golang 数据库连接池database/sql 实现原理分析
内容导读
互联网集市收集整理的这篇技术教程文章主要介绍了golang 数据库连接池database/sql 实现原理分析，小编现在分享给大家，供广大互联网技能从业者学习和参考。文章包含30787字，纯文字阅读大概需要44分钟。
内容图文
golang对数据库的请求，抽象出来一套通用的连接池，用go的机制来说，golang只需要提供一个驱动（driver）的interface，底层不同数据库协议，由用户根据自己的数据库实现对应的驱动即可。
本文从源码实现的角度，探索这里的细节以及需要避免的坑，基于1.14代码分析，部分bug在1.15中有修复或优化，这里也会提及。
golang版本：1.14
目录结构说明
└── sql
├── convert.go # 结果行的读取与转换
├── convert_test.go
├── ctxutil.go # 绑定上下文的一些通用方法
├── doc.txt
├── driver # driver 定义来实现数据库驱动所需要的接口
│ ├── driver.go
│ ├── types.go # 数据类型别名和转换
│ └── types_test.go
├── example_cli_test.go
├── example_service_test.go
├── example_test.go
├── fakedb_test.go
├── sql.go # 通用的接口和类型，包括事物，连接等
└── sql_test.go主要数据结构
1. sql.DB
type DB struct {
// Atomic access only. At top of struct to prevent mis-alignment
// on 32-bit platforms. Of type time.Duration.
waitDuration int64 // 等待新的连接所需要的总时间
connector driver.Connector // 数据库驱动自己实现
// numClosed is an atomic counter which represents a total number of
// closed connections. Stmt.openStmt checks it before cleaning closed
// connections in Stmt.css.
numClosed uint64 // 关闭的连接数
mu sync.Mutex // protects following fields
freeConn []*driverConn
connRequests map[uint64]chan connRequest
nextRequest uint64 // Next key to use in connRequests.
numOpen int // number of opened and pending open connections
// Used to signal the need for new connections
// a goroutine running connectionOpener() reads on this chan and
// maybeOpenNewConnections sends on the chan (one send per needed connection)
// It is closed during db.Close(). The close tells the connectionOpener
// goroutine to exit.
openerCh chan struct{} // 用于通知需要创建新的连接
// resetterCh chan *driverConn // 已废弃
closed bool
dep map[finalCloser]depSet // map[一级对象]map[二级对象]bool，一个外部以来，用于自动关闭
lastPut map[*driverConn]string // stacktrace of last conn‘s put; debug only
maxIdle int // zero means defaultMaxIdleConns(2); negative means 0
maxOpen int // <= 0 means unlimited
maxLifetime time.Duration // maximum amount of time a connection may be reused
cleanerCh chan struct{} // 用于通知清理过期的连接，maxlife时间改变或者连接被关闭时会通过该channel通知
waitCount int64 // Total number of connections waited for. // 这些状态数据，可以通过db.Stat() 获取
maxIdleClosed int64 // Total number of connections closed due to idle.
maxLifetimeClosed int64 // Total number of connections closed due to max free limit.
stop func() // stop cancels the connection opener and the session resetter.
}sql.DB不是一个连接，它是数据库的抽象接口，也是整个连接池的句柄，对多个goroutine是并发安全的。它可以根据driver打开关闭数据库连接，管理连接池。这对不同的数据库来说都是一样的。
2. sql.driverConn
// driverConn wraps a driver.Conn with a mutex, to
// be held during all calls into the Conn. (including any calls onto
// interfaces returned via that Conn, such as calls on Tx, Stmt,
// Result, Rows)
type driverConn struct {
db *DB
createdAt time.Time
sync.Mutex // guards following
ci driver.Conn // 由不同的驱动自己实现，对应一条具体的数据库连接
needReset bool // The connection session should be reset before use if true.
closed bool // 当前连接的状态，是否已经关闭
finalClosed bool // ci.Close has been called
openStmt map[*driverStmt]bool
// guarded by db.mu
inUse bool
onPut []func() // code (with db.mu held) run when conn is next returned // 归还连接的时候调用
dbmuClosed bool // same as closed, but guarded by db.mu, for removeClosedStmtLocked
}对单个连接的封装，包含了实际的数据库连接以及相关的状态信息等
3. driver.Conn
// Conn is a connection to a database. It is not used concurrently
// by multiple goroutines.
//
// Conn is assumed to be stateful.
type Conn interface {
// Prepare returns a prepared statement, bound to this connection.
Prepare(query string) (Stmt, error)
// Close invalidates and potentially stops any current
// prepared statements and transactions, marking this
// connection as no longer in use.
//
// Because the sql package maintains a free pool of
// connections and only calls Close when there‘s a surplus of
// idle connections, it shouldn‘t be necessary for drivers to
// do their own connection caching.
Close() error
// Begin starts and returns a new transaction.
//
// Deprecated: Drivers should implement ConnBeginTx instead (or additionally).
Begin() (Tx, error)
}一条具体的数据库连接，需要由不同驱动自己去实现接口
4. driver.Driver
type Driver interface {
Open(name string) (Conn, error)
}Driver 只包含一个函数，Open()用来返回一个可用连接，可能是新建立的，也可能是之前缓存的关闭的连接。
5. driver.DriverContext
type DriverContext interface {
// OpenConnector must parse the name in the same format that Driver.Open
// parses the name parameter.
OpenConnector(name string) (Connector, error)
}DriverContext 的目的是维护drievr上下文信息，避免了每次新建连接的时候都需要解析一遍 dsn。需要有Driver对象自己去实现。
6. driver.Connector
type Connector interface {
// Connect returns a connection to the database.
// Connect may return a cached connection (one previously
// closed), but doing so is unnecessary; the sql package
// maintains a pool of idle connections for efficient re-use.
//
// The provided context.Context is for dialing purposes only
// (see net.DialContext) and should not be stored or used for
// other purposes.
//
// The returned connection is only used by one goroutine at a
// time.
Connect(context.Context) (Conn, error)
// Driver returns the underlying Driver of the Connector,
// mainly to maintain compatibility with the Driver method
// on sql.DB.
Driver() Driver
}driver.Connector 是driver的插口，是一个接口类型的对象，由不同类型的数据库来实现。
driver.Connector 包含两个函数。
- Connect 用来建立连接
- Driver 用来返回一个 Driver 对象，Driver也是个接口类型对象，需要不同的数据库自己去实现。
主要操作流程
1. 注册驱动
import (
_ "github.com/go-sql-driver/mysql"
)
var (
driversMu sync.RWMutex
drivers = make(map[string]driver.Driver)
)
func Register(name string, driver driver.Driver) {
driversMu.Lock()
defer driversMu.Unlock()
if driver == nil {
panic("sql: Register driver is nil")
}
if _, dup := drivers[name]; dup {
panic("sql: Register called twice for driver " + name)
}
drivers[name] = driver
}/database/sql 提供的是一个通用的数据库连接池，当我们连接不同的数据库时，只需要将对应的数据库驱动注册进去就可以使用。
这里的注册，实际上就是将数据库名称和对应的数据库驱动（数据库连接包装器）添加的一个map中，每个import进来的库，需要在init函数中调用注册函数来实现。
2. 创建连接池句柄 sql.Open()
func Open(driverName, dataSourceName string) (*DB, error) {
driversMu.RLock()
driveri, ok := drivers[driverName] // 1
driversMu.RUnlock()
if !ok {
return nil, fmt.Errorf("sql: unknown driver %q (forgotten import?)", driverName)
}
if driverCtx, ok := driveri.(driver.DriverContext); ok { // 2
connector, err := driverCtx.OpenConnector(dataSourceName)
if err != nil {
return nil, err
}
return OpenDB(connector), nil // 3
}
return OpenDB(dsnConnector{dsn: dataSourceName, driver: driveri}), nil // 4
}
func OpenDB(c driver.Connector) *DB {
ctx, cancel := context.WithCancel(context.Background())
db := &DB{
connector: c,
openerCh: make(chan struct{}, connectionRequestQueueSize),
lastPut: make(map[*driverConn]string),
connRequests: make(map[uint64]chan connRequest),
stop: cancel,
}
go db.connectionOpener(ctx) // 通过channel通知来创建连接
// go db.connectionResetter(ctx) // 用于重置连接，1.14废弃
return db
}Open函数通常解释为初始化db，这里只是通过驱动名称，获取到对应的驱动，并对驱动进行一系列的初始化操作，需要注意的是，Open并不会和db建立连接，只是在操作这些数据结构，启动后台协程之类的动作。
这里的dataSourceName简称dsn，包含了连接数据库所必须的参数，用户名密码ip端口等信息，由不同的驱动自己实现解析，当然，有些驱动也支持在dsn中配置一些数据库参数，如autocommit等。由于解析字符串得到这些信息会有一定的资源消耗，因此，还提供了对解析后的结果缓存的功能，避免了每次建立新的连接都需要解析一次，要做到这一点，需要驱动实现 driver.DriverContext 接口。
这个时候你就有了这样一个结构，不过此时的连接池中并没有连接，也就是说没有真正访问db
3. 设置数据库连接参数
最大空闲连接数，空闲连接数超过该值就会被关闭，默认为defaultMaxIdleConns(2)
func (db *DB) SetMaxIdleConns(n int) {} 最大允许打开的连接数，超过该数量后，不允许建立新的连接，工作协程只能阻塞等待连接的释放
func (db *DB) SetMaxOpenConns(n int) {}连接可以被重用的最大时间，换言之，一个连接多久后会被关闭，不过会等待当前的请求完成后才会关闭，be closed lazily，一个很鸡肋的参数
func (db *DB) SetConnMaxLifetime(d time.Duration) {
// 通过启动一个单独的协程 connectionCleaner 来实现
startCleanerLocked {
go db.connectionCleaner(db.shortestIdleTimeLocked())
}
}1.15 之后新增参数，连接最大空闲时间，idle时间超过该值会被关闭，不过会等待当前的请求完成后才会关闭，be closed lazily
func (db *DB) SetConnMaxIdleTime(d time.Duration) {
// 1.15 实现了对空闲连接的超时回收，复用了SetConnMaxLifetime的部分逻辑，也是在connectionCleaner协程中实现的
}SetConnMaxLifetime 和 SetConnMaxIdleTime 细节实现
- 1.14 实现
func (db *DB) startCleanerLocked() {
if db.maxLifetime > 0 && db.numOpen > 0 && db.cleanerCh == nil {
db.cleanerCh = make(chan struct{}, 1)
go db.connectionCleaner(db.maxLifetime)
}
}
func (db *DB) connectionCleaner(d time.Duration) {
const minInterval = time.Second
if d < minInterval {
d = minInterval
}
t := time.NewTimer(d)
for {
// 当maxlife时间到达
// 或者maxlife发生改变及db被close
select {
case <-t.C:
case <-db.cleanerCh: // maxLifetime was changed or db was closed.
}
db.mu.Lock()
d = db.maxLifetime
if db.closed || db.numOpen == 0 || d <= 0 {
db.cleanerCh = nil
db.mu.Unlock()
return
}
// 循环处理free状态的连接
expiredSince := nowFunc().Add(-d)
var closing []*driverConn
for i := 0; i < len(db.freeConn); i++ {
c := db.freeConn[i]
if c.createdAt.Before(expiredSince) {
closing = append(closing, c)
last := len(db.freeConn) - 1
db.freeConn[i] = db.freeConn[last]
db.freeConn[last] = nil
db.freeConn = db.freeConn[:last]
i--
}
}
db.maxLifetimeClosed += int64(len(closing))
db.mu.Unlock()
for _, c := range closing {
c.Close()
}
// 如果maxlife被重置，需要更新定时器时间
if d < minInterval {
d = minInterval
}
t.Reset(d)
}
}- 1.15 实现
func (db *DB) startCleanerLocked() {
if (db.maxLifetime > 0 || db.maxIdleTime > 0) && db.numOpen > 0 && db.cleanerCh == nil {
db.cleanerCh = make(chan struct{}, 1)
go db.connectionCleaner(db.shortestIdleTimeLocked()) // maxidle和maxlife取较小值
}
}
func (db *DB) connectionCleaner(d time.Duration) {
const minInterval = time.Second
if d < minInterval {
d = minInterval
}
t := time.NewTimer(d)
for {
select {
case <-t.C:
case <-db.cleanerCh: // maxLifetime was changed or db was closed.
}
db.mu.Lock()
d = db.shortestIdleTimeLocked()
if db.closed || db.numOpen == 0 || d <= 0 {
db.cleanerCh = nil
db.mu.Unlock()
return
}
closing := db.connectionCleanerRunLocked()
db.mu.Unlock()
for _, c := range closing {
c.Close()
}
if d < minInterval {
d = minInterval
}
t.Reset(d)
}
}
// 对idle超时和life超时的连接分别收集，统一返回
func (db *DB) connectionCleanerRunLocked() (closing []*driverConn) {
if db.maxLifetime > 0 {
expiredSince := nowFunc().Add(-db.maxLifetime)
for i := 0; i < len(db.freeConn); i++ {
c := db.freeConn[i]
if c.createdAt.Before(expiredSince) {
closing = append(closing, c)
last := len(db.freeConn) - 1
db.freeConn[i] = db.freeConn[last]
db.freeConn[last] = nil
db.freeConn = db.freeConn[:last]
i--
}
}
db.maxLifetimeClosed += int64(len(closing))
}
if db.maxIdleTime > 0 {
expiredSince := nowFunc().Add(-db.maxIdleTime)
var expiredCount int64
for i := 0; i < len(db.freeConn); i++ {
c := db.freeConn[i]
if db.maxIdleTime > 0 && c.returnedAt.Before(expiredSince) {
closing = append(closing, c)
expiredCount++
last := len(db.freeConn) - 1
db.freeConn[i] = db.freeConn[last]
db.freeConn[last] = nil
db.freeConn = db.freeConn[:last]
i--
}
}
db.maxIdleTimeClosed += expiredCount
}
return
}1.14 和 1.15的实现逻辑基本一致，只是增加了对idle超时的判断做了兼容
4. 访问数据库
当我们做完上面这些初始化动作后，按照我们的习惯，通常会尝试性连接下db，用来判断连接参数是否正常，如用户名密码是否正确，但并不是发送用户请求，一般的做法是调用 db.Ping()，
func (db *DB) Ping() error {
return db.PingContext(context.Background())
}
func (db *DB) PingContext(ctx context.Context) error {
var dc *driverConn
var err error
// 获取一个可用连接，后面会看到一样的逻辑，这里先跳过细节
for i := 0; i < maxBadConnRetries; i++ {
dc, err = db.conn(ctx, cachedOrNewConn)
if err != driver.ErrBadConn {
break
}
}
if err == driver.ErrBadConn {
dc, err = db.conn(ctx, alwaysNewConn) // db.conn 是来获取可用连接的，是数据库连接池较为核心的一部分
}
if err != nil {
return err
}
// 发送ping命令
return db.pingDC(ctx, dc, dc.releaseConn)
}
func (db *DB) pingDC(ctx context.Context, dc *driverConn, release func(error)) error {
var err error
if pinger, ok := dc.ci.(driver.Pinger); ok {
withLock(dc, func() {
err = pinger.Ping(ctx) // 这里需要驱动自己去实现，对应mysql来说，发送的是sql_type=14(COM_PING)的请求包
})
}
release(err) // 将该连接放回到free池
return err
}5. 发送sql请求
这里看几个最简单的发送sql的方法
// 没有结果集，值返回ok/error包
func (db *DB) Exec(query string, args ...interface{}) (Result, error) {}
func (db *DB) ExecContext(ctx context.Context, query string, args ...interface{}) (Result, error) {}
// 返回大于0条结果集
func (db *DB) Query(query string, args ...interface{}) (*Rows, error) {}
func (db *DB) QueryContext(ctx context.Context, query string, args ...interface{}) (*Rows, error) {}
// 预期结果集只有一行，没有结果集Scan时报ErrNoRows，Scan结果如果有多行，只取第一行，多余的数据行丢弃
func (db *DB) QueryRow(query string, args ...interface{}) *Row {}
func (db *DB) QueryRowContext(ctx context.Context, query string, args ...interface{}) *Row {}这里有几个注意事项：
- 我们可以发现，每一个方法都会同时有另外一个带 Context 后缀的方法，查看调用关系的话，会发现，不带Context的函数（Exec/Query/QueryRow）其实里面就是调用的带Context的函数（ExecContext/QueryContext/QueryRowContext），这里的Context和大多数库函数一样，用来进行信号的同步，例如超时限制等，一般不需要单独设置
- 我们可以发现，每个函数参数都是支持可变参数列表，用法和prepare用法一样，用 ? 做占位符，那我们直接拼好sql和使用占位符哪种更优呢？
rows1, err := db.Query("select * from t1 where a = 1”) rows2, err := db.Query("select * from t1 where a = ?", 1)
这两条sql执行的结果是一样的，但是底层是不一样的，与不同驱动的具体实现略有差别。
以mysql为例，区别在于第一个Query，实际发送了一条sql（sql_type:3），第二条Query，实际发送了两条sql（sql_type:22 和 sql_tyep:23），先prepare，再execute，虽说二进制协议要快些，但是每次都会发送两条sql，第一次发送的prepare，之后只会execute一次且不会主动回收这个prepare信息。
这个接口设计之初，应该就是按照prepare+execute的思想设计的，当占位符参数个数为0时，能否优化直接发送一条sql，要看底层的驱动接口是否支持，换言之，prepare+execute
接下来，以Query为例，看下具体的实现流程
func (db *DB) Query(query string, args ...interface{}) (*Rows, error) {
return db.QueryContext(context.Background(), query, args...)
}
func (db *DB) QueryContext(ctx context.Context, query string, args ...interface{}) (*Rows, error) {
var rows *Rows
var err error
// 执行query，优先从连接池获取连接，如果获取到badconn（以及关闭的连接），重试，最多重试maxBadConnRetries(2)次
for i := 0; i < maxBadConnRetries; i++ {
rows, err = db.query(ctx, query, args, cachedOrNewConn)
if err != driver.ErrBadConn {
break
}
}
// 一定创建新的连接执行query
if err == driver.ErrBadConn {
return db.query(ctx, query, args, alwaysNewConn)
}
return rows, err
}
func (db *DB) query(ctx context.Context, query string, args []interface{}, strategy connReuseStrategy) (*Rows, error) {
// 获取连接
dc, err := db.conn(ctx, strategy)
if err != nil {
return nil, err
}
// 使用获取的连接执行查询
return db.queryDC(ctx, nil, dc, dc.releaseConn, query, args)
}可以发现，执行一条普通sql，需要两步，第一步，获取连接（db.conn），第二步，执行查询（db.queryDC）
6. 获取连接
// 提供了两种获取连接的策略，alwaysNewConn & cachedOrNewConn，字面意思，总是新建 & 优先复用free连接
func (db *DB) conn(ctx context.Context, strategy connReuseStrategy) (*driverConn, error) {
// 全局加锁 这里有个连接池的大锁，需要注意
db.mu.Lock()
if db.closed {
db.mu.Unlock()
return nil, errDBClosed
}
// context 超时检测
select {
default:
case <-ctx.Done():
db.mu.Unlock()
return nil, ctx.Err()
}
lifetime := db.maxLifetime
// 优先从free池中获取连接
numFree := len(db.freeConn)
if strategy == cachedOrNewConn && numFree > 0 {
// 取第一个free连接
conn := db.freeConn[0]
// 切片拷贝
copy(db.freeConn, db.freeConn[1:])
// 调整切片长度
db.freeConn = db.freeConn[:numFree-1]
conn.inUse = true
db.mu.Unlock()
// 检查连接是否超时，超时则返回错误
if conn.expired(lifetime) {
conn.Close()
return nil, driver.ErrBadConn
}
// 对连接状态进行重置，通常是使用过的连接需要重置，避免连接已经处于不可用状态
if err := conn.resetSession(ctx); err == driver.ErrBadConn {
conn.Close()
return nil, driver.ErrBadConn
}
return conn, nil
}
// 已经没有free连接，或者策略要求创建一个新连接
// 当前打开的连接已经达到了允许打开连接数的上限，需要阻塞等待
if db.maxOpen > 0 && db.numOpen >= db.maxOpen {
// Make the connRequest channel. It‘s buffered so that the
// connectionOpener doesn‘t block while waiting for the req to be read.
// 建立一个唯一key和请求连接connRequest channel的映射
req := make(chan connRequest, 1)
reqKey := db.nextRequestKeyLocked()
db.connRequests[reqKey] = req
db.waitCount++
db.mu.Unlock()
waitStart := time.Now()
// Timeout the connection request with the context.
select {
// 如果超时，从map中删除该key，记录统计信息，并检查连接是否已经就绪
case <-ctx.Done():
// Remove the connection request and ensure no value has been sent
// on it after removing.
db.mu.Lock()
delete(db.connRequests, reqKey)
db.mu.Unlock()
atomic.AddInt64(&db.waitDuration, int64(time.Since(waitStart)))
// 如果已经生成了可用连接，将新连接放回到free池中
select {
default:
case ret, ok := <-req:
if ok && ret.conn != nil {
db.putConn(ret.conn, ret.err, false)
}
}
return nil, ctx.Err()
case ret, ok := <-req:
atomic.AddInt64(&db.waitDuration, int64(time.Since(waitStart)))
if !ok {
return nil, errDBClosed
}
// Only check if the connection is expired if the strategy is cachedOrNewConns.
// If we require a new connection, just re-use the connection without looking
// at the expiry time. If it is expired, it will be checked when it is placed
// back into the connection pool.
// This prioritizes giving a valid connection to a client over the exact connection
// lifetime, which could expire exactly after this point anyway.
// 对cachedOrNewConn策略的连接请求，需要判断连接是否过期
// 如果是请求新连接，则不做判断，等连接被放回free池中时再回收
if strategy == cachedOrNewConn && ret.err == nil && ret.conn.expired(lifetime) {
ret.conn.Close()
return nil, driver.ErrBadConn
}
if ret.conn == nil {
return nil, ret.err
}
// Reset the session if required.
if err := ret.conn.resetSession(ctx); err == driver.ErrBadConn {
ret.conn.Close()
return nil, driver.ErrBadConn
}
return ret.conn, ret.err
}
}
// 由于未达到连接数上限，直接创建新连接
db.numOpen++ // optimistically
db.mu.Unlock()
ci, err := db.connector.Connect(ctx)
if err != nil {
db.mu.Lock()
db.numOpen-- // correct for earlier optimism
db.maybeOpenNewConnections()
db.mu.Unlock()
return nil, err
}
db.mu.Lock()
dc := &driverConn{
db: db,
createdAt: nowFunc(),
ci: ci,
inUse: true,
}
db.addDepLocked(dc, dc)
db.mu.Unlock()
return dc, nil
}综上，当我们向连接池申请连接时，
- 如果策略是 cachedOrNewConn，free连接池中有，则直接取出；
- 如果连接池没有空闲连接或者策略为alwaysNewConn，当前连接不超过上限，则直接创建；
- 否则通过channel去异步创建建立，调用点阻塞等待连接。
7. 执行查询
Query
// ctx 是调用sql设置的上下文
// txctx 是事务的上下文，如果有
// releaseConn 上层传递的函数句柄，连接使用完后，将该连接放回到连接池
func (db *DB) queryDC(ctx, txctx context.Context, dc *driverConn, releaseConn func(error), query string, args []interface{}) (*Rows, error) {
queryerCtx, ok := dc.ci.(driver.QueryerContext)
var queryer driver.Queryer
if !ok {
queryer, ok = dc.ci.(driver.Queryer)
}
if ok {
var nvdargs []driver.NamedValue
var rowsi driver.Rows
var err error
withLock(dc, func() {
nvdargs, err = driverArgsConnLocked(dc.ci, nil, args)
if err != nil {
return
}
rowsi, err = ctxDriverQuery(ctx, queryerCtx, queryer, query, nvdargs)
})
// err要么为nil，要么为ErrSkip以外的其他错误
// ErrSkip 通常为某些可选接口不存在，可以尝试其他接口
if err != driver.ErrSkip {
if err != nil {
releaseConn(err)
return nil, err
}
// err ！= nil
// 数据库连接的所有权转交给了rows，rows需要主动Close，以将该连接放回到free连接池中
rows := &Rows{
dc: dc,
releaseConn: releaseConn,
rowsi: rowsi,
}
// 通过context，当收到上层事件或者事务关闭的消息，rows能够自动调用Close释放连接
rows.initContextClose(ctx, txctx)
return rows, nil
}
}
// prepare
var si driver.Stmt
var err error
withLock(dc, func() {
si, err = ctxDriverPrepare(ctx, dc.ci, query)
})
if err != nil {
releaseConn(err)
return nil, err
}
// execute
ds := &driverStmt{Locker: dc, si: si}
rowsi, err := rowsiFromStatement(ctx, dc.ci, ds, args...)
if err != nil {
ds.Close()
releaseConn(err)
return nil, err
}
// Note: ownership of ci passes to the *Rows, to be freed
// with releaseConn.
rows := &Rows{
dc: dc,
releaseConn: releaseConn,
rowsi: rowsi,
closeStmt: ds,
}
// 同上
rows.initContextClose(ctx, txctx)
return rows, nil
}可以发现，在sql包这一层，已经做好了所有的连接管理的动作，具体的收发包/包协议逻辑给了不同的驱动自己实现，当执行完查询后，连接的所有权转交给了rows对象，意味着需要rows主动调用 Close() 函数，才会将当前使用的连接放回连接池中去。
QueryRow
同样的，QueryRow() 和 Query() 其实底层是用的一套方法，返回值也仅仅是多包了一层
func (db *DB) QueryRow(query string, args ...interface{}) *Row {
return db.QueryRowContext(context.Background(), query, args...)
}
func (db *DB) QueryRowContext(ctx context.Context, query string, args ...interface{}) *Row {
rows, err := db.QueryContext(ctx, query, args...)
return &Row{rows: rows, err: err}
}
// Row 和 Rows 的关系
type Row struct {
// One of these two will be non-nil:
err error // deferred error for easy chaining
rows *Rows
}细心的话，能够发现 Row 仅仅提供了 Scan 一个方法，甚至 Close() 都没有，相比 Rows，看着又些单薄，那如何释放连接呢？
在 Row 的 Scan() 方法里，会从rows读取第一条数据，在最后，调用了rows的Close() 方法
func (r *Row) Scan(dest ...interface{}) error {
if r.err != nil {
return r.err
}
defer r.rows.Close()
for _, dp := range dest {
if _, ok := dp.(*RawBytes); ok {
return errors.New("sql: RawBytes isn‘t allowed on Row.Scan")
}
}
if !r.rows.Next() {
if err := r.rows.Err(); err != nil {
return err
}
return ErrNoRows
}
err := r.rows.Scan(dest...)
if err != nil {
return err
}
// Make sure the query can be processed to completion with no errors.
return r.rows.Close()
}意味着，当我们使用 QueryRow() 时，必须使用row.Scan( ) 来获取结果，否则该连接就不会放回连接池中去。
Exec
Exec 由于不需要结果集，因此，对连接的release就不像前两个那么麻烦，除此之外的处理流程基本一样。
func (db *DB) execDC(ctx context.Context, dc *driverConn, release func(error), query string, args []interface{}) (res Result, err error) {
// 调用 Exec 函数就不需要额外关心连接的release，在函数结束之前就放回free池中
defer func() {
release(err)
}()
execerCtx, ok := dc.ci.(driver.ExecerContext)
var execer driver.Execer
if !ok {
execer, ok = dc.ci.(driver.Execer)
}
// 和Query一样，如果驱动有实现这两个接口，就直接调用，否则由sql包主动触发调用prepare+execute
if ok {
var nvdargs []driver.NamedValue
var resi driver.Result
withLock(dc, func() {
nvdargs, err = driverArgsConnLocked(dc.ci, nil, args)
if err != nil {
return
}
resi, err = ctxDriverExec(ctx, execerCtx, execer, query, nvdargs)
})
if err != driver.ErrSkip {
if err != nil {
return nil, err
}
return driverResult{dc, resi}, nil
}
}
var si driver.Stmt
withLock(dc, func() {
si, err = ctxDriverPrepare(ctx, dc.ci, query)
})
if err != nil {
return nil, err
}
ds := &driverStmt{Locker: dc, si: si}
defer ds.Close()
// 从 statement 中保存结果
return resultFromStatement(ctx, dc.ci, ds, args...)
}8. 优雅地使用stmt
上面提到，直接使用占位符的方式来执行二进制sql，实际每次会发送两条sql，并不能提高执行效率，那statement的正确执行方式是什么呢？
stmt, err := db.Prepare("select * from t1 where a = ?”) // prepare，sql_type=22
if err != nil {
return
}
_, err = stmt.Exec(1) // 第一次执行，sql_type=23
if err != nil {
return
}
rows, err := stmt.Query(1) // 第二次执行，连接所有权转交给rows，sql_type=23
if err != nil {
return
}
_ = rows.Close() // 归还连接的所有权
_ = stmt.Close() // sql_type=25 我们知道，db是一个连接池对象，这里prepare只需要显示调用一次，之后stmt在执行时，如果获取到了新的连接或者没有执行过prepare的连接，那么它会首先调用prepare，之后再去执行execute，因此，我们无需担心是否会在一个没有prepare过的连接上execute。
同样，stmt在调用Close()时，会对所有连接上都执行close，关闭掉这个stmt，因此，关闭之前，要保证这个stmt不会再被执行。
9. 释放连接
前面提到，我们连接执行完一次普通查询，就需要及时放回到freeConn连接池中，中间连接的拥有权虽然会转移，但最终都需要被回收，其实，开启事务的请求也类似，会在事务提交或回滚后释放连接。连接释放的方法从上层不断向下传递，所有可能拥有连接所有权的对象，都可能接受到该释放连接到方法。
// 用来将使用完的连接放回到free连接池中
func (dc *driverConn) releaseConn(err error) {
dc.db.putConn(dc, err, true)
}
func (db *DB) putConn(dc *driverConn, err error, resetSession bool) {
// 检查连接是否还能复用
if err != driver.ErrBadConn {
if !dc.validateConnection(resetSession) {
err = driver.ErrBadConn
}
}
// debugGetPut 是测试信息
db.mu.Lock()
if !dc.inUse {
db.mu.Unlock()
if debugGetPut {
fmt.Printf("putConn(%v) DUPLICATE was: %s\n\nPREVIOUS was: %s", dc, stack(), db.lastPut[dc])
}
panic("sql: connection returned that was never out")
}
if err != driver.ErrBadConn && dc.expired(db.maxLifetime) {
err = driver.ErrBadConn
}
if debugGetPut {
db.lastPut[dc] = stack()
}
dc.inUse = false
// 在这个连接上注册的一些statement的关闭函数
for _, fn := range dc.onPut {
fn()
}
dc.onPut = nil
// 如果当前连接已经不可用，意味着可能会有新的连接请求，调用maybeOpenNewConnections进行检测
if err == driver.ErrBadConn {
// Don‘t reuse bad connections.
// Since the conn is considered bad and is being discarded, treat it
// as closed. Don‘t decrement the open count here, finalClose will
// take care of that.
db.maybeOpenNewConnections()
db.mu.Unlock()
dc.Close()
return
}
// hook 的一个函数，用于测试，默认为nil
if putConnHook != nil {
putConnHook(db, dc)
}
added := db.putConnDBLocked(dc, nil)
db.mu.Unlock()
if !added {
dc.Close()
return
}
}10. 连接管理
对连接的管理，主要包括连接的申请，连接的回收及复用，异步释放超时的连接。
连接管理的整个流程如下
11. 不开启事务，如何固定占用一条连接
通过前面这些内容，能够发现，在不开启事务的情况下，连接完成一笔请求，回被放回到free池里去，所以哪怕连续执行两条select，也有可能用的不是同一个实际的数据库连接，某些特殊场景，比如我们执行完存储过程，想要select输出型结果时，这里就不满足要求。
简化下需求，其实是我们想要长时间占用一个连接，开启事务是一种解决方案，不过额外引入事务，可能会造成锁的延迟释放（以mysql两阶段锁为例）， 这里可以用Context方法来实现，用法举例
{
var a int
ctx := context.Background()
cn, err := db.Conn(ctx) // 绑定一个连接
if err != nil {
return
}
// 执行第一次查询，将连接所有权转交给rows1
rows1, err := cn.QueryContext(ctx, "select * from t1")
if err != nil {
return
}
_ = rows1.Scan(&a)
_ = rows1.Close() // rows1 close，将连接所有权交给cn
// 执行第二次查询，将连接所有权转交给rows2
rows2, err = cn.QueryContext(ctx, "select * from t1")
if err != nil {
return
}
_ = rows2.Scan(&a)
_ = rows2.Close() // rows1 close，将连接所有权交给cn
// cn close，连接回收，放回free队列
_ = cn.Close()
}关于db.Conn( ) 返回的sql.Conn对象，需要和driver.Conn 做区分，sql.Conn 是对driverConn的再一次封装，是为里提供连续的单个数据库连接，driver.Conn 是不同驱动要实现的接口
// Conn represents a single database connection rather than a pool of database
// connections. Prefer running queries from DB unless there is a specific
// need for a continuous single database connection.
//
// A Conn must call Close to return the connection to the database pool
// and may do so concurrently with a running query.
//
// After a call to Close, all operations on the
// connection fail with ErrConnDone.
type Conn struct {
db *DB
// closemu prevents the connection from closing while there
// is an active query. It is held for read during queries
// and exclusively during close.
closemu sync.RWMutex
// dc is owned until close, at which point
// it‘s returned to the connection pool.
dc *driverConn
// done transitions from 0 to 1 exactly once, on close.
// Once done, all operations fail with ErrConnDone.
// Use atomic operations on value when checking value.
done int32
}12. 监控连接池状态
由于mysql协议是同步的，因此，当客户端游大量的并发请求，但是连接数要小于并发数的情况下，是会有一部分请求被阻塞，等待其它请求释放连接，在某些场景或使用不当的情况下，这里也可能会成为瓶颈。不过库中并没有详细记录每一笔请求的连接等待时间，只提供了累计的等待时间之和，以及其它的监控指标，在定位问题时可以用做参考。
库提供了 db.Stats( ) 方法，会从db对象中获取所有的监控指标，并生成对象 DBStats 对象
func (db *DB) Stats() DBStats {
wait := atomic.LoadInt64(&db.waitDuration)
db.mu.Lock()
defer db.mu.Unlock()
stats := DBStats{
MaxOpenConnections: db.maxOpen,
Idle: len(db.freeConn),
OpenConnections: db.numOpen,
InUse: db.numOpen - len(db.freeConn),
WaitCount: db.waitCount,
WaitDuration: time.Duration(wait),
MaxIdleClosed: db.maxIdleClosed,
MaxLifetimeClosed: db.maxLifetimeClosed,
}
return stats
}一个简单的使用例子
func monitorConn(db *sql.DB) {
go func(db *sql.DB) {
mt := time.NewTicker(monitorDbInterval * time.Second)
for {
select {
case <-mt.C:
stat := db.Stats()
logutil.Errorf("monitor db conn(%p): maxopen(%d), open(%d), use(%d), idle(%d), "+
"wait(%d), idleClose(%d), lifeClose(%d), totalWait(%v)",
db,
stat.MaxOpenConnections, stat.OpenConnections,
stat.InUse, stat.Idle,
stat.WaitCount, stat.MaxIdleClosed,
stat.MaxLifetimeClosed, stat.WaitDuration)
}
}
}(db)
}需要注意的是，1.15 之前，对 stat.MaxLifetimeClosed 对象统计会有异常，1.15 之后做了修复。
Attention
- 注意连接所有者的传递关系，使用完成后要及时回收，如rows.Close()，row.Scan()等，不回收会造成连接泄漏，新的请求会被一直阻塞
- 尽量避免使用占位符的方式执行sql，推荐自己完成sql的拼接或正常使用stmt
- 1.15 后支持了对单个连接空闲时间的限制
- db.Conn( ) 能够持续占用一条连接，但是在该连接中，就没有办法调用之前prepare生成的stmt，但是在事务中可以，tx.Stmt( )可以生成特定于该事务的stmt
- go提供了数据库连接池回收策略，是针对freeConn的，换句话说，连接如果被一直占用，哪怕已经超过了生存时间，也不会被回收
- 我们注意到，每次对连接池操作时，都要先加一把全局大锁，因此，当连接数较多（>1000），且请求量较大时，会存在较为严重的锁竞争，这一点通过top(sys)指标，以及pprof也能发现，因为，一个简单的方式，是将一个大的连接池拆分为多个小的连接池，一般情况下，通过简单的轮询将请求打散在多个连接池上，能有效降低锁的粒度
【完】
golang 数据库连接池database/sql 实现原理分析
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