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一、MySQL連接池設計

數據庫連接池是程序啟動時建立足夠的數據庫連接，并將這些連接組成一個連接池，由程序動態地對池中的連接進行申請，使用，釋放。

1. 連接池解決了什么問題？

連接池的作用 （好處）

• 資源復用
  減少資源浪費，不再頻繁創建和銷毀連接，降低了系統資源的消耗。if不使用連接池，每次數據庫請求都新建一條連接，將耗費系統資源。
• 更快的系統響應速度
  一次連接的建立和銷毀，可復用同一條連接多次執行SQL語句。
  通過復用連接池中的連接，避免了重復的連接創建過程，大大縮短了數據庫操作的響應時間，在高并發場景下，顯著提升了系統的整體性能。
• 提升應用穩定性
  連接池可以對連接進行統一管理，當出現連接泄漏（即應用程序獲取連接后未正確歸還）等問題時，連接池能夠進行一定程度的檢測和處理，避免因連接問題導致應用程序崩潰。

為什么不創建多條連接而用連接池

因為同一條數據庫連接上串行執行sql語句的，而并發執行（創建多條連接）sql語句帶來的副作用是需要考慮事務。本質連接池是一個數據庫連接的緩存容器

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2. 同步和異步連接池的區別

同步連接池（場景局限，應用服務器啟動時初始化資源）

當前線程從連接池（線程安全）中獲取可用連接（ 未被鎖定的連接），描述當前最多允許幾個線程或協程并發使用連接。

異步連接池（應用在服務器啟動后處理業務）

任意線程向連接池投遞SQL語句執行請求，連接池依次從隊列里取任務執行。用戶請求間接（通過異步回調接收數據庫返回）獲取數據庫應
答。描述著當前最多允許幾個連接同時執行 SQL 語句。

• 獲取返回值
  同步鏈接(Synchronous)： 通過 接口的返回值 接受數據庫返回值，主線程會堵塞。
  異步連接(Asynchronous)： 通過 回調函數 接受數據庫返回值，主線程不會堵塞。

3. 單條MySQL連接過程

第一次訪問的時候需要建立連接，但是之后的訪問，均會復用之前的創建的連接，直接執行SQL語句即可.

每次執行一條SQL語句的網絡交互有：
1）TCP建立連接的三次握手（客戶端與mysql服務器的連接基于tcp）
2） MySQL認證的三次握手
3） 真正的SQL執行
4） MySQL的關閉
5） TCP的四次揮手關閉

連接池的運行流程
它在系統初始化時創建一定數量的數據庫連接對象，并將這些連接維護在一個池中。當應用程序需要與 MySQL 數據庫進行交互時，無需重新創建新的連接，而是從連接池中獲取一個已有的連接；
當操作完成后，再將該連接歸還到連接池中，以便后續其他請求復用。這種方式大大減少了連接創建和銷毀的開銷。

• MySQL連接的要素：主機IP、主機端口、用戶名、密碼
  連接池連接數公式： 連接數=（核心數*2）+有效磁盤數
  連接池與線程池區別：連接池被動使用，線程池是主動不斷的從隊列中去執行任務

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4. 連接池的實現

優秀筆記： MySQL連接池使用步驟

安裝接口庫

//MYSQL的驅動
libmysqlclient     //純c實現
libmysqlcppconn    //c++實現，使用了異常機制
//阻塞io=================================//安裝 libmysqlcppconn
sudo apt-get install libmysqlcppconn-dev**頭文件: /usr/include/cppconn/*.h
**庫文件: /uer/lib/x86_64-linux-gnu/libmysqlcppconn.alibmysqlcppconn.so

異步連接

基于連接去執行命令（send）和等待結果（recv）的過程是一個耗時操作，考慮使用線程池去實現。

因為線程要獲取，命令的返回值結果作為執行命令的參數，所以我們引入future-promise，來獲取結果

主線程創建 promise 并獲取 future。
新線程執行 database_query()，查詢完成后調用 prom.set_value(result) 傳遞查詢結果。
主線程阻塞等待 fut.get() 獲取 SQL 查詢結果

代碼實現

//MySQLConnPool.hnamespace sql {class ResultSet;
}
//前置聲明  防止依賴過深
class MySQLConn;
template <typename T>
class BlockingQueue;class SQLOperation;class MySQLConnPool {
public://獲取單例static MySQLConnPool *GetInstance(const std::string &db);void InitPool(const std::string &url, int pool_size);//輸入sql語句，執行對應的回調函數QueryCallback Query(const std::string &sql, std::function<void(std::unique_ptr<sql::ResultSet>)> &&cb);private:MySQLConnPool(const std::string &db) : database_(db) {}~MySQLConnPool();std::string database_;std::vector<MySQLConn *> pool_;//因為數據庫有多個，但是我們每次只訪問一個，所以用單例模式//一個數據庫對應一個單例，所以用unordered_map存儲static std::unordered_map<std::string, MySQLConnPool *> instances_;//阻塞隊列 存儲sql操作BlockingQueue<SQLOperation *> *task_queue_;
};//MySQLConn.h//前置聲明
namespace sql 
{class Driver;class Connection;class SQLException;class ResultSet;
}class MySQLWorker;template <typename T>
class BlockingQueue;class SQLOperation;struct MySQLConnInfo {explicit MySQLConnInfo(const std::string &info, const std::string &db);std::string user;std::string password;std::string database;std::string url;
};class MySQLConn {
public:MySQLConn(const std::string &info, const std::string &db, BlockingQueue<SQLOperation *> &task_queue);~MySQLConn();//自定義 連接函數，防止連接中斷int Open();void Close();//執行sql語句sql::ResultSet* Query(const std::string &sql);private://異常處理函數void HandlerException(sql::SQLException &e);//sql驅動，連接sql::Driver *driver_;sql::Connection *conn_;//對應的線程對象MySQLWorker *worker_;MySQLConnInfo info_;
};//MySQLWorker.hclass MySQLConn;template <typename T>
class BlockingQueue;class SQLOperation;class MySQLWorker {
public://傳入連接線程，和執行命令隊列MySQLWorker(MySQLConn *conn, BlockingQueue<SQLOperation *> &task_queue);~MySQLWorker();void Start();void Stop();private://工作線程void Worker();MySQLConn *conn_;std::thread worker_;//任務隊列BlockingQueue<SQLOperation *> &task_queue_;
};//SQLOperation.hnamespace sql
{class ResultSet;
}class MySQLConn;class SQLOperation {
public:explicit SQLOperation(const std::string &sql) : sql_(sql) {}void Execute(MySQLConn *conn);std::future<std::unique_ptr<sql::ResultSet>> GetFuture() {return promise_.get_future();}private:std::string sql_;std::promise<std::unique_ptr<sql::ResultSet>> promise_;
};//QueryCallback.hnamespace sql
{class ResultSet;
}class QueryCallback {
public:QueryCallback(std::future<std::unique_ptr<sql::ResultSet>> &&future, std::function<void(std::unique_ptr<sql::ResultSet>)> &&cb): future_(std::move(future)), cb_(std::move(cb)){}bool InvokeIfReady() {if (future_.wait_for(std::chrono::seconds(0)) == std::future_status::ready) {cb_(std::move(future_.get()));return true;}return false;}
private:std::future<std::unique_ptr<sql::ResultSet>> future_;std::function<void(std::unique_ptr<sql::ResultSet>)> cb_;
};//AsyncProcessor.hclass QueryCallback;
class AsyncProcessor
{
public:void AddQueryCallback(QueryCallback &&query_callback);void InvokeIfReady();private:std::vector<QueryCallback> pending_queries_;
};

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優秀筆記：
1. 池式結構–MYSQL連接池
2. mysql連接池的實現
3. MySQL連接池原理及設計
參考學習：https://github.com/0voice