基于HiKariCP组件，分析连接池原理

池塘里养：Connection；

1、基础案例

HiKariCP作为SpringBoot2框架的默认连接池，号称是跑的最快的连接池，数据库连接池与之前两篇提到的线程池和对象池，从设计的原理上都是基于池化思想，只是在实现方式上有各自的特点；首先还是看HiKariCP用法的基础案例：

import com.zaxxer.hikari.HikariConfig; import com.zaxxer.hikari.HikariDataSource; import java.sql.Connection; import java.sql.ResultSet; import java.sql.Statement;  public class ConPool {     private static HikariConfig buildConfig (){         HikariConfig hikariConfig = new HikariConfig() ;         // 基础配置         hikariConfig.setJdbcUrl("jdbc:mysql://127.0.0.1:3306/junit_test?characterEncoding=utf8");         hikariConfig.setUsername("root");         hikariConfig.setPassword("123456");         // 连接池配置         hikariConfig.setPoolName("dev-hikari-pool");         hikariConfig.setMinimumIdle(4);         hikariConfig.setMaximumPoolSize(8);         hikariConfig.setIdleTimeout(600000L);         return hikariConfig ;     }     public static void main(String[] args) throws Exception {         // 构建数据源         HikariDataSource dataSource = new HikariDataSource(buildConfig()) ;         // 获取连接         Connection connection = dataSource.getConnection() ;         // 声明SQL执行         Statement statement = connection.createStatement();         ResultSet resultSet = statement.executeQuery("SELECT count(1) num FROM jt_activity") ;         // 输出执行结果         if (resultSet.next()) {             System.out.println("query-count-result："+resultSet.getInt("num"));         }     } }

2、核心相关类

• HikariDataSource类：汇集数据源描述的相关信息，例如配置、连接池、连接对象、状态管理等；
• HikariConfig类：维护数据源的配置管理，以及参数校验，例如userName、passWord、minIdle、maxPoolSize等；
• HikariPool类：提供对连接池与池中对象管理的核心能力，并实现池相关监控数据的查询方法；
• ConcurrentBag类：抛弃了常规池中采用的阻塞队列作为容器的方式，自定义该并发容器来存储连接对象；
• PoolEntry类：拓展连接对象的信息，例如状态、时间等，方便容器中追踪这些实例化对象；

通过对连接池中几个核心类的分析，也能直观地体会到该源码的设计原理，与上篇总结的对象池应用有异曲同工之妙，只是不同的组件不同的开发者在实现的时候，都具备各自的抽象逻辑。

3、加载逻辑

通过配置信息去构建数据源描述，在构造方法中基于配置再去实例化连接池，在HikariPool的构造中，实例化ConcurrentBag容器对象；下面再从源码层面分析实现细节。

1、容器结构

容器ConcurrentBag类提供PoolEntry类型的连接对象存储，以及基本的元素管理能力，对象的状态描述；虽然被HikariPool对象池类所持有，但是实际的操作逻辑是在该类中；

1.1 基础属性

其中最为核心的是sharedList共享集合、threadList线程级缓存、handoffQueue即时队列；

// 共享对象集合，存放数据库连接 private final CopyOnWriteArrayList<T> sharedList; // 缓存线程级连接对象，会被优先使用，避免被争抢 private final ThreadLocal<List<Object>> threadList; // 等待获取连接的线程数 private final AtomicInteger waiters; // 标记是否关闭 private volatile boolean closed; // 即时处理连接的队列，当有等待线程时，通过该队列将连接分配给等待线程 private final SynchronousQueue<T> handoffQueue;

1.2 状态描述

在ConcurrentBag类中的IConcurrentBagEntry内部接口，被PoolEntry类实现，该接口定义连接对象的状态：

• STATE_NOT_IN_USE：未使用，即闲置中；
• STATE_IN_USE：使用中；
• STATE_REMOVED：被废弃；
• STATE_RESERVED：保留态，中间状态，用于尝试驱逐连接对象时；

2、包装对象

容器的基本能力是用来存储连接对象的，而对象的管理则需要很多扩展的跟踪信息，以有效的完成各种场景下的识别，此时就需要借助包装类的引入；

// 业务真正使用的连接对象 Connection connection; // 最近访问时间 long lastAccessed; // 最近借出时间 long lastBorrowed; // 状态描述 private volatile int state = 0; // 是否驱逐 private volatile boolean evict; // 生命周期结束时的调度任务 private volatile ScheduledFuture<?> endOfLife; // 连接生成的Statement对象 private final FastList<Statement> openStatements; // 池对象 private final HikariPool hikariPool;

这里需要注意FastList类实现List接口，为HiKariCP组件自定义，相比ArrayList类，出于对性能的追求，在元素的管理时，去掉诸多的范围校验。

基于连接池的常规用法，来看看连接对象具体是如何管理，比如被借出，被释放，被废弃等，以及这些操作下对象的状态转换过程；

1、初始化

上文加载逻辑的描述中，已经提到在构建数据源的时候，会根据配置实例化连接池，在初始化的时候，基于两个核心切入点来分析源码：1.实例化多少连接对象、2.连接对象转换包装对象；

在连接池的构造中执行了checkFailFast方法，在该方法内执行MinIdle最小空闲数的判断，如果大于0，则创建一个包装对象并放入容器中；

public HikariPool(final HikariConfig config) ; private void checkFailFast() {     final PoolEntry poolEntry = createPoolEntry();     if (config.getMinimumIdle() > 0) {         connectionBag.add(poolEntry);     } }

需要注意两个问题，创建的连接包装对象，初始状态是0即闲置中；另外虽然案例中设置MinIdle=4的值，但是这里的判断大于0，也只在容器中预先放入一个空闲对象；

2、借用对象

从池中获取连接对象时，实际调用的是容器类中的borrow方法：

public Connection HikariPool.getConnection(final long hardTimeout) throws SQLException ; public T ConcurrentBag.borrow(long timeout, final TimeUnit timeUnit) throws InterruptedException ;

在执行borrow方法时，涉及如下几个核心步骤与逻辑：

public T borrow(long timeout, final TimeUnit timeUnit) throws InterruptedException {     // 遍历本地线程缓存     final List<Object> list = threadList.get();     for (int i = list.size() - 1; i >= 0; i--) {        final Object entry = list.remove(i);        final T bagEntry = weakThreadLocals ? ((WeakReference<T>) entry).get() : (T) entry;        if (bagEntry != null && bagEntry.compareAndSet(STATE_NOT_IN_USE, STATE_IN_USE)) { }     }     // 增加等待线程数     final int waiting = waiters.incrementAndGet();     try {         // 遍历Shared共享集合         for (T bagEntry : sharedList) {            if (bagEntry.compareAndSet(STATE_NOT_IN_USE, STATE_IN_USE)) { }         }         // 一定时间内轮询handoff队列         listener.addBagItem(waiting);         timeout = timeUnit.toNanos(timeout);         do {            final T bagEntry = handoffQueue.poll(timeout, NANOSECONDS);         }      } finally {         // 减少等待线程数        waiters.decrementAndGet();     } }

• 首先反向遍历本地线程缓存，如果存在空闲连接，则返回该对象；如果没有则寻找共享集合；
• 遍历Shared共享集合前，会标记等待线程数加1，如果存在空闲连接则直接返回；
• 当Shared共享集合中也没有空闲连接时，这时当前线程进行一定时间的handoffQueue队列轮询，可能会有资源的释放，也可能是新添加的资源；

注意这里在遍历集合时，取出的对象都会对状态进行判断和更新，如果得到空闲对象，会更新为IN_USE状态，然后返回；

3、释放对象

从池中释放连接对象时，实际调用的是容器类中的requite方法：

void HikariPool.recycle(final PoolEntry poolEntry) ; public void ConcurrentBag.requite(final T bagEntry) ;

在释放连接对象时，首先更新对象状态为空闲，然后判断当前是否有等待的线程，在borrow方法中等待线程会进入一定时间的轮询，如果没有的话则把对象放入本地线程缓存中：

public void requite(final T bagEntry) {     // 更新状态     bagEntry.setState(STATE_NOT_IN_USE);     // 等待线程判断     for (int i = 0; waiters.get() > 0; i++) {         if (bagEntry.getState() != STATE_NOT_IN_USE || handoffQueue.offer(bagEntry)) { }     }     // 本地线程缓存     final List<Object> threadLocalList = threadList.get();     if (threadLocalList.size() < 50) {         threadLocalList.add(weakThreadLocals ? new WeakReference<>(bagEntry) : bagEntry);     } }

注意这里涉及到连接对象的状态从使用中转为NOT_IN_USE空闲；borrow与requite作为连接池中两个核心方法，负责资源创建与回收；

最后本篇文章并没有站在HiKariCP组件的整体设计上构思，只是分析连接池这冰山一角，尽管只是部分源码，但是已经足够彰显出作者对于性能的极致追求，比如：本地线程缓存、自定义容器类型、FastList等；能被普遍采用必然存在诸多支撑的理由。

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