手写数据库连接池---C++11（上）

2024-10-30 10:18:17

总览

项目背景

为了提高MySQL数据库（基于C/S设计）的访问瓶颈，除了在服务器端增加缓存服务器缓存常用的数据之外（例如redis），还可以增加连接池，来提高MySQL Server的访问效率，在高并发情况下，大量的TCP三次握手、MySQL Server连接认证、MySQL Server关闭连接回收资源和TCP四次挥手所耗费的性能时间也是很明显的，增加连接池就是为了减少这一部分的性能损耗。

那么本项目是为了在C/C++项目中，提供MySQL Server的访问效率，实现基于C++代码的数据库连接池模块。

目的都是避免资源的重复创建和销毁，提高程序的效率

正常来说，访问一次数据库需要以下操作：

  • TCP三次握手
  • MySQL连接验证
  • MySQL执行
  • MySQL 的关闭，资源回收
  • TCP四次挥手

而如果使用连接池的话，就仅仅需要第三步 — MySQL执行的时间。

功能介绍

初始连接量（initSize）：
连接池事先会和MySQL Server创建initSize个数的connection连接。
当应用发起MySQL访问时，不用再创建和MySQL Server新的连接，直接从连接池中获取一个可用的连接就可以。
使用完成后，并不去释放connection，而是把当前connection再归还到连接池当中。

最大连接量（maxSize）：
当并发访问MySQL Server的请求增多时，初始连接量已经不够使用了，此时会根据新的请求数量去创建更多的连接给应用去使用。但是新创建的连接数量上限是maxSize，不能无限制的创建连接，因为每一个连接都会占用一个socket资源，一般连接池和服务器程序是部署在一台主机上的，如果连接池占用过多的socket资源，那么服务器就不能接收太多的客户端请求了。当这些连接使用完成后，再次归还到连接池当中来维护。

最大空闲时间（maxIdleTime）：
当访问MySQL的并发请求多了以后，连接池里面的连接数量会动态增加，上限是maxSize个，当这些连接用完再次归还到连接池当中。
如果在指定的maxIdleTime里面，这些新增加的连接都没有被再次使用过，那么新增加的这些连接资源就要被回收掉，只需要保持初始连接量initSize个连接就可以了。

连接超时时间（connectionTimeout）：
当MySQL的并发请求量过大，连接池中的连接数量已经到达maxSize了，而此时没有空闲的连接可供使用，那么此时应用从连接池获取连接无法成功，它通过阻塞的方式获取连接的时间如果超过connectionTimeout时间，那么获取连接失败，无法访问数据库。

该项目主要实现上述的连接池四大功能，其余连接池更多的扩展功能，可以自行实现。

项目功能点设计和技术讲解

连接池代码实现：
ConnectionPool.cpp
ConnectionPool.h

1.连接池只需要一个实例，所以ConnectionPool以单例模式（线程安全的懒汉模式）进行设计
2.从ConnectionPool中可以获取和MySQL的链接Connection
3.空闲连接Connection全部维护在一个线程安全的Connection中，使用线程互斥锁保证队列的安全
4.如果Connection队列为空，还需要再获取连接，此时需要动态创建连接，上限数量是maxSize
5.队列中空闲连接时间超过maxIdleTime的就要被释放掉，只保留初始的initSize个连接就可以了，这个功能点肯定需要放在独立的线程中去做
6.如果Connection队列为空，而此时连接的数量已达上限maxSize，那么等待connectionTimeout时间如果还获取不到空闲的连接，那么获取连接失败，此处从Connection队列获取空闲连接，可以使用带超时时间的mutex互斥锁来实现连接超时时间
7.用户获取的连接用shared_ptr智能指针来管理，用lambda表达式定制连接释放的功能（不真正释放连接，而是把连接归还到连接池中）
8.连接的生产和连接的消费采用生产者-消费者线程模型来设计，使用了线程间的同步通信机制条件变量和互斥锁
在这里插入图片描述

MYSQL连接

安装MySQL：具体可以看这里
创建一个数据库（我创建的是tc_connection）
创建表user，表结构如下
在这里插入图片描述

然后创建一个新的项目(推荐是windows控制台应用)
创建相应空文件
在这里插入图片描述

0.找到mysql默认路径：一般是C:\Program Files\MySQL\MySQL Server 8.0路径下
1.右键项目 - C/C++ - 常规 - 附加包含目录，填写mysql.h头文件的路径
在这里插入图片描述

2.右键项目 - 链接器 - 常规 - 附加库目录，填写libmysql.lib的路径
在这里插入图片描述

3.右键项目 - 链接器 - 输入 - 附加依赖项，填写libmysql.lib库的名字
在这里插入图片描述

4.把libmysql.dll动态链接库（Linux下后缀名是.so库）放在工程目录下
打开项目文件夹
在这里插入图片描述

直接复制一份ibmysql.dll到项目目录下
在这里插入图片描述

编写connection.h头文件

#pragma once
#include<mysql.h>
#include<string>
using namespace std;
/*
实现mysql数据库操作
*/
class connection
{
public:
	// 
	connection();

	~connection();

	//连接数据库
	bool connect(string ip,
		unsigned short port,
		string user,
		string password,
		string dbname);
	

	//更新操作insert，delete，update
	bool update(string sql);

	//查询操作
	MYSQL_RES* query(string sql);
private:
	MYSQL* _conn;
};

补充connection.cpp源文件：

#include "public.h"
#include"connection.h"
#include<string>
#include<iostream>
using namespace std;


connection::connection()
	{
	//初始化连接
	_conn = mysql_init(nullptr);
	}

connection::~connection()
{
	//释放数据库连接资源
	if (_conn != nullptr)
		mysql_close(_conn);
}

bool connection::connect(string ip, unsigned short port, string user, string password,
    string dbname)
{
    MYSQL* p = mysql_real_connect(_conn, ip.c_str(), user.c_str(),
        password.c_str(), dbname.c_str(), port, nullptr, 0);
    return p != nullptr;
}
// 更新操作 insert、delete、update
bool connection::update(string sql)
{
    if (mysql_query(_conn, sql.c_str()))
    {
        LOG("更新失败:" + sql);
        return false;
    }
    return true;
}
// 查询操作 select
MYSQL_RES* connection::query(string sql)
{
    if (mysql_query(_conn, sql.c_str()))
    {
        LOG("查询失败:" + sql);
        return nullptr;
    }
    return mysql_use_result(_conn);
}

运行main函数，添加一条数据库记录
main（）：

#include<iostream>
using namespace std;
#include"connection.h"
int main()
{
	connection conn;
	char sql[1024] = { 0 };
	sprintf(sql, "insert into user(name,age,sex) values('%s',%d,'%s')",
		"zhang san",20,"male");
    conn.connect("127.0.0.1", 3306, "root", "jiabei880", "tc_connection");
	/*if (bb == true) cout << "成功" << endl;
	else cout << "失败" << endl;*/
	conn.update(sql);
	return 0;

运行测试成功后
查询数据库是否有数据加入
在这里插入图片描述
成功

连接池单例代码

连接池头文件 — 连接池使用单例模式创建

#pragma once
#include<string>
#include<queue>
#include<mutex>
#include<atomic>
using namespace std;
#include"connection.h"
/*
实现连接池功能模块
*/

class ConnectionPool
{
public:
	//获取连接池对象实例
	static ConnectionPool* getConnectionPool();

private:
	ConnectionPool();//单例1 构造函数私有化

	bool loadConfigFile();//从配置文件中加载配置项

	string _ip;  //mysql的ip地址
	unsigned short _port;  //mysql的端口号--默认3306
	string _username;  //mysql登录用户名
	string _password;  //密码
	int _initSize;  //连接池的初始连接量
	int _maxSize;  //连接池的最大连接量
	int _maxIdleTime;  //连接池最大空闲时间
	int _connectionTimeout;  //连接池获取连接的超时时间
	string _dbname;  //数据库名称
};

源文件

// mysqlconnection.cpp : 此文件包含 "main" 函数。程序执行将在此处开始并结束。
//

#include"mysqlconnection.h"
#include"public.h"
#include <iostream>

//线程安全的懒汉单例函数接口
ConnectionPool* ConnectionPool::getConnectionPool()
{
	static ConnectionPool pool;//编译器来lock和unlock，安全
	return &pool;
}
//连接池的构造
ConnectionPool::ConnectionPool()
{
}

加载连接池性能参数配置

通过一个txt文本来保持配置文件，之后使用就修改配置文件，而不需要在代码中修改。

#数据库连接池的配置文件
ip=127.0.0.1
port=3306
username=root
password=jiabei880
initSize=10
maxSize=1024
#最大空闲时间，默认单位是秒
maxIdleTime=60
#连接超时时间，单位是毫秒
maxConnnectionTimeOut=100

头文件中添加数据加载方法


	queue<connection*> _connectionQue;  //存储mysql连接的队列
	mutex _queueMutex;  //维护连接队列的线程安全互斥锁
	atomic_int  _connectionCnt;//记录连接所创建的connection连接的总数量

源文件中实现

// mysqlconnection.cpp : 此文件包含 "main" 函数。程序执行将在此处开始并结束。
//

#include"mysqlconnection.h"
#include"public.h"
#include <iostream>

//线程安全的懒汉单例函数接口
ConnectionPool* ConnectionPool::getConnectionPool()
{
	static ConnectionPool pool;//编译器来lock和unlock，安全
	return &pool;
}


bool ConnectionPool::loadConfigFile()
{
	FILE* pf = fopen("mysqlcnf.txt", "r");
	if (pf == nullptr)
	{
		LOG("mysqlcnf.txt file is not exist!");
		return false;
	}

	while (!feof(pf))
	{
		char line[1024] = { 0 };
		fgets(line, 1024, pf);
		string str = line;
		int idx = str.find('=', 0);
		if (idx == -1) // 无效配置项(注释)
		{
			continue;
		}

		int endidx = str.find('\n', idx);
		string key = str.substr(0, idx); 
		string value = str.substr(idx + 1, endidx - idx-1);

		if (key == "ip")
		{
			_ip = value;
		}
		else if (key == "port")
		{
			_port = atoi(value.c_str());
		}
		else if (key == "username")
		{
			_username = value;
		}
		else if (key == "password")
		{
			_password = value;
		}
		else if (key == "dbname")
		{
			_dbname = value;
		}
		else if (key == "initSize")
		{
			_initSize = atoi(value.c_str());
		}
		else if (key == "maxSize")
		{
			_maxSize = atoi(value.c_str());
		}
		else if (key == "maxIdleTime")
		{
			_maxIdleTime = atoi(value.c_str());
		}
		else if (key == "connectionTimeOut")
		{
			_connectionTimeout = atoi(value.c_str());
		}
	}




	return true;
}


//连接池的构造
ConnectionPool::ConnectionPool()
{
	//加载配置项
	if (!loadConfigFile())
	{
		return;
	}

	//创建初始数量的连接
	for (int i = 0; i < _initSize; ++i)
	{
		connection* p = new connection();
		p->connect(_ip, _port, _username, _password, _dbname);
		_connectionQue.push(p);
		_connectionCnt++;
	}
}
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