問題引入
作為一名Golang開發(fā)者，線上環(huán)境遇到過好幾次連接數(shù)暴增問題（mysql/redis/kafka等）。
糾其原因，Golang作為常駐進程，請求第三方服務(wù)或者資源完畢后，需要手動關(guān)閉連接，否則連接會一直存在。而很多時候，開發(fā)者不一定記得關(guān)閉這個連接。
這樣是不是很麻煩？于是有了連接池。顧名思義，連接池就是管理連接的；我們從連接池獲取連接，請求完畢后再將連接還給連接池；連接池幫我們做了連接的建立、復用以及回收工作。
在設(shè)計與實現(xiàn)連接池時，我們通常需要考慮以下幾個問題：
- 連接池的連接數(shù)目是否有限制，最大可以建立多少個連接？
- 當連接長時間沒有使用，需要回收該連接嗎？
- 業(yè)務(wù)請求需要獲取連接時，此時若連接池無空閑連接且無法新建連接，業(yè)務(wù)需要排隊等待嗎？
- 排隊的話又存在另外的問題，隊列長度有無限制，排隊時間呢？
Golang連接池實現(xiàn)原理
我們以Golang HTTP連接池為例，分析連接池的實現(xiàn)原理。
結(jié)構(gòu)體Transport
Transport結(jié)構(gòu)定義如下：
type Transport struct {
//操作空閑連接需要獲取鎖
idleMu sync.Mutex
//空閑連接池，key為協(xié)議目標地址等組合
idleConn map[connectMethodKey][]*persistConn // most recently used at end
//等待空閑連接的隊列，基于切片實現(xiàn)，隊列大小無限制
idleConnWait map[connectMethodKey]wantConnQueue // waiting getConns
//排隊等待建立連接需要獲取鎖
connsPerHostMu sync.Mutex
//每個host建立的連接數(shù)
connsPerHost map[connectMethodKey]int
//等待建立連接的隊列，同樣基于切片實現(xiàn)，隊列大小無限制
connsPerHostWait map[connectMethodKey]wantConnQueue // waiting getConns
//最大空閑連接數(shù)
MaxIdleConns int
//每個目標host最大空閑連接數(shù)；默認為2（注意默認值）
MaxIdleConnsPerHost int
//每個host可建立的最大連接數(shù)
MaxConnsPerHost int
//連接多少時間沒有使用則被關(guān)閉
IdleConnTimeout time.Duration
//禁用長連接，使用短連接
DisableKeepAlives bool
}
可以看到，連接護著隊列，都是一個map結(jié)構(gòu)，而key為協(xié)議目標地址等組合，即同一種協(xié)議與同一個目標host可建立的連接或者空閑連接是有限制的。
需要特別注意的是，MaxIdleConnsPerHost默認等于2，即與目標主機最多只維護兩個空閑連接。這會導致什么呢？
如果遇到突發(fā)流量，瞬間建立大量連接，但是回收連接時，由于最大空閑連接數(shù)的限制，該聯(lián)機不能進入空閑連接池，只能直接關(guān)閉。結(jié)果是，一直新建大量連接，又關(guān)閉大量連，業(yè)務(wù)機器的TIME_WAIT連接數(shù)隨之突增。
線上有些業(yè)務(wù)架構(gòu)是這樣的：客戶端 ===> LVS ===> Nginx ===> 服務(wù)。LVS負載均衡方案采用DR模式，LVS與Nginx配置統(tǒng)一VIP。此時在客戶端看來，只有一個IP地址，只有一個Host。上述問題更為明顯。
最后，Transport也提供了配置DisableKeepAlives，禁用長連接，使用短連接訪問第三方資源或者服務(wù)。
連接獲取與回收
Transport結(jié)構(gòu)提供下面兩個方法實現(xiàn)連接的獲取與回收操作。
func (t *Transport) getConn(treq *transportRequest, cm connectMethod) (pc *persistConn, err error) {}
func (t *Transport) tryPutIdleConn(pconn *persistConn) error {}
連接的獲取主要分為兩步走：1）嘗試獲取空閑連接；2）嘗試新建連接：
//getConn方法內(nèi)部實現(xiàn)
if delivered := t.queueForIdleConn(w); delivered {
return pc, nil
}
t.queueForDial(w)
當然，可能獲取不到連接而需要排隊，此時怎么辦呢？當前會阻塞當前協(xié)程了，直到獲取連接為止，或者httpclient超時取消請求：
select {
case -w.ready:
return w.pc, w.err
//超時被取消
case -req.Cancel:
return nil, errRequestCanceledConn
……
}
var errRequestCanceledConn = errors.New("net/http: request canceled while waiting for connection") // TODO: unify?
排隊等待空閑連接的邏輯如下：
func (t *Transport) queueForIdleConn(w *wantConn) (delivered bool) {
//如果配置了空閑超時時間，獲取到連接需要檢測，超時則關(guān)閉連接
if t.IdleConnTimeout > 0 {
oldTime = time.Now().Add(-t.IdleConnTimeout)
}
if list, ok := t.idleConn[w.key]; ok {
for len(list) > 0 !stop {
pconn := list[len(list)-1]
tooOld := !oldTime.IsZero() pconn.idleAt.Round(0).Before(oldTime)
//超時了，關(guān)閉連接
if tooOld {
go pconn.closeConnIfStillIdle()
}
//分發(fā)連接到wantConn
delivered = w.tryDeliver(pconn, nil)
}
}
//排隊等待空閑連接
q := t.idleConnWait[w.key]
q.pushBack(w)
t.idleConnWait[w.key] = q
}
排隊等待新建連接的邏輯如下：
func (t *Transport) queueForDial(w *wantConn) {
//如果沒有限制最大連接數(shù)，直接建立連接
if t.MaxConnsPerHost = 0 {
go t.dialConnFor(w)
return
}
//如果沒超過連接數(shù)限制，直接建立連接
if n := t.connsPerHost[w.key]; n t.MaxConnsPerHost {
go t.dialConnFor(w)
return
}
//排隊等待連接建立
q := t.connsPerHostWait[w.key]
q.pushBack(w)
t.connsPerHostWait[w.key] = q
}
連接建立完成后，同樣會調(diào)用tryDeliver分發(fā)連接到wantConn，同時關(guān)閉通道w.ready，這樣主協(xié)程糾接觸阻塞了。
func (w *wantConn) tryDeliver(pc *persistConn, err error) bool {
w.pc = pc
close(w.ready)
}
請求處理完成后，通過tryPutIdleConn將連接放回連接池；這時候如果存在等待空閑連接的協(xié)程，則需要分發(fā)復用該連接。另外，在回收連接時，還需要校驗空閑連接數(shù)目是否超過限制：
func (t *Transport) tryPutIdleConn(pconn *persistConn) error {
//禁用長連接；或者最大空閑連接數(shù)不合法
if t.DisableKeepAlives || t.MaxIdleConnsPerHost 0 {
return errKeepAlivesDisabled
}
if q, ok := t.idleConnWait[key]; ok {
//如果等待隊列不為空，分發(fā)連接
for q.len() > 0 {
w := q.popFront()
if w.tryDeliver(pconn, nil) {
done = true
break
}
}
}
//空閑連接數(shù)目超過限制，默認為DefaultMaxIdleConnsPerHost=2
idles := t.idleConn[key]
if len(idles) >= t.maxIdleConnsPerHost() {
return errTooManyIdleHost
}
}
空閑連接超時關(guān)閉
Golang HTTP連接池如何實現(xiàn)空閑連接的超時關(guān)閉邏輯呢？從上述queueForIdleConn邏輯可以看到，每次在獲取到空閑連接時，都會檢測是否已經(jīng)超時，超時則關(guān)閉連接。
那如果沒有業(yè)務(wù)請求到達，一直不需要獲取連接，空閑連接就不會超時關(guān)閉嗎？其實在將空閑連接添加到連接池時，Golang同時還設(shè)置了定時器，定時器到期后，自然會關(guān)閉該連接。
pconn.idleTimer = time.AfterFunc(t.IdleConnTimeout, pconn.closeConnIfStillIdle)
排隊隊列怎么實現(xiàn)
怎么實現(xiàn)隊列模型呢？很簡單，可以基于切片：
queue []*wantConn
//入隊
queue = append(queue, w)
//出隊
v := queue[0]
queue[0] = nil
queue = queue[1:]
這樣有什么問題嗎？隨著頻繁的入隊與出隊操作，切片queue的底層數(shù)組，會有大量空間無法復用而造成浪費。除非該切片執(zhí)行了擴容操作。
Golang在實現(xiàn)隊列時，使用了兩個切片head和tail；head切片用于出隊操作，tail切片用于入隊操作；出隊時，如果head切片為空，則交換head與tail。通過這種方式，Golang實現(xiàn)了底層數(shù)組空間的復用。
func (q *wantConnQueue) pushBack(w *wantConn) {
q.tail = append(q.tail, w)
}
func (q *wantConnQueue) popFront() *wantConn {
if q.headPos >= len(q.head) {
if len(q.tail) == 0 {
return nil
}
// Pick up tail as new head, clear tail.
q.head, q.headPos, q.tail = q.tail, 0, q.head[:0]
}
w := q.head[q.headPos]
q.head[q.headPos] = nil
q.headPos++
return w
}
到此這篇關(guān)于Golang你一定要懂的連接池實現(xiàn)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Golang 連接池內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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