服务器编程:数据库连接池

引言：
数据库连接池和线程池的思想一样，是为了避免频繁创建和销毁数据库连接导致的性能开销。如果一个项目频繁的需要访问数据库，那么它就有可能需要频繁的创建/销毁数据库连接，那么我们可以采用数据库连接池的技术，在需要时，从数据库连接池中获取数据库连接，在用完数据库连接后再将它重新放回连接池中.

本文章所有代码大都来自开源项目：TinyWebServer

目录

  • 设计模式：单例模式
  • 数据库连接池
    • 头文件与基本函数
    • 连接池初始化
    • 获取数据库连接
    • 释放当前使用的连接
    • 销毁整个连接池
    • 源代码

设计模式：单例模式

单例模式就是指一个类有且只能有一个实例

实现单例模式的方法：
1.定义一个静态成员变量，用来保存唯一的一个实例
2.定义一个静态成员函数，用来让其他对象可以获取到这个实例
3.将构造函数设置为私有，防止其他类进行实例化对象

单例模式的好处：
1.避免多次实例化造成的性能和资源的开销
2.共享资源，由于只有一个实例，多个对象可以共享这个实例，实现资源共享和协作

小白对单例模式的误区：
单例模式是指该类只有一个实例，这个实例是保存在类中的静态成员变量中的，因为static关键字，所以所有的对象可以共享这个实例，并通过静态成员函数获取这个实例；但是这并不代表，单例模式只能创建一个对象，单例模式是可以创建多个对象的，然后这些对象通过静态成员函数获取实例将实例赋值给自己，实现相应的操作和共享数据等功能.

一个简单的单例模式的代码：

#include <iostream>class Singleton {
private:static Singleton* instance; // 单例实例// 私有构造函数，防止外部实例化Singleton() {}public:// 获取单例实例的静态方法static Singleton* getInstance() {if (instance == nullptr) {instance = new Singleton();}return instance;}// 示例方法void showMessage() {std::cout << "Hello, I am a Singleton instance." << std::endl;}
};// 初始化静态成员变量
Singleton* Singleton::instance = nullptr;int main() {Singleton* singleton1 = Singleton::getInstance();singleton1->showMessage();Singleton* singleton2 = Singleton::getInstance();singleton2->showMessage();// 判断两个实例是否相等if (singleton1 == singleton2) {std::cout << "Both instances are the same." << std::endl;} else {std::cout << "Instances are different." << std::endl;}return 0;
}

数据库连接池

头文件与基本函数

使用数据库所需要的头文件：

#include <mysql/mysql.h>

接下来将介绍几个跟数据库有关的函数：

1.mysql_init

int mysql_init(MYSQL *mysql)

用于初始化一个mysql对象

2.mysql_real_connect

MYSQL *mysql_real_connect(MYSQL *mysql, const char *host, const char *user, const char *passwd, const char *db, unsigned int port, const char *unix_socket, unsigned long client_flag)

建立与mysql服务器的连接

参数1: MYSQL对象指针，用于接收连接句柄。
参数2: MySQL服务器主机名或IP地址。
参数3: MySQL用户名。
参数4: MySQL密码。
参数5: MySQL数据库名。
参数6: MySQL服务器端口号。
参数7: 额外的连接选项，可以为NULL。

3.mysql_close()

void mysql_close(MYSQL *mysql)

关闭与Mysql服务器的连接.

先只介绍这三个函数，因为我们的连接池只用这三个函数就可以实现，如果对其他函数感兴趣，可以去查找
头文件 <mysql/mysql.h>下的常用函数

TinyWebServer中
sql_connection_pool.h文件中的定义：

在这里插入图片描述
下面我会根据
TinywebServer项目中的
sql_connection_pool.cpp文件中对这些函数的具体实现做出分析来讲解数据库连接池

连接池初始化

void connection_pool::init(string url, string User, string PassWord, string DBName, int Port, int MaxConn, int close_log)
{m_url = url;m_Port = Port;m_User = User;m_PassWord = PassWord;m_DatabaseName = DBName;m_close_log = close_log;for (int i = 0; i < MaxConn; i++){MYSQL *con = NULL;con = mysql_init(con);//初始化一个mysql结构体对象！if (con == NULL){LOG_ERROR("MySQL Error");//日志记录错误！exit(1);}con = mysql_real_connect(con, url.c_str(), User.c_str(), PassWord.c_str(), DBName.c_str(), Port, NULL, 0);if (con == NULL){LOG_ERROR("MySQL Error");exit(1);}connList.push_back(con);//将这个链接放入连接池队列中！++m_FreeConn;//空闲的链接数+1；}reserve = sem(m_FreeConn); //信号量 sem=sem(m_MaxConn = m_FreeConn;//最多连接数=当前所有空闲的连接数！
}

1.首先初始化自己的URL,端口，数据库用户名，数据库密码，数据库名，还有日志名等属性

2.然后根据最大的连接数，按照循环的方式，创建数据库连接，然后把数据库连接放入线程池，并更新信息：
2.1:先用mysql_init函数初始化一个mysql对象
2.2：用mysql_real_connect将mysql对象和数据库连接
2.3：将这个mysql对象添加到连接池队列中
2.4：更新基本信息：空闲的连接数+1

3.初始化一个信号量，信号量的初始值为数据库连接池中的连接数

4.更新基本信息，数据库连接池上限=当前空闲的连接数.

获取数据库连接

MYSQL *connection_pool::GetConnection()
{MYSQL *con = NULL;if (0 == connList.size())return NULL;reserve.wait();lock.lock();con = connList.front();connList.pop_front();--m_FreeConn;++m_CurConn;lock.unlock();return con;
}

获取数据库连接就是从连接池中取出一个连接然后使用，步骤如下：

1.首先创建一个MYSQL对象指针，并设置为空

2.判断连接池中是否有连接，如果没有，那就拿取失败

3.信号量wait操作，让信号量的值-1，意味着我要开始拿资源了，如果信号量的值为0的话，此线程会被阻塞住，从而无法继续申请互斥锁拿资源.

4.加上互斥锁，防止多个线程同时拿取资源导致错误

5.从连接池中取出第一个连接

6.更改基本信息，空闲的连接-1，当前使用的连接数+1

7.释放互斥锁，让其他线程也能申请互斥锁拿资源

释放当前使用的连接

bool connection_pool::ReleaseConnection(MYSQL *con)
{if (NULL == con)return false;lock.lock();connList.push_back(con);++m_FreeConn;--m_CurConn;lock.unlock();reserve.post();return true;
}

使用完一个数据库连接之后，应该再把这个连接放回连接池，步骤如下：

1.判断所要销毁的连接是否为空，如果为空，则直接退出

2.申请互斥锁，避免有其他的线程也进行释放操作

3.将这个连接放回连接池

4.更新基本信息：空闲连接+1，当前使用连接-1

5.将信号量的值+1，唤醒之前因为信号量所阻塞的线程，让他们可以继续申请互斥锁并获取连接.

销毁整个连接池

void connection_pool::DestroyPool()
{lock.lock();if (connList.size() > 0){list<MYSQL *>::iterator it;for (it = connList.begin(); it != connList.end(); ++it){MYSQL *con = *it;mysql_close(con);}m_CurConn = 0;m_FreeConn = 0;connList.clear();}lock.unlock();
}

将整个数据库连接池销毁，步骤如下：

1.加上互斥锁，避免多线程同时执行销毁操作

2.遍历整个连接池，使用mysql_close函数关闭连接池中的所有连接

3.更新基本信息：空闲连接=0，当前连接=0

4.清空整个连接池List

5.释放互斥锁

源代码

sql_connection_pool.cpp

#include <mysql/mysql.h>
#include <stdio.h>
#include <string>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <list>
#include <pthread.h>
#include <iostream>#include "sql_connection_pool.h"using namespace std;connection_pool::connection_pool()
{m_CurConn = 0;m_FreeConn = 0;
}connection_pool *connection_pool::GetInstance()
{static connection_pool connPool;return &connPool;
}//构造初始化
void connection_pool::init(string url, string User, string PassWord, string DBName, int Port, int MaxConn, int close_log)
{m_url = url;m_Port = Port;m_User = User;m_PassWord = PassWord;m_DatabaseName = DBName;m_close_log = close_log;for (int i = 0; i < MaxConn; i++){MYSQL *con = NULL;con = mysql_init(con);//初始化一个mysql结构体对象！if (con == NULL){LOG_ERROR("MySQL Error");//日志记录错误！exit(1);}con = mysql_real_connect(con, url.c_str(), User.c_str(), PassWord.c_str(), DBName.c_str(), Port, NULL, 0);//mysql.h中用于建立实际数据库连接的函数。它的原型声明如下：//if (con == NULL){LOG_ERROR("MySQL Error");exit(1);}connList.push_back(con);//将这个链接放入连接池队列中！++m_FreeConn;//空闲的链接数+1；}reserve = sem(m_FreeConn); //信号量 sem=sem(m_MaxConn = m_FreeConn;//最多连接数=当前所有空闲的连接数！
}//当有请求时，从数据库连接池中返回一个可用连接，更新使用和空闲连接数
MYSQL *connection_pool::GetConnection()
{MYSQL *con = NULL;if (0 == connList.size())return NULL;reserve.wait();lock.lock();con = connList.front();connList.pop_front();--m_FreeConn;++m_CurConn;lock.unlock();return con;
}//释放当前使用的连接
bool connection_pool::ReleaseConnection(MYSQL *con)
{if (NULL == con)return false;lock.lock();connList.push_back(con);++m_FreeConn;--m_CurConn;lock.unlock();reserve.post();return true;
}//销毁数据库连接池
void connection_pool::DestroyPool()
{lock.lock();if (connList.size() > 0){list<MYSQL *>::iterator it;for (it = connList.begin(); it != connList.end(); ++it){MYSQL *con = *it;mysql_close(con);}m_CurConn = 0;m_FreeConn = 0;connList.clear();}lock.unlock();
}//当前空闲的连接数
int connection_pool::GetFreeConn()
{return this->m_FreeConn;
}connection_pool::~connection_pool()
{DestroyPool();
}connectionRAII::connectionRAII(MYSQL **SQL, connection_pool *connPool){*SQL = connPool->GetConnection();conRAII = *SQL;poolRAII = connPool;
}connectionRAII::~connectionRAII(){poolRAII->ReleaseConnection(conRAII);
}

sql_connection_pool.h

#ifndef _CONNECTION_POOL_
#define _CONNECTION_POOL_#include <stdio.h>
#include <list>
#include <mysql/mysql.h>
#include <error.h>
#include <string.h>
#include <iostream>
#include <string>
#include "../lock/locker.h"
#include "../log/log.h"using namespace std;class connection_pool
{
public:MYSQL *GetConnection();				 //获取一个数据库连接bool ReleaseConnection(MYSQL *conn); //释放一个数据库连接int GetFreeConn();					 //获取空闲的连接数void DestroyPool();					 //销毁整个连接池//单例模式static connection_pool *GetInstance();void init(string url, string User, string PassWord, string DataBaseName, int Port, int MaxConn, int close_log);
private:connection_pool();~connection_pool();int m_MaxConn;  //最大连接数int m_CurConn;  //当前已使用的连接数int m_FreeConn; //当前空闲的连接数locker lock;   //定义了一个互斥锁list<MYSQL *> connList; //连接池sem reserve;   //定义了一个信号量，叫reserve.用来记录空闲的连接数public:string m_url;			 //主机地址string m_Port;		 //数据库端口号string m_User;		 //登陆数据库用户名string m_PassWord;	 //登陆数据库密码string m_DatabaseName; //使用数据库名int m_close_log;	//日志开关
};class connectionRAII{public:connectionRAII(MYSQL **con, connection_pool *connPool);~connectionRAII();private:MYSQL *conRAII;connection_pool *poolRAII;
};#endif

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