使用C++實現(xiàn)MySQL數(shù)據(jù)庫連接池
關(guān)鍵技術(shù)點
MySQL數(shù)據(jù)庫編程、單例模式、queue隊列容器、C++11多線程編程、線程互斥、線程同步通信和unique_lock、基于CAS的原子整形、智能指針shared_ptr、lambda表達式、生產(chǎn)者-消費者線程模型
連接池項目
為了提高MySQL數(shù)據(jù)庫（基于C/S設計）的訪問瓶頸，除了在服務器端增加緩存服務器緩存常用的數(shù)據(jù)之外（例如redis），還可以增加連接池，來提高MySQL Server的訪問效率，在高并發(fā)情況下，大量的TCP三次握手、MySQL Server連接認證、MySQL Server關(guān)閉連接回收資源和TCP四次揮手所耗費的性能時間也是很明顯的，增加連接池就是為了減少這一部分的性能損耗。
在市場上比較流行的連接池包括阿里的druid，c3p0以及apache dbcp連接池，它們對于短時間內(nèi)大量的數(shù)據(jù)庫增刪改查操作性能的提升是很明顯的，但是它們有一個共同點就是，全部由Java實現(xiàn)的。
那么本項目就是為了在C/C++項目中，提供MySQL Server的訪問效率，實現(xiàn)基于C++代碼的數(shù)據(jù)庫連接池模塊。
連接池功能點介紹
連接池一般包含了數(shù)據(jù)庫連接所用的ip地址、port端口號、用戶名和密碼以及其它的性能參數(shù)，例如初始連接量，最大連接量，最大空閑時間、連接超時時間等，該項目是基于C++語言實現(xiàn)的連接池，主要也是實現(xiàn)以上幾個所有連接池都支持的通用基礎(chǔ)功能。
- 初始連接量（initSize）：表示連接池事先會和MySQL Server創(chuàng)建initSize個數(shù)的connection連接，當應用發(fā)起MySQL訪問時，不用再創(chuàng)建和MySQL Server新的連接，直接從連接池中獲取一個可用的連接就可以，使用完成后，并不去釋放connection，而是把當前connection再歸還到連接池當中。
- 最大連接量（maxSize）：當并發(fā)訪問MySQL Server的請求增多時，初始連接量已經(jīng)不夠使用了，此時會根據(jù)新的請求數(shù)量去創(chuàng)建更多的連接給應用去使用，但是新創(chuàng)建的連接數(shù)量上限是maxSize，不能無限制的創(chuàng)建連接，因為每一個連接都會占用一個socket資源，一般連接池和服務器程序是部署在一臺主機上的，如果連接池占用過多的socket資源，那么服務器就不能接收太多的客戶端請求了。當這些連接使用完成后，再次歸還到連接池當中來維護。
- 最大空閑時間（maxIdleTime）：當訪問MySQL的并發(fā)請求多了以后，連接池里面的連接數(shù)量會動態(tài)增加，上限是maxSize個，當這些連接用完再次歸還到連接池當中。如果在指定的maxIdleTime里面，這些新增加的連接都沒有被再次使用過，那么新增加的這些連接資源就要被回收掉，只需要保持初始連接量initSize個連接就可以了。
- 連接超時時間（connectionTimeout）：當MySQL的并發(fā)請求量過大，連接池中的連接數(shù)量已經(jīng)到達maxSize了，而此時沒有空閑的連接可供使用，那么此時應用從連接池獲取連接無法成功，它通過阻塞的方式獲取連接的時間如果超connectionTimeout時間，那么獲取連接失敗，無法訪問數(shù)據(jù)庫。
實現(xiàn)的邏輯圖片
數(shù)據(jù)表的結(jié)構(gòu)
文章內(nèi)容不會將MySQL的安裝，基于你已經(jīng)下載了mysql server 8.0 ,我們建立一個mysql數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)表來演示后面如何用C++連接數(shù)據(jù)表，并且寫SQL.
先進入mysql,輸入密碼
mysql -u root -p
創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)庫名叫chat,同時創(chuàng)建數(shù)據(jù)表
CREATE DATABASE chat;
use chat;
CREATE TABLE user (
id INT(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
name VARCHAR(50) NOT NULL,
age INT(11) NOT NULL,
sex ENUM('male', 'female') NOT NULL,
PRIMARY KEY (id)
);
如果輸出OK就代表創(chuàng)建user好了，我們來看看數(shù)據(jù)表
desc user;
+-------+-----------------------+------+-----+---------+----------------+
| Field | Type | Null | Key | Default | Extra |
+-------+-----------------------+------+-----+---------+----------------+
| id | int | NO | PRI | NULL | auto_increment |
| name | varchar(50) | NO | | NULL | |
| age | int | NO | | NULL | |
| sex | enum('male','female') | NO | | NULL | |
+-------+-----------------------+------+-----+---------+----------------+
查看一下內(nèi)容，沒有
mysql> select * from user; Empty set (0.19 sec)
到這里我們MySQL表就創(chuàng)建好了，我們不用管他，我們進行編寫CPP連接數(shù)據(jù)庫代碼
連接數(shù)據(jù)庫，并且執(zhí)行sql語句
打開VS2019，并且創(chuàng)建一個控制臺項目，項目結(jié)構(gòu)如圖
main.cpp負責執(zhí)行主函數(shù)代碼，Connect負責編寫封裝數(shù)據(jù)庫的連接和sql操作，mysqlPool負責編寫數(shù)據(jù)庫連接池。
但我們還不急著編寫代碼，先導入需要的外部庫，在VS上需要進行相應的頭文件和庫文件的配置，如下：
- 1.右鍵項目 - C/C++ - 常規(guī) - 附加包含目錄，填寫mysql.h頭文件的路徑
- 2.右鍵項目 - 鏈接器 - 常規(guī) - 附加庫目錄，填寫libmysql.lib的路徑
- 3.右鍵項目 - 鏈接器 - 輸入 - 附加依賴項，填寫libmysql.lib庫的名字
- 4.把libmysql.dll動態(tài)鏈接庫（Linux下后綴名是.so庫）放在工程目錄下
如果你沒有修改過MySQL路徑，一般mysql.h在你的電腦路徑如下
如果你沒有修改過MySQL路徑，一般libmysql.lib在你的電腦路徑如下
libmysql.dll文件存放在你項目文件路徑下面
封裝Mysql.h的接口成connection類
接下來封裝一下mysql的數(shù)據(jù)庫連接代碼,不懂的看看注釋，也很簡單的調(diào)用Mysql.h的接口，我們在connection中額外加入創(chuàng)建時間函數(shù)和存活時間函數(shù)，不能讓空閑的線程存活時間超過定義的最大空閑時間
connect.h的代碼如下
#pragma once
#include <mysql.h>
#include <string>
#include <ctime>
using namespace std;
/*
封裝MySQL數(shù)據(jù)庫的接口操作
*/
class Connection
{
public:
// 初始化數(shù)據(jù)庫連接
Connection();
// 釋放數(shù)據(jù)庫連接資源
~Connection();
// 連接數(shù)據(jù)庫
bool connect(string ip,
unsigned short port,
string user,
string password,
string dbname);
// 更新操作 insert、delete、update
bool update(string sql);
// 查詢操作 select
MYSQL_RES* query(string sql);
// 刷新一下連接的起始的空閑時間點
void refreshAliveTime() { _alivetime = clock(); }
// 返回存活的時間
clock_t getAliveeTime()const { return clock() - _alivetime; }
private:
MYSQL* _conn; // 表示和MySQL Server的一條連接
clock_t _alivetime; // 記錄進入空閑狀態(tài)后的起始存活時間
};
connect.cpp的代碼如下
include "public.h"
#include "Connect.h"
#include <iostream>
using namespace std;
Connection::Connection()
{
// 初始化數(shù)據(jù)庫連接
_conn = mysql_init(nullptr);
}
Connection::~Connection()
{
// 釋放數(shù)據(jù)庫連接資源
if (_conn != nullptr)
mysql_close(_conn);
}
bool Connection::connect(string ip, unsigned short port,
string username, string password, string dbname)
{
// 連接數(shù)據(jù)庫
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(+ "更新失敗:" + sql);
return false;
}
return true;
}
MYSQL_RES* Connection::query(string sql)
{
// 查詢操作 select
if (mysql_query(_conn, sql.c_str()))
{
LOG("查詢失敗:" + sql);
return nullptr;
}
return mysql_use_result(_conn);
}
在public.h中編寫的代碼,幫助我們輸出日志和警告
#pragma once #include <iostream> #define LOG(str) \ std::cout << __FILE__ << ":"<<__LINE__<<" " \ __TIMESTAMP__ << ":"<<str <<std::endl;
使用這個宏，你可以在代碼中的任何地方輕松輸出日志信息。
我們暫時用這個main先測試下connection類
main.cpp代碼
#include <iostream>
#include "Connect.h"
int main()
{
Connection conn;
char sql[1024] = { 0 };
//插入一條數(shù)據(jù)
sprintf(sql, "insert into user(name,age,sex) values('%s','%d','%s');", "zhang san", 20, "male");
conn.connect("127.0.0.1", 3306, "root", "123456", "chat");
conn.update(sql); //更新sql語句
return 0;
}
如果你的vs2019給你報安全警告，應該是sprintf的問題，你右擊項目，選擇屬性中C++的常規(guī)中SDL檢查，設置為否。編譯運行后，我們返回MySQL的界面，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)已經(jīng)插入成功了
mysql> select * from user; +----+-----------+-----+------+ | id | name | age | sex | +----+-----------+-----+------+ | 1 | zhang san | 20 | male | +----+-----------+-----+------+ 1 row in set (0.02 sec)
現(xiàn)在我們已經(jīng)成功能調(diào)用外部接口來連接Mysql數(shù)據(jù)庫了，接下來我們來編寫連接池.
編寫連接池
MySQL配置文件和加載配置文件
我們來編寫mySqlPool的代碼，因為數(shù)據(jù)庫連接池只有一個，所以我們寫成單例模式。同時會有多個服務端進入連接池，所以我們要添加互斥鎖來避免線程之間的沖突。
我們在項目中創(chuàng)建一個名叫mysql.ini配置文件存儲數(shù)據(jù)庫連接的信息，例如數(shù)據(jù)庫ip地址，用戶名，密碼等
mysql.ini的內(nèi)容如下,如果你的用戶名和密碼跟里面不同，請修改
#數(shù)據(jù)庫連接池的配置文件 ip=127.0.0.1 port=3306 username=root password=123456 initSize=10 maxSize=1024 #最大空閑時間默認單位為秒 maxIdleTime=60 #連接超時時間單位是毫米 connectionTimeOut=100
我們把mysqlPool.h文件中需要的函數(shù)都聲明好，等會在cpp中實現(xiàn)。
#pragma once
#include "public.h"
#include "Connect.h"
#include <queue>
#include <mutex>
#include <string>
#include <atomic>
#include <memory>
#include <functional>
#include <condition_variable>
//因為數(shù)據(jù)庫連接池子只有一個，所以我們采用單例模式
class mySqlPool {
public:
//獲取連接池對象實例
static mySqlPool* getMySqlPool();
std::shared_ptr<Connection> getConnection();//從連接池獲取一個可用的空閑連接
private:
mySqlPool();//構(gòu)造函數(shù)私有化
bool loadConfigFile();//從配置文件中加載配置項
void produceConnectionTask(); //運行在獨立的線程中，專門負責生產(chǎn)新連接
//掃描超過maxIdleTime時間的空閑連接，進行隊列的連接回收
void scannerConnectionTask();
std::string _ip;//mysql的ip地址
std::string _dbname;//數(shù)據(jù)庫的名稱
unsigned short _port; //mysql端口號3306
std::string _username;//mysql用戶名
std::string _password;//mysql登陸密碼
int _initSize;//連接池的初始連接量
int _maxSize;//連接池的最大連接量
int _maxIdleTime;//連接池最大空閑時間
int _connectionTimeOut;//連接池獲取連接的超時時間
std::queue<Connection*> _connectionQue;//存儲mysql連接隊列
std::mutex _queueMutex; //維護連接隊列的線程安全互斥鎖
std::atomic_int _connectionCnt; //記錄連接所創(chuàng)建的connect的數(shù)量
std::condition_variable cv;//設置條件變量，用于生產(chǎn)者線程和消費者線程的通信
};
編寫mySqlPool.cpp 中加載我們上面.ini配置文件的函數(shù)
//在mySqlPool.cpp中
//加載配置文件
bool mySqlPool::loadConfigFile()
{
FILE* pf = fopen("mysql.ini", "r");
if (pf == nullptr)
{
LOG("mysql.ini file is not exits!");
return false;
}
while (!feof(pf)) //遍歷配置文件
{
char line[1024] = { 0 };
fgets(line, 1024, pf);
std::string str = line;
int idx = str.find('=', 0); //從0開始找'='符號的位置
if (idx == -1)continue;
int endidx = str.find('\n', idx);//從idx尋找'\n'的位置，也就是末尾
std::string key = str.substr(0, idx); //獲取配置文件中=號左邊的key
//從等號后到末尾，剛好是value的string形式
std::string value = str.substr(idx + 1, endidx - idx - 1);
if (key == "ip")
{
_ip = value;
}
else if (key == "port")
{
//字符串轉(zhuǎn)換成unsigned short
_port = static_cast<unsigned short>(std::stoul(value));
}
else if (key == "username")
{
_username = value;
}
else if (key == "password")
{
_password = value;
}
else if (key == "dbname")
{
_dbname = value;
}
else if (key == "initSize")
{
_initSize = std::stoi(value);
}
else if (key == "maxSize")
{
_maxSize = std::stoi(value);
}
else if (key == "maxIdleTime")
{
_maxIdleTime = std::stoi(value);
}
else if (key == "connectionTimeOut")
{
_connectionTimeOut = std::stoi(value);
}
}
return true;
}
這樣我們加載配置文件就完成了
編寫連接池單例模式
單例模式確保數(shù)據(jù)庫連接池在整個應用程序中只有一個實例。這樣，所有需要數(shù)據(jù)庫連接的線程或操作都可以從這個池中獲取連接，而不是每次都創(chuàng)建新的連接。這大大減少了資源消耗和性能損耗。（如果不懂數(shù)據(jù)模式單例模式可以百度一下）
我們在.h文件中，我們先將構(gòu)造函數(shù)private化，這樣外部就只能通過接口來獲取，我們在cpp中來編寫具體的實現(xiàn)代碼
構(gòu)造方法
//mySqlPool.h
//構(gòu)造方法
mySqlPool::mySqlPool()
{
if (!loadConfigFile())
{
LOG("load Config File is error!");
return;
}
//創(chuàng)建初始數(shù)量的連接
for (int i = 0; i < _initSize; ++i)
{
Connection* p = new Connection();
p->connect(_ip, _port, _username, _password, _dbname);
}
//啟動一個新線程，作為連接的生產(chǎn)者
std::thread produce(std::bind(&mySqlPool::produceConnectionTask, this));
produce.detach();
//啟動一個新線程，作為空閑連接超時的回收者
std::thread scanner(std::bind(&mySqlPool::scannerConnectionTask, this));
scanner.detach();
}
單例模式
//mySqlPool.h
//單例模式
mySqlPool* mySqlPool::getMySqlPool()
{
static mySqlPool pool;
return &pool;
}
現(xiàn)在我們已經(jīng)成功的編寫了單例模式，接下來我們開始獲取數(shù)據(jù)庫的連接。
數(shù)據(jù)庫連接的線程通信
我們創(chuàng)建一個connect*線程隊列queue來存放MySQL數(shù)據(jù)庫的連接connect，同時我們還會額外創(chuàng)建兩個線程。
一個線程是生產(chǎn)者，開始從Connect類中獲取initSize個連接加入連接隊列中準備著，當判斷連接隊列empty，又開始獲取連接加入連接隊列中 ,如果不為empty就進入阻塞狀態(tài)。
生產(chǎn)者線程代碼
//運行在獨立的線程中，專門負責生產(chǎn)新連接
void mySqlPool::produceConnectionTask()
{
while (true)
{
std::unique_lock<std::mutex> lock(_queueMutex);
while (!_connectionQue.empty())
cv.wait(lock); //隊列不為空不生產(chǎn)線程
//沒有到上線就可以生產(chǎn)線程
if (_connectionCnt < _maxSize)
{
auto p = new Connection();
p->connect(_ip, _port, _username, _password, _dbname);
p->refreshAliveTime();//創(chuàng)建的時候刷新存活時間
_connectionQue.push(p);
++_connectionCnt;
}
cv.notify_all();
}
}
另外一個線程是消費者，如果服務端想要獲取隊列中的連接，消費者線程將會從隊列中拿出connection來，如果隊列為empty，線程會處于阻塞狀態(tài)。
消費者線程代碼
/從連接池獲取一個可用的空閑連接
std::shared_ptr<Connection> mySqlPool::getConnection()
{
std::unique_lock<std::mutex> lock(_queueMutex);
while (_connectionQue.empty())
{
//如果超時沒有獲取可用的空閑連接返回空
if (std::cv_status::timeout == cv.wait_for(lock, std::chrono::milliseconds(100)))
if (_connectionQue.empty())
{
LOG("get Connection error");
return nullptr;
}
}
std::shared_ptr<Connection> sp(_connectionQue.front(), [&](Connection* pcon) {
//保證只能同一時刻只能有一個線程歸還連接給隊列
std::unique_lock<std::mutex> lock(_queueMutex);
pcon->refreshAliveTime();//創(chuàng)建的時候刷新存活時間
_connectionQue.push(pcon);
});
_connectionQue.pop();
cv.notify_all();
return sp;
}
如果隊列里面大于初始個數(shù)的新connection空閑時間大于最大空閑時間，我們將會回收該連接（但是不會完全釋放，我們將其歸還在連接池中）。
上面getConnection代碼的這段就是實現(xiàn)了回收功能
std::shared_ptr<Connection> sp(_connectionQue.front(), [&](Connection* pcon) {
//保證只能同一時刻只能有一個線程歸還連接給隊列
std::unique_lock<std::mutex> lock(_queueMutex);
pcon->refreshAliveTime();//創(chuàng)建的時候刷新存活時間
_connectionQue.push(pcon);
});
掃描超過maxIdleTime時間的空閑連接，進行隊列的連接回收
//連接線程回收
void mySqlPool::scannerConnectionTask()
{
while (true)
{
//通過sleep模擬定時效果，每_maxIdleTime檢查一次
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(_maxIdleTime));
//掃描整個隊列釋放多余的超時連接
std::unique_lock<std::mutex> lock(_queueMutex);
while (_connectionCnt > _initSize)
{
auto p = _connectionQue.front();
if (p->getAliveeTime() >= (_maxIdleTime * 1000))
{
_connectionQue.pop();
delete p;//這里會調(diào)用智能指針，回收到隊列中
}
}
}
}
到這里，我們連接池的代碼已經(jīng)完成了，接下來是測試一下代碼
連接池的壓力測試
我們分別測試連接個數(shù)為10，100，1000時候的性能差異,創(chuàng)建一個test.h文件，編寫測試代碼
注意下面的測試可能根據(jù)不同的電腦性能，可能速度會有所差異。
普通連接
//test.h
//非線程池的連接
void testSql( int n)
{
clock_t begin = clock();
std::thread t([&n]() {
for (int i = 1; i < n; ++i)
{
Connection cnn;
char sql[1024] = { 0 };
sprintf(sql, "insert into user(name,age,sex) values('%s',%d,'%s')", "zhang san", 20, "male");
cnn.connect("127.0.0.1", 3306, "root", "123456", "chat");
cnn.update(sql);
}});
t.join();
clock_t end = clock();
std::cout << "普通連接數(shù)量為:" << n << "的sql執(zhí)行時間:" << (end - begin) << "ms" << std::endl;
}
main.cpp中調(diào)用
#include <iostream>
#include "Connect.h"
#include "mySqlPool.h"
#include "test.h"
int main()
{
testSql(10);//普通連接數(shù)量為 : 10的sql執(zhí)行時間 : 2838ms
testSql(100);//普通連接數(shù)量為 : 100的sql執(zhí)行時間: 12299
testSql(1000);//普通連接數(shù)量為 : 1000的sql執(zhí)行時間 : 104528ms
return 0;
}
單線程的線程池
//test.h
void f(int n)
{
mySqlPool* cp = mySqlPool::getMySqlPool();
for (int i = 1; i <= n; ++i)
{
std::shared_ptr<Connection> sp = cp->getConnection();
char sql[1024] = { 0 };
sprintf(sql, "insert into user(name,age,sex) values('%s',%d,'%s')", "zhang san", 20, "male");
sp->update(sql);
}
}
//測試連接池連接
void testSqlPool(int n)
{
clock_t begin = clock();
std::thread t1(f, n);
t1.join();
clock_t end = clock();
std::cout << "單線程采用數(shù)據(jù)庫連接池，連接數(shù)量為:" << n << "的sql執(zhí)行時間:" << (end - begin) << "ms" << std::endl;
}
main.cpp中調(diào)用
#include <iostream>
#include "Connect.h"
#include "mySqlPool.h"
#include "test.h"
int main()
{
testSqlPool(10);//單線程 采用數(shù)據(jù)庫連接池，連接數(shù)量為:10的sql執(zhí)行時間:1745ms
testSqlPool(100);//單線程 采用數(shù)據(jù)庫連接池，連接數(shù)量為:100的sql執(zhí)行時間:9779ms
testSqlPool(1000);//單線程 采用數(shù)據(jù)庫連接池，連接數(shù)量為:1000的sql執(zhí)行時間 : 86016ms
return 0;
}
多線程的線程池
//test.h
//測試連接池連接 4線程
void testSqlPool4(int n)
{
int n2 = n / 4;
clock_t begin = clock();
std::thread t1(f, n2);
std::thread t2(f, n2);
std::thread t3(f, n2);
std::thread t4(f, n2);
t1.join();
t2.join();
t3.join();
t4.join();
clock_t end = clock();
std::cout << "四線程采用數(shù)據(jù)庫連接池，連接數(shù)量為:" << n << "的sql執(zhí)行時間:" << (end - begin) << "ms" << std::endl;
}
main.cpp中調(diào)用
#include <iostream>
#include "Connect.h"
#include "mySqlPool.h"
#include "test.h"
int main()
{
testSqlPool4(100);//4條線程 采用數(shù)據(jù)庫連接池，連接數(shù)量為:100的sql執(zhí)行時間 : 3715ms
testSqlPool4(1000);//4條線程 采用數(shù)據(jù)庫連接池，連接數(shù)量為:1000的sql執(zhí)行時間 : 34686ms
return 0;
}
由上面測試數(shù)據(jù)可以得出，普通連接<單線程連接池<多線程連接池，連接池比普通連接還是優(yōu)化很多的。
如果看完了還是對于代碼很陌生，可以下載來看一看。源碼地址
以上就是使用C++實現(xiàn)MySQL數(shù)據(jù)庫連接池的詳細內(nèi)容，更多關(guān)于C++ MySQL數(shù)據(jù)庫連接池的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！
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本篇文章是對使用Inotify 監(jiān)控目錄與文件的方法進行了詳細的分析介紹，需要的朋友參考下2013-05-05
C/C++中一次性執(zhí)行多個DOS命令的實現(xiàn)思路
在C語言中執(zhí)行DOS命令的方法很多，在這就不一給大家一一介紹了，本文重點給大家介紹C/C++中一次性執(zhí)行多個DOS命令的實現(xiàn)思路，需要的朋友參考下2017-12-12
指向類成員的指針總的來講可以分為兩大類四小類（指向數(shù)據(jù)成員還是成員函數(shù)，指向普通成員還是靜態(tài)成員），希望本片文章能給你帶來幫助2021-09-09
C++ unique_ptr、shared_ptr、weak_ptr的區(qū)別小結(jié)
本文主要介紹了C++ unique_ptr、shared_ptr、weak_ptr的區(qū)別小結(jié),文中通過示例代碼介紹的非常詳細,對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值,需要的朋友們下面隨著小編來一起學習學習吧2025-07-07