Java 模拟数据库连接池的实现代码

前面学习过等待 - 通知机制，现在我们在其基础上添加一个超时机制，模拟从连接池中获取、使用和释放连接的过程。客户端获取连接的过程被设定为等待超时模式，即如果在 1000 毫秒内无法获取到可用连接，将会返回给客户端一个 null。设定连接池的大小为 10 个，然后通过调节客户端的线程数来模拟无法获取连接的场景

由于 java.sql.Connection 只是一个接口，最终实现是由数据库驱动提供方来实现，考虑到本例只是演示，我们通过动态代理构造一个 Connection，该 Connection 的代理仅仅是在调用 commit() 方法时休眠 100 毫秒

public class ConnectionDriver {

  static class ConnectionHandler implements InvocationHandler {

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
      if ("commit".equals(method.getName())) {
        TimeUnit.MICROSECONDS.sleep(100);
      }
      return null;
    }
  }

  /**
   * 创建一个 Connection 的代理，在 commit 时休眠 100 毫秒
   */
  public static Connection createConnection() {
    return (Connection) Proxy.newProxyInstance(ConnectionDriver.class.getClassLoader(),
        new Class<?>[]{Connection.class}, new ConnectionHandler());
  }
}

接下来是线程池的实现。本例通过一个双向队列来维护连接，调用方需要先调用 fetchConnection(long) 方法来指定在多少毫秒内超时获取连接，当连接使用完成后，需要调用 releaseConnection(Connection) 方法将连接放回线程池

public class ConnectionPool {

  private final LinkedList<Connection> pool = new LinkedList<>();

  public ConnectionPool(int initialSize) {
    // 初始化连接的最大上限
    if (initialSize > 0) {
      for (int i = 0; i < initialSize; i++) {
        pool.addLast(ConnectionDriver.createConnection());
      }
    }
  }

  public void releaseConnection(Connection connection) {
    if (connection != null) {
      synchronized (pool) {
        /* 连接释放后需要进行通知
         * 这样其他消费者就能知道连接池已经归还了一个连接
         */
        pool.addLast(connection);
        pool.notifyAll();
      }
    }
  }

  /**
   * 在给定毫秒时间内获取连接
   */
  public Connection fetchConnection(long mills) throws InterruptedException {
    synchronized (pool) {
      // 完全超时
      if (mills < 0) {
        while (pool.isEmpty()) {
          pool.wait();
        }
        return pool.removeFirst();
      } else {
        long future = System.currentTimeMillis() + mills;
        long remaining = mills;
        while (pool.isEmpty() && remaining > 0) {
          pool.wait(remaining);
          remaining = future - System.currentTimeMillis();
        }
        Connection result = null;
        if (!pool.isEmpty()) {
          result = pool.removeFirst();
        }
        return result;
      }
    }
  }
}

最后编写一个用于模拟客户端获取连接的示例，该示例将模拟多个线程同时从连接池获取连接，并记录总尝试获取数、获取成功数和获取失败数

public class ConnectionPoolTest {

  static ConnectionPool pool = new ConnectionPool(10);
  static CountDownLatch start = new CountDownLatch(1);
  static CountDownLatch end;

  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    // 线程数量
    int threadCount = 200;
    end = new CountDownLatch(threadCount);
    int count = 20;
    AtomicInteger got = new AtomicInteger();
    AtomicInteger notGot = new AtomicInteger();
    for (int i = 0; i < threadCount; i++) {
      Thread thread = new Thread(new ConnectionRunner(count, got, notGot), "ConnectionRunnerThread");
      thread.start();
    }
    start.countDown();
    end.await();
    System.out.println("total invoke : " + (threadCount * count));
    System.out.println("got connection : " + got);
    System.out.println("not got connection : " + notGot);
  }

  static class ConnectionRunner implements Runnable {

    int count;
    AtomicInteger got;
    AtomicInteger notGot;

    public ConnectionRunner(int count, AtomicInteger got, AtomicInteger notGot) {
      this.count = count;
      this.got = got;
      this.notGot = notGot;
    }

    @Override
    public void run() {
      try {
        start.await();
      } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
      }
      while (count > 0) {
        try {
          // 从线程池中获取连接，如果 1000ms 内无法获取到，将返回 null
          // 分别统计获取连接的数量 got 和未获取到的数量 notGot
          Connection connection = pool.fetchConnection(1000);
          if (connection != null) {
            try {
              connection.createStatement();
              connection.commit();
            } finally {
              pool.releaseConnection(connection);
              got.incrementAndGet();
            }
          } else {
            notGot.incrementAndGet();
          }
        } catch (Exception e) {
          e.printStackTrace();
        } finally {
          count--;
        }
      }
      end.countDown();
    }
  }
}

笔者设置线程数量为 200 时，得出结果如下

当设置为 500 时，得出结果如下，当然具体结果根据机器性能而异

可见，随着客户端线程数的增加，客户端出现超时无法获取连接的比率不断升高。这种等待超时模式能保证程序出问题时，线程不会一直运行，而是按时返回，并告知客户端获取连接出现问题。数据库连接池的实际也可以应用到其他资源获取的场景，针对昂贵资源的获取都应该加以限制

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