[mysql 基于C++实现数据库连接池 连接池的使用] 持续更新中
发布时间：2023年12月30日
目背景
常见的MySQL、Oracle、SQLServer等数据库都是基于C/S架构设计的，即（客户端/服务器）架构，也就是说我们对数据库的操作相当于一个客户端，这个客户端使用既定的API把SQL语句通过网络发送给服务器端，MySQL Server执行完SQL语句后将结果通过网络返回客户端。通过网络通信的话就要涉及到TCP/IP协议里的“三次握手”、“四次挥手”等，大量访问时，每一个用户的请求都会对应一次“三次握手”、“四次挥手”的过程，这个性能的消耗是相当严重的；
对于数据库本质上是对磁盘的操作，如果对数据库的访问过多，即（I/O）操作过多，会出现访问瓶颈。
而常见的解决数据库访问瓶颈的方法有两种：
一、为减少磁盘 I/O的次数，在数据库和服务器的应用中间加一层 缓存数据库（例如：Redis、Memcache）;
二、增加 连接池，来减少高并发情况下大量 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。
mysqlconn.hpp 实现连接 增删改查操作
#include <mysql/mysql.h>
#include <iostream>
#include <string>
#include <ctime>
#include <chrono>
#include <memory>
#define INFO 1
#define WARNING 2
#define ERROR 3
#define FATAL 4
#define LOG(level, message) Log(#level, message, __FILE__, __LINE__)
void Log(std::string level, std::string message, std::string file_name, int line)
{
std::cout<<"["<<level<<"]["<<time(nullptr)<<"]["<<message<<"]["<<file_name<<"]["<<line<<"]"<<std::endl;
}
class mysqlconn{
private:
MYSQL *m_conn = nullptr;
MYSQL_RES* m_res = nullptr;//查询结果集
MYSQL_ROW m_row;//记录结构体
void freeResult()
{
if(m_res)
{
mysql_free_result(m_res);
m_res = nullptr;
}
}
std::chrono::steady_clock::time_point m_aliveTime;
public:
mysqlconn()
{
//获取一个MYSQL句柄
m_conn = mysql_init(nullptr);
//设置字符集
mysql_set_character_set(m_conn,"utf8");
}
~mysqlconn()
{
freeResult();
if(m_conn != nullptr)
{
mysql_close(m_conn);
}
}
bool query(std::string sql){
freeResult();
if(mysql_query(m_conn, sql.c_str())){
return false;
}
m_res = mysql_store_result(m_conn);
return true;
}
//更新 修改 删除
bool update(std::string sql){
return mysql_query(m_conn, sql.c_str());
}
//连接指定的数据库
bool connect(std::string ip, std::string user, std::string passwd, std::string dbName, unsigned int port)
{
return mysql_real_connect(m_conn, ip.c_str(), user.c_str(), passwd.c_str(), dbName.c_str(), port,nullptr,0) != nullptr;
}
//遍历得到的结果集
bool next()
{
if(m_res != nullptr)
{
m_row = mysql_fetch_row(m_res); //获取一行
if(m_row != nullptr)
{
return true;
}
}
return false;
}
//获取结果集里的值
std::string value(int index){
int rowCount = mysql_num_fields(m_res); //返回结果集中字段数目
if(index >= rowCount || index < 0)
{
return std::string();
}
char* ans = m_row[index];
unsigned long length = mysql_fetch_lengths(m_res)[index];
return std::string(ans,length);
}
//事务处理提交方式
bool transaction()
{
return mysql_autocommit(m_conn,false);
}
//事务提交
bool commit()
{
return mysql_commit(m_conn);
}
//事务回滚
bool rollback()
{
return mysql_rollback(m_conn);
}
//更新空闲时间点
void refreshAliveTime(){
m_aliveTime = std::chrono::steady_clock::now();
}
//计算连接空闲时长
long long getAliveTime()
{
std::chrono::duration<double> diff = std::chrono::steady_clock::now() - m_aliveTime; //nanosecods 纳秒
return diff.count();
}
};
connpool.hpp 连接池
#include <mutex>
#include <condition_variable>
#include <queue>
#include <fstream>
#include <thread>
#include "mysqlconn.hpp"
class ConnectionPool
{
private:
std::string m_user;
std::string m_passwd;
std::string m_ip;
std::string m_dbName;
unsigned short m_port;
//连接的上限和下限,自动维护线程池的连接数
int m_minSize;
int m_maxSize;
//连接的超时时长
int m_timeout;
int m_maxIdleTime;
//线程同步
std::mutex m_mutexQ; //互斥锁
std::condition_variable m_cond; //条件变量
std::queue<mysqlconn *> m_connectionQ; //共享资源
public:
//对外接口,获取线程池
//静态局部变量是线程安全的
static ConnectionPool *getConnectPool()
{
static ConnectionPool pool;
return &pool;
}
//获取线程池中的连接
std::shared_ptr<mysqlconn> getConnection()
{
//需要操作共享资源
std::unique_lock<std::mutex> locker(m_mutexQ);
//判断连接池队列为空
while(m_connectionQ.empty())
{
if(std::cv_status::timeout == m_cond.wait_for(locker, std::chrono::milliseconds(m_timeout)))
{
if(m_connectionQ.empty())
{
continue;
}
}
}
//自定义shared_ptr析构方法,重新将连接放回到连接池中,而不是销毁
std::shared_ptr<mysqlconn> connptr(m_connectionQ.front(),[this](mysqlconn *conn){
std::unique_lock<std::mutex> locker(m_mutexQ);
conn->refreshAliveTime();
m_connectionQ.push(conn);
});
//弹出,放到了队尾
m_connectionQ.pop();
m_cond.notify_all();
return connptr;
}
//防止外界通过拷贝构造函数和移动拷贝构造函数
ConnectionPool(const ConnectionPool &obj) = delete;
ConnectionPool& operator=(const ConnectionPool& obj) = delete;
~ConnectionPool()
{
while(!m_connectionQ.empty())
{
mysqlconn *conn = m_connectionQ.front();
m_connectionQ.pop();
delete conn;
}
}
private:
//构造函数私有化
ConnectionPool()
{
//加载配置文件
if(!parseJsonFile())
{
return;
}
//创建最少连接数
for(int i=0;i<m_minSize;++i)
{
addConnect();
}
//创建子线程用于检测并创建新的连接
std::thread producer(&ConnectionPool::produceConnection,this);
//销毁连接,检测并销毁连接
std::thread recycler(&ConnectionPool::recycleConnection,this);
//设置线程分离
producer.detach();
recycler.detach();
}
//解析配置文件
bool parseJsonFile(){ //可以通过配置文件配置数据 这里写死
m_ip = "127.0.0.1";
m_user = "pig";
m_passwd = "test1234";
m_dbName = "test";
m_port = 3306;
m_minSize = 10;
m_maxSize = 100;
m_timeout = 10;
m_maxIdleTime = 20;
return true;
}
//任务函数
void produceConnection() //生产数据库连接
{
//通过轮询的方式不断的去检测
while(true)
{
//操作共享资源,需要加锁
std::unique_lock<std::mutex> locker(m_mutexQ);
//判断连接数是否达到容量,如果大于等于容量则需要阻塞一段时间
while (m_connectionQ.size() >= m_maxSize)
{
m_cond.wait(locker);
}
addConnect();
m_cond.notify_all(); //唤醒消费者
}
}
void recycleConnection() //销毁数据库连接
{
while(true)
{
//休眠一定的时长
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::milliseconds(500));
std::unique_lock<std::mutex> locker(m_mutexQ);
//让线程池中最少保持用于 m_minSize个线程
while(m_connectionQ.size() > m_minSize)
{
mysqlconn *recyConn = m_connectionQ.front();
//如果超时则销毁
if(recyConn->getAliveTime() >= m_maxIdleTime)
{
m_connectionQ.pop();
delete recyConn;
}
else
{
break;
}
}
}
}
void addConnect() //添加连接
{
mysqlconn *conn = new mysqlconn;
conn->connect(m_ip,m_user,m_passwd,m_dbName,m_port);
conn->refreshAliveTime();
m_connectionQ.push(conn);
}
};
main.cpp 测试主函数 单线程 连接池 多线程连接池
#include "connpool.hpp"
void pthread1_no_pool()
{
clock_t begin = clock();
std::unique_ptr<mysqlconn> sp = std::make_unique<mysqlconn>();
bool connflag = sp->connect("127.0.0.1","pig","test1234", "test",3306);
if(connflag == false) return;
for (int i = 0; i < 4 * 1000; ++i)
{
sp->refreshAliveTime();
char sql[1024] = { 0 };
sprintf(sql, "insert into tb_file values('%d','%s','%s');",
i, "pthread1_no_pool", "1.png");
auto upflag = sp->update(sql);
}
clock_t end = clock();
std::cout << "pthread1_no_pool:" << (end - begin) << "ms" << std::endl;
}
void pthread1_use_pool(){
ConnectionPool *cp = ConnectionPool::getConnectPool();
clock_t begin = clock();
std::shared_ptr<mysqlconn> sp = cp->getConnection();
for (int i = 0; i < 1000 * 4; ++i)
{
char sql[1024] = { 0 };
sprintf(sql, "insert into tb_file(id, name, file) values('%d','%s','%s');",
i, "pthread1_use_pool", "1.png");
sp->update(sql);
}
clock_t end = clock();
std::cout <<"pthread1_use_pool:" << (end - begin) << "ms" << std::endl;
}
void pthread4_no_pool()
{
clock_t begin = clock();
std::thread tt[4];
for(int n = 0; n < 4; n++){
tt[n] = std::thread([=]{
std::unique_ptr<mysqlconn> sp = std::make_unique<mysqlconn>();
sp->connect("127.0.0.1","pig","test1234", "test",3306);
for (int i = 0; i < 1000 * (n + 1); ++i)
{
sp->refreshAliveTime();
char sql[1024] = { 0 };
sprintf(sql, "insert into tb_file values('%d','%s','%s');",
i, "pthread1_no_pool", "1.png");
sp->update(sql);
}
});
}
for(int i = 0; i < 4; i++){
tt[i].join();
}
clock_t end = clock();
std::cout <<"pthread4_no_pool:" << (end - begin) << "ms" << std::endl;
}
void work(ConnectionPool *cp , int l){
std::shared_ptr<mysqlconn> sp = cp->getConnection();
for (int i = l * 1000; i < 1000 * (l + 1); ++i)
{
char sql[1024] = { 0 };
sprintf(sql, "insert into tb_file values('%d','%s','%s');",
i, "pthread1_use_pool", "1.png");
auto upflag = sp->update(sql);
if(upflag != 0)
{
std::cout <<"pthread4_use_pool:" << upflag << sql << std::endl;
continue;
}
}
}
void pthread4_use_pool()
{
ConnectionPool *cp = ConnectionPool::getConnectPool();
clock_t begin = clock();
std::thread tt[4];
for(int i = 0; i < 4; i++){
tt[i] = std::thread(work, cp, i);
}
for(int i = 0; i < 4; i++){
tt[i].join();
}
clock_t end = clock();
std::cout <<"pthread4_use_pool:" << (end - begin) << "ms" << std::endl;
}
// g++ -o main main.cpp connpool.hpp mysqlconn.hpp -lmysqlclient -std=c++14 -lpthread
int main()
{
/*单线程 不使用连接池*/
//LOG(INFO, "pthread1_no_pool test:");
//pthread1_no_pool();
/*单线程 使用连接池*/
//LOG(INFO, "pthread1_use_pool test:");
//pthread1_use_pool();
/*多线程 不使用连接池*/
LOG(INFO, "pthread4_no_pool test:");
pthread4_no_pool();
/*多线程 使用连接池*/
//LOG(INFO, "pthread4_use_pool test:");
//pthread4_use_pool();
return 0;
}
单线程 无连接池 4000条数据插入
单线程 连接池 4000条数据插入
4线程 无连接池
4线程 连接池
测试结果 和预期一样 多线程下使用连接池中的连接 比重复建立连接快很多
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