hù)來(lái)說(shuō)速度會(huì )快些。最大連接數是連接池中允許連接的最大數目，具體設置多少，要看系統的訪(fǎng)問(wèn)量，可通過(guò)反復測試，找到最佳點(diǎn)。
如何確保連接池中的最小連接數呢？有動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩種策略。動(dòng)態(tài)即每隔一定時(shí)間就對連接池進(jìn)行檢測，如果發(fā)現連接數量小于最小連接數，則補充相應數量的新連接,以保證連接池的正常運轉。靜態(tài)是發(fā)現空閑連接不夠時(shí)再去檢查。
連接池的實(shí)現
1、連接池模型
本文討論的連接池包括一個(gè)連接池類(lèi)（DBConnectionPool）和一個(gè)連接池管理類(lèi)（DBConnetionPoolManager）。連接池類(lèi)是對某一數據庫所有連接的“緩沖池”，主要實(shí)現以下功能：①從連接池獲取或創(chuàng )建可用連接；②使用完畢之后，把連接返還給連接池；③在系統關(guān)閉前，斷開(kāi)所有連接并釋放連接占用的系統資源；④還能夠處理無(wú)效連接（原來(lái)登記為可用的連接，由于某種原因不再可用，如超時(shí)，通訊問(wèn)題），并能夠限制連接池中的連接總數不低于某個(gè)預定值和不超過(guò)某個(gè)預定值。
連接池管理類(lèi)是連接池類(lèi)的外覆類(lèi)（wrapper）,符合單例模式，即系統中只能有一個(gè)連接池管理類(lèi)的實(shí)例。其主要用于對多個(gè)連接池對象的管理，具有以下功能：①裝載并注冊特定數據庫的JDBC驅動(dòng)程序；②根據屬性文件給定的信息，創(chuàng )建連接池對象；③為方便管理多個(gè)連接池對象，為每一個(gè)連接池對象取一個(gè)名字，實(shí)現連接池名字與其實(shí)例之間的映射；④跟蹤客戶(hù)使用連接情況，以便需要是關(guān)閉連接釋放資源。連接池管理類(lèi)的引入主要是為了方便對多個(gè)連接池的使用和管理，如系統需要連接不同的數據庫，或連接相同的數據庫但由于安全性問(wèn)題，需要不同的用戶(hù)使用不同的名稱(chēng)和密碼。
2、連接池實(shí)現
下面給出連接池類(lèi)和連接池管理類(lèi)的主要屬性及所要實(shí)現的基本接口：
public class DBConnectionPool implements TimerListener{
private int checkedOut;//已被分配出去的連接數
private ArrayList freeConnections = new ArrayList();//容器，空閑池，根據//創(chuàng )建時(shí)間順序存放已創(chuàng )建但尚未分配出去的連接
private int minConn;//連接池里連接的最小數量
private int maxConn;//連接池里允許存在的最大連接數
private String name;//為這個(gè)連接池取個(gè)名字，方便管理
private String password;//連接數據庫時(shí)需要的密碼
private String url;//所要創(chuàng )建連接的數據庫的地址
private String user;//連接數據庫時(shí)需要的用戶(hù)名
public Timer timer;//定時(shí)器
public DBConnectionPool(String name, String URL, String user, String
password, int maxConn)//公開(kāi)的構造函數
public synchronized void freeConnection(Connection con) //使用完畢之后，//把連接返還給空閑池
public synchronized Connection getConnection(long timeout)//得到一個(gè)連接，//timeout是等待時(shí)間
public synchronized void release()//斷開(kāi)所有連接，釋放占用的系統資源
private Connection newConnection()//新建一個(gè)數據庫連接
public synchronized void TimerEvent() //定時(shí)器事件處理函數
private int checkedOut;//已被分配出去的連接數
private ArrayList freeConnections = new ArrayList();//容器，空閑池，根據//創(chuàng )建時(shí)間順序存放已創(chuàng )建但尚未分配出去的連接
private int minConn;//連接池里連接的最小數量
private int maxConn;//連接池里允許存在的最大連接數
private String name;//為這個(gè)連接池取個(gè)名字，方便管理
private String password;//連接數據庫時(shí)需要的密碼
private String url;//所要創(chuàng )建連接的數據庫的地址
private String user;//連接數據庫時(shí)需要的用戶(hù)名
public Timer timer;//定時(shí)器
public DBConnectionPool(String name, String URL, String user, String
password, int maxConn)//公開(kāi)的構造函數
public synchronized void freeConnection(Connection con) //使用完畢之后，//把連接返還給空閑池
public synchronized Connection getConnection(long timeout)//得到一個(gè)連接，//timeout是等待時(shí)間
public synchronized void release()//斷開(kāi)所有連接，釋放占用的系統資源
private Connection newConnection()//新建一個(gè)數據庫連接
public synchronized void TimerEvent() //定時(shí)器事件處理函數
}
public class DBConnectionManager {
static private DBConnectionManager instance;//連接池管理類(lèi)的唯一實(shí)例
static private int clients;//客戶(hù)數量
private ArrayList drivers = new ArrayList();//容器，存放數據庫驅動(dòng)程序
static private DBConnectionManager instance;//連接池管理類(lèi)的唯一實(shí)例
static private int clients;//客戶(hù)數量
private ArrayList drivers = new ArrayList();//容器，存放數據庫驅動(dòng)程序
private HashMap pools = new HashMap ();//以name/value的形式存取連接池//對象的名字及連接池對象
static synchronized public DBConnectionManager getInstance()//如果唯一的//實(shí)例instance已經(jīng)創(chuàng )建，直接返回這個(gè)實(shí)例;否則，調用私有構造函數，創(chuàng )//建連接池管理類(lèi)的唯一實(shí)例
static synchronized public DBConnectionManager getInstance()//如果唯一的//實(shí)例instance已經(jīng)創(chuàng )建，直接返回這個(gè)實(shí)例;否則，調用私有構造函數，創(chuàng )//建連接池管理類(lèi)的唯一實(shí)例
private DBConnectionManager()//私有構造函數,在其中調用初始化函數init()
public void freeConnection(String name, Connection con)// 釋放一個(gè)連接，//name是一個(gè)連接池對象的名字
public Connection getConnection(String name)//從名字為name的連接池對象//中得到一個(gè)連接
public Connection getConnection(String name, long time)//從名字為name
//的連接池對象中取得一個(gè)連接，time是等待時(shí)間
public synchronized void release()//釋放所有資源
private void createPools(Properties props)//根據屬性文件提供的信息，創(chuàng )建//一個(gè)或多個(gè)連接池
private void init()//初始化連接池管理類(lèi)的唯一實(shí)例，由私有構造函數調用
private void loadDrivers(Properties props)//裝載數據庫驅動(dòng)程序
}
3、連接池使用
上面所實(shí)現的連接池在程序開(kāi)發(fā)時(shí)如何應用到系統中呢？下面以Servlet為例說(shuō)明連接池的使用。
Servlet的生命周期是：在開(kāi)始建立servlet時(shí)，調用其初始化（init）方法。之后每個(gè)用戶(hù)請求都導致一個(gè)調用前面建立的實(shí)例的service方法的線(xiàn)程。最后，當服務(wù)器決定卸載一個(gè)servlet時(shí)，它首先調用該servlet的 destroy方法。
根據servlet的特點(diǎn)，我們可以在初始化函數中生成連接池管理類(lèi)的唯一實(shí)例（其中包括創(chuàng )建一個(gè)或多個(gè)連接池）。如：
public void init() throws ServletException
{
connMgr = DBConnectionManager.getInstance();
}
{
connMgr = DBConnectionManager.getInstance();
}
然后就可以在service方法中通過(guò)連接池名稱(chēng)使用連接池，執行數據庫操作。最后在destroy方法中釋放占用的系統資源，如：
public void destroy() {
connMgr.release(); super.destroy();
}
connMgr.release(); super.destroy();
}
結束語(yǔ)
在使用JDBC進(jìn)行與數據庫有關(guān)的應用開(kāi)發(fā)中，數據庫連接的管理是一個(gè)難點(diǎn)。很多時(shí)候，連接的混亂管理所造成的系統資源開(kāi)銷(xiāo)過(guò)大成為制約大型企業(yè)級應用效率的瓶頸。對于眾多用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)的Web應用，采用數據庫連接技術(shù)的系統在效率和穩定性上比采用傳統的其他方式的系統要好很多。本文闡述了使用JDBC訪(fǎng)問(wèn)數據庫的技術(shù)﹑討論了基于連接池技術(shù)的數據庫連接管理的關(guān)鍵問(wèn)題并給出了一個(gè)實(shí)現模型。文章所給出的是連接池管理程序的一種基本模式，為提高系統的整體性能，在此基礎上還可以進(jìn)行很多有意義的擴展。
