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Go连接池设计与实现的方法是什么

发布时间:2023-05-08 14:49:04 来源:亿速云 阅读:258 作者:zzz 栏目:开发技术

这篇“Go连接池设计与实现的方法是什么”文章的知识点大部分人都不太理解,所以小编给大家总结了以下内容,内容详细,步骤清晰,具有一定的借鉴价值,希望大家阅读完这篇文章能有所收获,下面我们一起来看看这篇“Go连接池设计与实现的方法是什么”文章吧。

为什么需要连接池

如果不用连接池,而是每次请求都创建一个连接是比较昂贵的,因此需要完成3次tcp握手

同时在高并发场景下,由于没有连接池的最大连接数限制,可以创建无数个连接,耗尽文件描述符

连接池就是为了复用这些创建好的连接

连接池设计

基本上连接池都会设计以下几个参数:

初始连接数:在初始化连接池时就会预先创建好的连接数量,如果设置得:

  • 过大:可能造成浪费

  • 过小:请求到来时需要新建连接

最大空闲连接数maxIdle:池中最大缓存的连接个数,如果设置得:

  • 过大:造成浪费,自己不用还把持着连接。因为数据库整体的连接数是有限的,当前进程占用多了,其他进程能获取的就少了

  • 过小:无法应对突发流量

最大连接数maxCap

  • 如果已经用了maxCap个连接,要申请第maxCap+1个连接时,一般会阻塞在那里,直到超时或者别人归还一个连接

最大空闲时间idleTimeout:当发现某连接空闲超过这个时间时,会将其关闭,重新去获取连接

避免连接长时间没用,自动失效的问题

连接池对外提供两个方法,Get:获取一个连接,Put:归还一个连接

大部分连接池的实现大同小异,基本流程如下:

Get

Go连接池设计与实现的方法是什么

需要注意:

  • 当有空闲连接时,需要进一步判断连接是否有过期(超过最大空闲时间idleTimeout)

    • 这些连接有可能很久没用过了,在数据库层面已经过期。如果贸然使用可能出现错误,因此最好检查下是否超时

  • 当陷入阻塞时,最好设置超时时间,避免一直没等到有人归还连接而一直阻塞

Put

Go连接池设计与实现的方法是什么

归还连接时:

  • 先看有没有阻塞的获取连接的请求,如果有转交连接,并唤醒阻塞请求

  • 否则看能否放回去空闲队列,如果不能直接关闭请求

总结

根据上面总结的流程,连接池还需要维护另外两个结构:

  • 空闲队列

  • 阻塞请求的队列

Go连接池设计与实现的方法是什么

开源实现

数据结构:

// channelPool 存放连接信息
type channelPool struct {
   mu                       sync.RWMutex
   // 空闲连接
   conns                    chan *idleConn
   // 产生新连接的方法
   factory                  func() (interface{}, error)
   // 关闭连接的方法
   close                    func(interface{}) error
   ping                     func(interface{}) error
   // 最大空闲时间,最大阻塞等待时间(实际没用到)
   idleTimeout, waitTimeOut time.Duration
   // 最大连接数
   maxActive                int
   openingConns             int
   // 阻塞的请求
   connReqs                 []chan connReq
}

可以看出,silenceper/pool

  • 用channel实现了空闲连接队列conns

  • 为每个阻塞的请求创建一个channel,加入connReqs中。这样请求会阻塞在自己的channel上

Get:

func (c *channelPool) Get() (interface{}, error) {
   conns := c.getConns()
   if conns == nil {
      return nil, ErrClosed
   }
   for {
      select {
      // 如果有空闲连接
      case wrapConn := <-conns:
         if wrapConn == nil {
            return nil, ErrClosed
         }
         //判断是否超时,超时则丢弃
         if timeout := c.idleTimeout; timeout > 0 {
            if wrapConn.t.Add(timeout).Before(time.Now()) {
               //丢弃并关闭该连接
               c.Close(wrapConn.conn)
               continue
            }
         }
         //判断是否失效,失效则丢弃,如果用户没有设定 ping 方法,就不检查
         if c.ping != nil {
            if err := c.Ping(wrapConn.conn); err != nil {
               c.Close(wrapConn.conn)
               continue
            }
         }
         return wrapConn.conn, nil
      // 没有空闲连接
      default:
         c.mu.Lock()
         log.Debugf("openConn %v %v", c.openingConns, c.maxActive)
         if c.openingConns >= c.maxActive {
            // 连接数已经达到上线,不能再创建连接
            req := make(chan connReq, 1)
            c.connReqs = append(c.connReqs, req)
            c.mu.Unlock()
            // 将自己阻塞在channel上
            ret, ok := <-req
            if !ok {
               return nil, ErrMaxActiveConnReached
            }
            // 再检查一次是否超时
            if timeout := c.idleTimeout; timeout > 0 {
               if ret.idleConn.t.Add(timeout).Before(time.Now()) {
                  //丢弃并关闭该连接
                  c.Close(ret.idleConn.conn)
                  continue
               }
            }
            return ret.idleConn.conn, nil
         }
         
         // 没有超过最大连接数,创建一个新的连接
         if c.factory == nil {
            c.mu.Unlock()
            return nil, ErrClosed
         }
         conn, err := c.factory()
         if err != nil {
            c.mu.Unlock()
            return nil, err
         }
         c.openingConns++
         c.mu.Unlock()
         return conn, nil
      }
   }
}

这段代码基本符合上面介绍的Get流程,应该很好理解

需要注意:

  • 当收到别人归还的连接狗,这里再检查了一次是否超时。但我认为这次检查是没必要的,因为别人刚用完,一般不可能超时

  • 虽然在pool的数据结构定义中有waitTimeOut字段,但实际没有使用,即阻塞获取可能无限期阻塞,这是一个优化点

Put:

// Put 将连接放回pool中
func (c *channelPool) Put(conn interface{}) error {
   if conn == nil {
      return errors.New("connection is nil. rejecting")
   }

   c.mu.Lock()

   if c.conns == nil {
      c.mu.Unlock()
      return c.Close(conn)
   }

   // 如果有请求在阻塞获取连接
   if l := len(c.connReqs); l > 0 {
      req := c.connReqs[0]
      copy(c.connReqs, c.connReqs[1:])
      c.connReqs = c.connReqs[:l-1]
      // 将连接转交
      req <- connReq{
         idleConn: &idleConn{conn: conn, t: time.Now()},
      }
      c.mu.Unlock()
      return nil
   } else {
      // 否则尝试是否能放回空闲连接队列
      select {
      case c.conns <- &idleConn{conn: conn, t: time.Now()}:
         c.mu.Unlock()
         return nil
      default:
         c.mu.Unlock()
         //连接池已满,直接关闭该连接
         return c.Close(conn)
      }
   }
}

值得注意的是:

put方法唤醒阻塞请求时,从队头开始唤醒,这样先阻塞的请求先被唤醒,保证了公平性

sql.DB

Go在官方库sql中就实现了连接池,这样的好处在于:

  • 对于开发:就不用像java一样,需要自己找第三方的连接池实现

  • 对于driver的实现:只用关心怎么和数据库交互,不用考虑连接池的问题

sql.DB中和连接池相关的字段如下:

type DB struct {
   /**
   ...
   */
   
   // 空闲连接队列
   freeConn     []*driverConn
   // 阻塞请求的队列
   connRequests map[uint64]chan connRequest
   
   // 已经打开的连接
   numOpen      int    // number of opened and pending open connections
   // 最大空闲连接
   maxIdle           int                    // zero means defaultMaxIdleConns; negative means 0
   // 最大连接数
   maxOpen           int                    // <= 0 means unlimited
   // ...
}

继续看获取连接:

func (db *DB) conn(ctx context.Context, strategy connReuseStrategy) (*driverConn, error) {
   // 检测连接池是否被关闭
   db.mu.Lock()
   if db.closed {
      db.mu.Unlock()
      return nil, errDBClosed
   }

   select {
   default:
   // 检测ctx是否超时
   case <-ctx.Done():
      db.mu.Unlock()
      return nil, ctx.Err()
   }
   lifetime := db.maxLifetime

   
   
   db.numOpen++ // optimistically
   db.mu.Unlock()
   ci, err := db.connector.Connect(ctx)
   if err != nil {
      db.mu.Lock()
      db.numOpen-- // correct for earlier optimism
      db.maybeOpenNewConnections()
      db.mu.Unlock()
      return nil, err
   }
   db.mu.Lock()
   dc := &driverConn{
      db:        db,
      createdAt: nowFunc(),
      ci:        ci,
      inUse:     true,
   }
   db.addDepLocked(dc, dc)
   db.mu.Unlock()
   return dc, nil
}

接下来检测是否有空闲连接:

  numFree := len(db.freeConn)
   // 如果有空闲连接
   if strategy == cachedOrNewConn && numFree > 0 {
      // 从队头取一个
      conn := db.freeConn[0]
      copy(db.freeConn, db.freeConn[1:])
      db.freeConn = db.freeConn[:numFree-1]
      conn.inUse = true
      db.mu.Unlock()
      if conn.expired(lifetime) {
         conn.Close()
         return nil, driver.ErrBadConn
      }

      // Reset the session if required.
      if err := conn.resetSession(ctx); err == driver.ErrBadConn {
         conn.Close()
         return nil, driver.ErrBadConn
      }

      return conn, nil
   }

以上代码是1.14版本,但是到了1.18以后,获取空闲连接的方式发生了变化:

last := len(db.freeConn) - 1
if strategy == cachedOrNewConn && last >= 0 {
   // 从最后一个位置获取连接
   conn := db.freeConn[last]
   db.freeConn = db.freeConn[:last]
   conn.inUse = true
   if conn.expired(lifetime) {
      db.maxLifetimeClosed++
      db.mu.Unlock()
      conn.Close()
      return nil, driver.ErrBadConn
   }

可以看出,1.14版本从队首获取,1.18改成从队尾获取连接

为啥从队尾拿连接?

因为队尾的连接是才放进去的,该连接过期概率比队首连接

继续看:

   // 如果已经达到最大连接数
   if db.maxOpen > 0 && db.numOpen >= db.maxOpen {
      req := make(chan connRequest, 1)
      reqKey := db.nextRequestKeyLocked()
      db.connRequests[reqKey] = req
      db.waitCount++
      db.mu.Unlock()

      waitStart := time.Now()
      // 阻塞当前请求,要么ctx超时,要么别人归还了连接
      select {
      case <-ctx.Done():
         db.mu.Lock()
         // 把自己从阻塞队列中删除
         delete(db.connRequests, reqKey)
         db.mu.Unlock()

         atomic.AddInt64(&db.waitDuration, int64(time.Since(waitStart)))

         select {
         default:
         case ret, ok := <-req:
            if ok && ret.conn != nil {
               db.putConn(ret.conn, ret.err, false)
            }
         }
         return nil, ctx.Err()
      case ret, ok := <-req:
         // 别人归还连接
         atomic.AddInt64(&db.waitDuration, int64(time.Since(waitStart)))

         if !ok {
            return nil, errDBClosed
         }
         if strategy == cachedOrNewConn && ret.err == nil && ret.conn.expired(lifetime) {
            ret.conn.Close()
            return nil, driver.ErrBadConn
         }
         if ret.conn == nil {
            return nil, ret.err
         }

         return ret.conn, ret.err
      }
   }

这里需要注意,在ctx超时分支中:

  • 首先把自己从阻塞队列中删除

  • 再检查一下req中是否有连接,如果有,将连接放回连接池

奇怪的是为啥把自己删除后,req还可能收到连接呢?

因为put连接时,会先拿出一个阻塞连接的req,如果这里删除req在put拿出req:

  • 之前:那没问题,put不可能再放该req发送连接

  • 之后:那有可能put往该req发送了连接,因此需要再检查下req中是否有连接,如果有归还

也解释了为啥阻塞队列要用map

  • 用于快速找到自己的req,并删除

最后看看put:

func (db *DB) putConnDBLocked(dc *driverConn, err error) bool {
   if db.closed {
      return false
   }
   if db.maxOpen > 0 && db.numOpen > db.maxOpen {
      return false
   }
   
   // 有阻塞的请求,转移连接
   if c := len(db.connRequests); c > 0 {
      var req chan connRequest
      var reqKey uint64
      for reqKey, req = range db.connRequests {
         break
      }
      delete(db.connRequests, reqKey) // Remove from pending requests.
      if err == nil {
         dc.inUse = true
      }
      req <- connRequest{
         conn: dc,
         err:  err,
      }
      return true
      
      
   // 判断能否放回空闲队列   
   } else if err == nil && !db.closed {
      if db.maxIdleConnsLocked() > len(db.freeConn) {
         db.freeConn = append(db.freeConn, dc)
         db.startCleanerLocked()
         return true
      }
      db.maxIdleClosed++
   }
   return false
}

以上就是关于“Go连接池设计与实现的方法是什么”这篇文章的内容,相信大家都有了一定的了解,希望小编分享的内容对大家有帮助,若想了解更多相关的知识内容,请关注亿速云行业资讯频道。

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