boneCP原理研究

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boneCP是一款关注高性能的数据库连接池产品 github主页 。

不过最近作者好像没有心思更新了，因为他发现了一款更快的连接池产品，但是这不影响我学习它。

连接的生存时间

MySQL有一个重要的参数wait_timeout，用于规定一个connection最大的idle时间，默认是28800秒，即每个connection连续的sleep状态不能超过该值，否则MySQL会自动回收该connection。

连接池的作用是管理连接，任何想要请求数据库连接的行为都和连接池发生交互，从连接池里申请连接，使用完成后将连接交还给连接池。

在一个比较空闲的系统上，连接可能长时间的处于sleep状态，那么一旦达到了MySQL wait_timeout的规定时间，MySQL就要回收连接，这时连接池如果仍然认为该connection可用，待应用向连接池请求时，就会将不存在的connection资源交给应用，这样就会报错。

因此连接池需要一套机制保证每一个connection在连接池生存期内是始终可用的。

我推测应该有两种机制：定期检测和申请时检测。

boneCP采用定期检测机制，即每隔一个时间间隔就会检查其管理的连接处于sleep状态的时间，如果超过了设定的值，则会将此connection重建。

boneCP中有两个很重要的参数：idleConnectionTestPeriodInSeconds和idleMaxAgeInSeconds，分别是连接探测时间阈值和连接最大空闲时间，默认值为4小时和1小时。

boneCP会启动三个线程来进行定期任务：

this.keepAliveScheduler =  Executors.newScheduledThreadPool(this.config.getPartitionCount(), new CustomThreadFactory("BoneCP-keep-alive-scheduler"+suffix, true));
this.maxAliveScheduler =  Executors.newScheduledThreadPool(this.config.getPartitionCount(), new CustomThreadFactory("BoneCP-max-alive-scheduler"+suffix, true));
this.connectionsScheduler =  Executors.newFixedThreadPool(this.config.getPartitionCount(), new CustomThreadFactory("BoneCP-pool-watch-thread"+suffix, true));

其中keepAliveScheduler用来每隔一段时间检查connection的sleep状态时间是否达到了idleMaxAgeInSeconds或者是否已经失效，如果是，则会将连接kill掉，主要的逻辑见ConnectionTesterThread.java。

需要注意的是，在默认的配置下，该检查的调度是这样定义的：

this.keepAliveScheduler.scheduleAtFixedRate(connectionTester,delayInSeconds, delayInSeconds, TimeUnit.SECONDS);

此时delayInSeconds的值是取idleMaxAgeInSeconds值，即1小时，实际上只要idleMaxAgeInSeconds小于idleConnectionTestPeriodInSeconds，则delayInSeconds一定是idleMaxAgeInSeconds。这样，该线程每1小时就会启动一次，同时要检查时间阈值就会变成1小时。

keepalive线程要执行的命令是这样的：

final Runnable connectionTester = new ConnectionTesterThread(connectionPartition, this, this.config.getIdleMaxAge(TimeUnit.MILLISECONDS), this.config.getIdleConnectionTestPeriod(TimeUnit.MILLISECONDS), queueLIFO);

下面是对ConnectionTesterThread类的解析：

	protected ConnectionTesterThread(ConnectionPartition connectionPartition,
			BoneCP pool, long idleMaxAgeInMs, long idleConnectionTestPeriodInMs, boolean lifoMode){
		this.partition = connectionPartition;
		this.idleMaxAgeInMs = idleMaxAgeInMs; //60 * 60 * 1000
		this.idleConnectionTestPeriodInMs = idleConnectionTestPeriodInMs; //240 * 60 * 1000
		this.pool = pool;
		this.lifoMode = lifoMode;
	}

上面代码中，两个主要时间用注释标明。

在该类中最重要的两段代码是用来判断connection的sleep时间是否超标的，只需要对比现在时间和connection最后一次使用时间中间的时间间隔就可以：

// check if connection has been idle for too long (or is marked as broken)
if (connection.isPossiblyBroken() || ((this.idleMaxAgeInMs > 0) && ( System.currentTimeMillis()-connection.getConnectionLastUsedInMs() > this.idleMaxAgeInMs))){
// kill off this connection - it's broken or it has been idle for too long
	closeConnection(connection);
	continue;
}

上一段代码判断connection是否sleep时间超过了idleMaxAgeInMs的规定（默认3600000ms）。

if (this.idleConnectionTestPeriodInMs > 0 && (currentTimeInMs-connection.getConnectionLastUsedInMs() > this.idleConnectionTestPeriodInMs) &&
		(currentTimeInMs-connection.getConnectionLastResetInMs() >= this.idleConnectionTestPeriodInMs)) {
	// send a keep-alive, close off connection if we fail.
	if (!this.pool.isConnectionHandleAlive(connection)){
		closeConnection(connection);
		continue; 
	}
	// calculate the next time to wake up
	tmp = this.idleConnectionTestPeriodInMs;
	if (this.idleMaxAgeInMs > 0){ // wake up earlier for the idleMaxAge test?
		tmp = Math.min(tmp, this.idleMaxAgeInMs);
	}
} 

如果保持默认值，或者设置的值中idleConnectionTestPeriodInMs大于idleMaxAgeInMs的，则这段代码理论上讲不会执行。但是无论如何，这个类都是用来杀死connection的。

接下来继续看BoneCP类，在确定了keepalive调度之后（没有设置maxConnectionAgeInSeconds参数），程序会继续执行到

this.connectionsScheduler.execute(new PoolWatchThread(connectionPartition, this));

这段代码最主要的目的就是新建connection。如果没有设置，则会根据partition最大连接数和已创建连接数进行计算，决定下次新建的连接数。

至于一次新建多少连接，由该类PoolWatchThread.java中的这句决定：

fillConnections(Math.min(maxNewConnections, this.partition.getAcquireIncrement()));

而重要的参数maxNewConnections则是这样计算出来的：

maxNewConnections = this.partition.getMaxConnections()-this.partition.getCreatedConnections();

根据我对代码debug的情况看，连接新建无非分两个情况：keepalive杀死超时连接后和调用getConnection方法后。

让人奇怪的是为什么连接里明明有sleep的连接，却非要新建一个给客户端用？

跟代码发现了这个类：DefaultConnectionStrategy.java

if (!connectionPartition.isUnableToCreateMoreTransactions()){ // unless we can't create any more connections...
      this.pool.maybeSignalForMoreConnections(connectionPartition);  // see if we need to create more
    }

注释中写了，除非是没办法新建连接了（因为到了上限），否则就会新建连接，此时需要了解maybeSignalForMoreConnections这个方法是干什么的？

于是又要回到BoneCP类：

/**
* Tests if this partition has hit a threshold and signal to the pool watch thread to create new connections
* @param connectionPartition to test for.
*/
protected void maybeSignalForMoreConnections(ConnectionPartition connectionPartition) {

	if (!connectionPartition.isUnableToCreateMoreTransactions() 
			&& !this.poolShuttingDown &&
		connectionPartition.getAvailableConnections()*100/connectionPartition.getMaxConnections() <= this.poolAvailabilityThreshold){
			connectionPartition.getPoolWatchThreadSignalQueue().offer(new Object()); // item being pushed is not important.
		}
	}

好了，发现问题关键了：

connectionPartition.getAvailableConnections()*100/connectionPartition.getMaxConnections() <= this.poolAvailabilityThreshold

这个判断很重要，poolAvailabilityThreshold这个值是0，这是默认值，也没设置过，由此可以推断connectionPartition.getAvailableConnections()一定为0（分母不可能为0，所以分子肯定是0）。

再看看connectionPartition.getAvailableConnections()是干什么的，从名字上看是获得可用连接的，那么明显没有获得可用连接：

protected int getAvailableConnections() {
	return this.freeConnections.size();
}

freeConnections是一个Queue，它的size现在来看应该是0，也就是说没有free的connection。

但是明明初始化连接池的时候已经建立了连接的，而且我是调试程序，根本没有可能使用到已经建立的连接，为什么呢？

这个情况只在只建立了一个连接的时候才会出现，这是因为这个类DefaultConnectionStrategy.java的这句：

result = connectionPartition.getFreeConnections().poll();

在这一句执行之前，connectionPartition中的freeConnection属性中是有一个连接的，但是在poll执行之后，该连接被取出，因此freeConnection属性变成了一个空的Queue，size自然就是0了。所以该情况在最开始有一个以上连接的时候就不再存在了。

这也是正常的，因为只有一个connection对于pool来说是不安全的，请求了一个之后新建一个给之后的请求做准备。

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