讲真，你真的懂JDBC吗？

作者介绍

王新栋，从事京麦平台的架构设计与开发工作。熟悉各种开源软件架构，在web开发，架构优化上有较丰富的实战经历。有多年在NIO领域的设计、开发经验，对HTTP、TCP长连接技术有深入研究与领悟，目前主要致力于移动与PC平台网关技术的优化与实现。

数据库连接池在J2EE领域是一个不可缺失的组件，尽管Druid越来越流行，但是DBCP作为一个老牌的数据库连接池，一直在企业系统中默默奉献着自己。比如大部分系统还都是使用DBCP，那么我们还是很有必要对DBCP有一个熟悉的认识。

鉴于这样的需求，我根据相关资料，并结合自己的认知重新做了一个梳理，一来自己可以在以后的工作中回过头来温习，二来也希望能够帮助其它同学对DBCP以及涉及到的相关概念和知识（像超时机制、连接池原理等）有一个了解。众所周知，操作一个数据库的流程为：创建数据源，获得链接，构造statement，执行请求，下面我们逐步梳理总结。

一、相关概念复习

在谈DBCP之前我们先来复习一下几个相关的概念：

1JNDI

Java Naming and Directory Interface (JNDI)JNDI API被用于执行名字和目录服务。它提供了一致的模型来存取和操作企业级的资源。JNDI的api位于javax.naming包中，它的作用是可以把对象放到一个容器中(JNDI容器)，Java对象在这个容器中都有一个名称，程序则可以通过这个名称来获取对象，例如下面这样：

2JDBC

Java数据库连接（Java Database Connectivity，简称JDBC），是Java语言中用来规范客户端应用程序（比如Web应用程序等如何访问关系型数据库的应用程序接口），提供了诸如查询和更新数据库中数据的方法。

JDBC驱动程序一共有四种类型：

• 类型1-JDBC-ODBC桥

• 类型2-本地API驱动

• 类型3-网络协议驱动

• 类型4-本地协议驱动

我们常用的是类型4-本地协议驱动，这种类型的驱动使用socket链接，直接在客户端和数据库之间进行通信。

优点是1-访问速度快 2-最直接，最纯粹的JAVA实现。
缺点是1-需要每个数据库厂商提供自己的JDBC驱动。2-需要针对不同的数据库使用不同的驱动程序。

JDBC的API在jdk的java.sql包中，扩展的内容在javax.sql包中。主要包括（斜体代表接口，需驱动程序提供者来具体实现）：

• DriverManager：负责加载各种不同驱动程序（Driver），并根据不同的请求，向调用者返回相应的数据库连接（Connection）。

• Driver：驱动程序，会将自身加载到DriverManager中去，并处理相应的请求并返回相应的数据库连接（Connection）。

• Connection：数据库连接，负责进行与数据库间的通讯，SQL执行以及事务处理都是在某个特定Connection环境中进行的。可以产生用以执行SQL的Statement。

• Statement：用以执行SQL查询和更新（针对静态SQL语句和单次执行）。

• PreparedStatement：用以执行包含动态参数的SQL查询和更新（在服务器端编译，允许重复执行以提高效率）。

• CallableStatement：用以调用数据库中的存储过程。

• SQLException：代表在数据库连接的创建和关闭和SQL语句的执行过程中发生了例外情况（即错误）。

3DBCP数据库连接池和JDBC之间的关系

数据库连接池负责创建(通过JDBC API)、管理、销毁数据库的连接。应用程序可以从数据库连接池中重复使用一个现有的连接，而不是重新创建一个。连接池，common-pool中的GenericObjectPool它负责缓存和管理连接；连接，这是是指PoolableConnection；连接池和连接一对多的关系。池化技术是通过commons-pool来实现的，每个连接是一个对象，换言之，是对象池的使用与管理。DBCP连接池是基于commons-pool这种对象池来实现的。

二、commons-pool的理解

Apache commons-pool是一种对象池技术，我们使用的很多涉及池的场景一般都是基于该组件来实现的，DBCP数据库连接池也是基于commons-pool来实现的，因此我们先来了解下这种对象池技术。下图是对象池的对象生命周期流程图。

三、DBCP核心类图及序列图

BasicDataSource.java

ConnectionFactory.java

PoolingDataSource.java

PoolingConnection.java

Delegating.java

AbandonedObjectPool.java

创建数据源createDataSource

创建连接getConnection

创建statement prepareStatement

四、DBCP配置及使用

DBCP是Apache下的一个开源数据库连接池，我们在使用时需要两个JAR文件，分别是commons-dbcp.jar(连接池的实现)和commons-pool.jar(连接池实现的依赖库)，不过我们在使用的时候只需要引入下面mvaen坐标，commons-pool是在commons-dbcp里面隐含引用了。

注意一点，就是从1.x升级到2.x的时候，由于DBCP的包路径已经变了，需要升级者修改局部代码。

<dependency>

    <groupId>commons-dbcp</groupId>

    <artifactId>commons-dbcp</artifactId>

    <version>2.2</version>

</dependency>

DBCP可以在应用程序中独立的使用，也可以与web应用服务器整合使用。

1Tomcat中使用

比如Tomcat的连接池就是采用该连接池来实现的。如下：

2应用程序中独立使用

更多配置请参照

https://commons.apache.org/proper/commons-dbcp/configuration.html

五、连接超时机制

对网络资源访问时，超时设置是必须的。没有超时的保护，一旦依赖资源发生故障或者网络故障，就会引起线程堆积，甚至发生雪崩。

1超时层级

从这张图中我们也能够看出DBCP并不参与数据库超时的处理，它只负责管理连接。根据上图我们可以看到超时有一个依赖层级，上层超时依赖下层超时。依次为：事务超时->Statement超时->JDBC Driver socket超时->操作系统超时。

事务超时

事务是应用层级的概念，我们知道事务是有一组SQL执行单元组成的。那么事务超时的时间阈值，实际是Statement超时N个需要执行的Statement数量。比如一个事务里面有3条Statement，每条Statement的执行时间是50MS，其它业务上的逻辑执行时间+框架执行时间未100ms，那么最终事务的超时时间为：350+100=250ms。

statement超时

用来限制SQL语句的执行时间，通过setQueryTimeout(int timeout)来设置，不过现在大都是ibatis了，可以通过 SqlMapConfig.xml 中的 setting 属性defaultStatementTimeout 来设置全局的 statement 超时缺省值<settings defaultStatementTimeout="15"/>，还可以在每个sql.xml文件中，根据业务实际需要来设置<select timeout="10"/> <insert timeout="10"/> <update timeout="10"/>，这样就会覆盖掉全局的值，而采用具体的阈值。

Socket超时

这是底层的一种超时，因为我们使用的JDBC驱动类型是TYPE4，它是基于socket来通信的。MySQL的JDBC驱动中的connectTimeout 和 socketTimeout 的默认值是 0 ，这意味着不会发生超时。所以我们必须在DBCP配置中设置这两个值。

<property name="connectionProperties" value="connectTimeout=2000;socketTimeout=15000"/>

connectTimeout为建立连接的超时时间，socketTimeout为JDBC客户端和数据库服务器之间数据交互的时间。注意这里配置的socketTimeout的值必须要大于Statement的超时时间值。否则Statement超时就没有意义，也不能生效。

操作系统的socket超时

linux操作系统也会设置socket超时，比如我们这边的服务器一般配置的是20分钟，因为公司的Linux服务器的KeepAlive检查周期为20分钟。这样即使上面的socketTimeout值为0永不超时，也还是要收到Linux服务器的超时限制，也就是由于网络原因引起的数据库网络连接问题也不会超过20分钟。

2MySQL处理超时的机制及原理

上图是一MySQL在执行一个命令的过程中的步骤以及发生超时现象后的处理机制：

1. 通过Connection的createStatement()方法去创建一个Statement，以便后续进行读写操作

2. 执行第1步创建的Statement的executeQuery()方法

3. 将查询请求命令发送到MySQL数据库服务器

4. 创建一个超时线程(从5.1版本以后，在创建每个连接的时候，会随之创建一个处理超时的线程timeout-execution）

5. 把当前的statement对象注册到超时线程timeout-execution中
   

6. 发生了超时(阈值是你在Statement执行前候配置的setQueryTimeout(int timeout)，如果是mybatis则是在配置文件里面配置的值defaultStatementTimeout="15"，单位s)

7. 超时线程会重新创建一个新的Connection，这个Connection的属性配置都跟先前的一样

8. 用新创建的这个Connection去发送取消查询请求

六、各种数据库连接池性能对比

测试环境，OS: OS X 10.8.2 CPU:intel i7 2GHz 4 core JVM:java version "1.7.0_05"

测试执行申请归还连接1,000,000（一百万）次总耗时性能对比，Java7 的基准测试结果如下：

Druid是性能最好的数据库连接池，DBCP性能属于中上，我们在以后的业务场景中可以根据实际需要做选择。这个是Druid的官方测试，不过可以利用测试代码自己进行验证一遍，测试代码如下：

https://github.com/alibaba/druid/blob/master/src/test/java/com/alibaba/druid/benckmark/pool/Case1.java

七、总结

本文梳理了数据库连接相关的概念，JNDI、JDBC、连接池，DBCP的核心类和时序图，另外还梳理了commons的池化组件，最后描述了JDBC连接过程中的超时机制，包括超时依赖和超时的机制原理，超时的知识点对与我们非常重要，超时是一种防护措施，当依赖DB性能变慢或者网络故障的情况下，可以快速失败，以便保护应用程序不会导致线程堆积而发生雪崩这类致命事故。

DBCP经历了各种互联网应用的验证，稳定可靠的性能会一直服务于我们的系统中。当今比较流行的Spring Boot内部集成的Tomcat应用依然在使用DBCP连接池。

参考资料

https://www.cubrid.org/blog/understanding-jdbc-internals-and-timeout-configuration

https://zh.wikipedia.org/wiki/Java%E6%95%B0%E6%8D%AE%E5%BA%93%E8%BF%9E%E6%8E%A5

http://shift-alt-ctrl.iteye.com/blog/1917782

https://commons.apache.org/proper/commons-pool/index.html

https://commons.apache.org/proper/commons-dbcp/index.html

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