背景

開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序久了，總想刨根問(wèn)底，尤其對(duì)一些有公共答案的問(wèn)題。大家都能解釋?zhuān)亲犯康祝冀忉尣磺濉７彩嵌加袨槭裁矗矣脭?shù)字說(shuō)明問(wèn)題是最直觀的。

本文主要想探究一下連接數(shù)據(jù)庫(kù)的細(xì)節(jié)，尤其是在 Web 應(yīng)用中要使用數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)連接池，以免每次發(fā)送一次請(qǐng)求就重新建立一次連接。

對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，答案都是一致的，建立數(shù)據(jù)庫(kù)連接很耗時(shí)，但是這個(gè)耗時(shí)是都多少呢，又是分別在哪些方面產(chǎn)生的耗時(shí)呢?

分析

本文以連接 MySQL 數(shù)據(jù)庫(kù)為例，因?yàn)?MySQL 數(shù)據(jù)庫(kù)是開(kāi)源的，其通信協(xié)議是公開(kāi)的，所以我們能夠詳細(xì)分析建立連接的整個(gè)過(guò)程。

在本文中，消耗資源的分析主要集中在網(wǎng)絡(luò)上，當(dāng)然，資源也包括內(nèi)存、CPU 等計(jì)算資源，使用的編程語(yǔ)言是 Java，但是不排除編程語(yǔ)言也會(huì)有一定的影響。

首先先看一下連接數(shù)據(jù)庫(kù)的 Java 代碼，如下：

Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");

String name = "shine_user";
String password = "123";
String url = "jdbc:mysql://172.16.100.131:3306/clever_mg_test";
Connection conn = DriverManager.getConnection(url, name, password);
// 之后程序終止，連接被強(qiáng)制關(guān)閉

然后通過(guò)「Wireshark」分析整個(gè)連接的建立過(guò)程，如下：

Wireshark 抓包

在上圖中顯示的連接過(guò)程中，可以看出 MySQL 的通信協(xié)議是基于 TCP 傳輸協(xié)議的，而且該協(xié)議是二進(jìn)制協(xié)議，不是類(lèi)似于 HTTP 的文本協(xié)議。

其中建立連接的過(guò)程具體如下：

• 第 1 步：建立 TCP 連接，通過(guò)三次握手實(shí)現(xiàn)。
• 第 2 步：服務(wù)器發(fā)送給客戶(hù)端「握手信息」，客戶(hù)端響應(yīng)該握手消息。
• 第 3 步：客戶(hù)端「發(fā)送認(rèn)證包」，用于用戶(hù)驗(yàn)證，驗(yàn)證成功后，服務(wù)器返回 OK 響應(yīng)，之后開(kāi)始執(zhí)行命令。

用戶(hù)驗(yàn)證成功之后，會(huì)進(jìn)行一些連接變量的設(shè)置，比如字符集、是否自動(dòng)提交事務(wù)等，其間會(huì)有多次數(shù)據(jù)的交互。完成了這些步驟后，才會(huì)執(zhí)行真正的數(shù)據(jù)查詢(xún)和更新等操作。

在本文的測(cè)試中，只用了 5 行代碼來(lái)建立連接，但是并沒(méi)有通過(guò)該連接去執(zhí)行任何操作，所以在程序執(zhí)行完畢之后，連接不是通過(guò) Connection.close() 關(guān)閉的，而是由于程序執(zhí)行完畢，導(dǎo)致進(jìn)程終止，造成與數(shù)據(jù)庫(kù)的連接異常關(guān)閉，所以最后會(huì)出現(xiàn) TCP 的 RST 報(bào)文。

在這個(gè)最簡(jiǎn)單的代碼中，沒(méi)有設(shè)置任何額外的連接屬性，所以在設(shè)置屬性上占用的時(shí)間可以認(rèn)為是最少的(其實(shí)，雖然我們沒(méi)有設(shè)置任何屬性，但是驅(qū)動(dòng)仍然設(shè)置了字符集、事務(wù)自動(dòng)提交等，這取決于具體的驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn))，所以整個(gè)連接所使用的時(shí)間可以認(rèn)為是最少的。

但從統(tǒng)計(jì)信息中可以看出，在不包括最后 TCP 的 RST 報(bào)文時(shí)(因?yàn)樵搱?bào)文不需要服務(wù)器返回任何響應(yīng))，但是其中仍需在客戶(hù)端和服務(wù)器之間進(jìn)行往返「7」次，「也就是說(shuō)完成一次連接，可以認(rèn)為，數(shù)據(jù)在客戶(hù)端和服務(wù)器之間需要至少往返 7 次」。

從時(shí)間上來(lái)看，從開(kāi)始 TCP 的三次握手，到最終連接強(qiáng)制斷開(kāi)為止(不包括最后的 RST 報(bào)文)，總共花費(fèi)了：

10.416042 - 10.190799 = 0.225243s = 225.243ms

這意味著，建立一次數(shù)據(jù)庫(kù)連接需要 225ms，而這還是還可以認(rèn)為是最少的，當(dāng)然「花費(fèi)的時(shí)間可能受到網(wǎng)絡(luò)狀況、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器性能以及應(yīng)用代碼是否高效的影響」，但是這里只是一個(gè)最簡(jiǎn)單的例子，已經(jīng)足夠說(shuō)明問(wèn)題了!

由于上面是程序異常終止了，但是在正常的應(yīng)用程序中，連接的關(guān)閉一般都是通過(guò) Connection.close() 完成的。

代碼如下：

Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");

String name = "shine_user";
String password = "123";
String url = "jdbc:mysql://172.16.100.131:3306/clever_mg_test";
Connection conn = DriverManager.getConnection(url, name, password);
conn.close();

網(wǎng)絡(luò)抓包

這樣的話(huà)，情況發(fā)生了變化，主要體現(xiàn)在與數(shù)據(jù)庫(kù)連接的斷開(kāi)，如上圖：

• 第 1 步：此時(shí)處于 MySQL 通信協(xié)議階段，客戶(hù)端發(fā)送關(guān)閉連接請(qǐng)求，而且不用等待服務(wù)端的響應(yīng)。
• 第 2 步：TCP 斷開(kāi)連接，4 次揮手完成連接斷開(kāi)。

這里是完整地完成了從數(shù)據(jù)庫(kù)連接的建立到關(guān)閉，整個(gè)過(guò)程花費(fèi)了：

747.284311 - 747.100954 = 0.183357s = 183.357ms

這里可能也有網(wǎng)絡(luò)狀況的影響，比上述的 225ms 少了，但是也幾乎達(dá)到了 200ms 的級(jí)別。

那么問(wèn)題來(lái)了，想象一下這個(gè)場(chǎng)景，對(duì)于一個(gè)日活 2 萬(wàn)的網(wǎng)站來(lái)說(shuō)，假設(shè)每個(gè)用戶(hù)只會(huì)發(fā)送 5 個(gè)請(qǐng)求，那么一天就是 10 萬(wàn)個(gè)請(qǐng)求。

對(duì)于建立數(shù)據(jù)庫(kù)連接，我們保守一點(diǎn)計(jì)算為 150ms 好了，那么一天當(dāng)中花費(fèi)在建立數(shù)據(jù)庫(kù)連接的時(shí)間有(還不包括執(zhí)行查詢(xún)和更新操作)：

100000 * 150ms = 15000000ms = 15000s = 250min = 4.17h

也就說(shuō)每天花費(fèi)在建立數(shù)據(jù)庫(kù)連接上的時(shí)間已經(jīng)達(dá)到「4 個(gè)小時(shí)」，所以說(shuō)數(shù)據(jù)庫(kù)連接池是必須的嘛。

而且當(dāng)日活增加時(shí)，單單使用數(shù)據(jù)庫(kù)連接池也不能完全保證你的服務(wù)能夠正常運(yùn)行，還需要考慮其他的解決方案。

例如：

• 緩存
• SQL 的預(yù)編譯
• 負(fù)載均衡
• ……

總結(jié)

當(dāng)然這不是本文的主要內(nèi)容，本文想要闡述的核心思想只有一個(gè)，數(shù)據(jù)庫(kù)連接真的很耗時(shí)，所以不要頻繁的建立連接。

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