C/C++数据库连接池项目

关键技术点
MySQL数据库编程、单例模式、queue队列容器、C++11多线程编程、 线程互斥、线程同步通信和unique_lock、基于CAS的原子整形、智能指针shared_ptr、lambda表达式、生产者-消费者线程模型

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的访问效率，在高并发情况下，大量的三次握手、MySQL服务器连接认证、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 了减少这部分的性能损耗。

市场上比较流行的连接池包括阿里的druid，c3p0以及apache dbcp连接池，它们对于短时间内大量的数据库增删改查操作性能的提升是很明显的，但是它们有一个共同点就是，全部由Java实现。

那么本项目就是为了在C/C++项目中，提高MySQL服务器的访问效率，实现基于C++代码的数据库连接池模块。

连接池功能点介绍

连接池一般包含了数据库连接所用的ip地址、port端口号、用户名和密码以及其它的性能参数，例如初始连接量，最大连接量，最大空闲时间、连接超时时间等，该项目是基于C++语言实现的连接池，主要也是实现以上几个所有连接池都支持

的通用基础功能

初始连接量（init_size）： 表示连接池事先会和MySQL服务器创建init_size个connection连接，当应用发起MySQL访问时，不用再创建和MySQL服务器新的连接，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（max_size）： 当并发访问MySQL服务器的请求增多时，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max_size，不能无限制的创建连接。因为每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更多的客户端请求了。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（max_idle_time）： 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max_size个，当这些连接用完再次归还到连接池当中。如果在指定的max_idle_time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，只需要保持初始连接量init_size个连接就可以了。

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

连接池主要包含以下功能点：

1. 连接池只需要一个实例，所以ConnectionPool以单例模式进行设计
2. 从ConnectionPool中可以获取和MySQL的连接 Connection
3. 空闲连接Connection全部维护在一个线程安全的Connection队列中，使用线程互斥锁保证队列的线程安全
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max_size
5. 队列中空闲连接时间超过max_idle_time的就要进行释放，只保留初始的init_size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max_size，如果等待connection_tlmeout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

功能实现设计

ConnectionPool.cpp和ConnectionPool.h：连接池代码的实现
Connection.cpp和Connection.h：数据库操作代码、增删改查代码的实现

windows10和VS2019开发环境配置

头文件路径、静态库路径、静态库名字、动态库

MySQL数据库C++代码封装如下：

​​Connection.h​​

#pragma once
#include <mysql.h>
#include <iostream>

using namespace std;

/*
实现MySQL数据库的CURD
*/

class Connection {
public:
  // 初始化数据库连接
  Connection();
  
  // 释放数据库连接资源
  ~Connection();

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

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

  // 查询操作 selete
  MYSQL_RES* query(string sql);

private:
  MYSQL* _conn;//表示和MySQL服务器的一条连接
};

​​Connection.cpp​​

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

using namespace std;

Connection::Connection() {
  // 初始化数据库连接
  // 实际上是malloc了一个MYSQL结构体大小的指针
  _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 username, 
  string password, string dbname) {
  // 连接数据库
  MYSQL* p = mysql_real_connect(_conn, ip.c_str(), username.c_str(),
    password.c_str(), dbname.c_str(), port, nullptr, 0);
  return p != nullptr;
}

bool Connection::update(string sql) {
  // 更新操作 insert、delete、update
  if (mysql_query(_conn, sql.c_str())) {
    LOG("更新失败：" + sql);
    return false;
  }
  return true;
}

MYSQL_RES* Connection::query(string sql) {
  // 查询操作 selete
  // mysql_query()返回0说明成功，非0失败
  if (mysql_query(_conn, sql.c_str())) {
    LOG("查询失败：" + sql);
    return nullptr;
  }
  return mysql_use_result(_conn);
}

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