摘要：数据库连接池是提高数据库访问性能，进而提高应用程序性能的有力工具。但如果使用不当，连接池非但不是有益的，而且是有害的。通过对连接复用率、并访等待率、连接池访问率的分析可以考察如何有效的使用连接池以提高应用程序的效率及可伸缩性。 关键词：数据库连接池；连接复用率；并访等待率；连接池访问率 中图分类号：TP311.13 Usage of Database Connection Pool: A Perspective from “Three Ratios” WANG Wen-hai (Luoyang Institute of Science and Technology， Luoyang 471023， China) Abstract: database connection pool can improve the performance of database access and improve application performance. But if used improperly, connection pooling not is beneficial, but is harmful. Based on discussion of the reuse ratio of the database connection, and the wait ratio of concurrent access to database, and the access ratio of the database connection pool, investigation on how to effectively use the connection pool in order to improve the application efficiency and scalability. Key words: database connection pool; the reuse ratio of the database connection; the wait ratio of concurrent access to database; the access ratio of the database connection pool 数据库连接池的核心思想是连接复用，根本目的是提高系统操作数据库的性能，增强整个应用程序的伸缩性和健壮性。数据库连接池虽有优点，但若使用不当，则非但不是有益的，而且是有害的。那么，如何有效使用数据库连接池呢？在数据库连接池使用中存在一些关键性的因素，包括考量时间段内的连接请求数、数据库连接池内实际连接数、并发访问数、数据库连接池内最大连接数、连接请求端数以及数据库连接池数等。本文通过考察数据库连接池使用中相关因素间的关系，提出连接复用率、并访等待率、连接池访问率三个概念及其表达公式，并在此基础上分析如何有效地使用数据库连接池。 1 连接复用率及其应用 1.1 关于连接复用率 连接复用是数据库连接池的核心思想。连接复用率是指在考量的时间范围内，连接请求数与数据库连接池内连接数的比值。毫无疑问，连接复用率越高越好。连接复用率可以用公式表示如下： 其中，Rreuse表示连接复用率，Nreq表示连接请求数，Nconn表示数据库连接池内连接数（Nconn≥1）。 从连接复用率公式可以看出，连接复用率（Rreuse）与连接请求数(Nreq)正相关，而与数据库连接池内连接数(Nconn)负相关。在数据库连接池内连接数(Nconn)一定的情况下，连接请求数(Nreq)越高，则连接复用率（Rreuse）也越高；在一定的连接请求数(Nreq)下，数据库连接池内连接数(Nconn)越小，则连接复用率（Rreuse）越高。 连接请求数(Nreq)与系统用户数及用户的操作过程有关，从使用数据库连接池的角度看，在不导致并发访问数超出数据库服务器性能许可的前提下，其值越大，连接复用率（Rreuse）越高，连接池的效益越明显。 数据库连接池内连接数(Nconn)的取值范围在最小值与最大值之间。考量连接复用率（Rreuse）总是离不开一定的时间段。考量的时间段可能很短，也可能较长。在考量的时间段内可能无并发访问发生（a），也可能并发访问数低于连接池最大值（b），也可能达到或超出最大值（c）。因此，可以分三种情形来具体讨论数据库连接池内连接数(Nconn)与连接复用率（Rreuse）的关系。在情形（a）下，连接复用率（Rreuse）的高低取决于连接池最小值，最小值取值越小，连接复用率（Rreuse）越高；在情形（c）下，若考量时间段重合于并发访问时间段，则连接复用率（Rreuse）的高低取决于连接池最大值，最大值越小连接复用率（Rreuse）越高，若考量时间段长于并发访问时间段，则规定连接复用率（Rreuse）的计算仍使用连接池最大值，这也更贴合实际情形；而在情形（b）下，连接复用率（Rreuse）的高低取决于连接池内的实际连接数。情形（b）也表明可以调低数据库连接池的最大值，这涉及到并访等待率的问题。系统的实际运行中，情形（c）更为常见，对考量连接复用率（Rreuse）更有价值。 数据库连接池中连接在超出指定的生存期时将被移除。因此，从微观角度看，为连接设置一个合理的较长的生存期，可以提高某个特定数据库连接的复用率。特定数据库连接的复用率是连接复用率的一种特殊情形，也是连接复用率的题中应有之义。 要注意的是，使用数据库连接池，在实际连接到数据库的过程中，池内的实际连接数总是不低于一个，即Nconn≥1。 1.2 连接复用率对数据库连接池使用的要求 从前面关于连接复用率的分析可以知道，在使用数据库连接池时应做到： 1) 确保连接池中至少有一个打开的连接。连接到数据库服务器通常需要几个很长时间的步骤：必须建立物理通道（例如套接字或命名管道），必须与服务器进行初次握手，必须分析连接字符串信息，必须由服务器对连接进行身份验证，必须运行检查以便在当前事务中登记，等等。这是较为消耗系统资源的。确保至少有一个打开的连接，可以确保有连接请求时，系统能够及时响应，提高相应时间段内的连接复用率。一个新的连接池创建后，连接池中就将填满指定的最小连接数量的连接，连接池和池中的连接立即可被使用。因而将数据库连接池的最小值设置为大于或等于１即可达到本条要求。 2) 数据库连接池的最小值一般不应设置得过小。这可以避免频繁新建数据库连接的资源消耗抵消或降低连接复用带来的收益。 3) 数据库连接池的最大值应尽可能的小。但要考虑并访等待率问题。 4) 数据库连接池的最小值与最大值要依情况设置。在并发访问强度相对固定、频度相对稳定的情况下，可以考虑将二者设置为接近值或相同值。 5) 数据库连接池中连接的生存期要依情况设置，一般不应太短。 2 并访等待率及其应用 在访问数据库时，随着访问强度的增大，必然会有并发访问的问题。并发访问数与响应时延正相关，并发访问数增大到一定程度，则影响系统的正常使用。并访等待率是考量响应时延的指标之一。无疑该指标越低越好。并访等待率低则表明数据库访问的响应时延相对就低，系统性能相对就高。
2.1 关于并访等待率 并访等待率考察的是并发访问中处于等待状态的连接请求数相对于连接池最大值的大小。并访等待率与并发访问数、数据库连接池内最大连接数两个因素相关，以公式表示如下： 其中，Rwait表示并访等待率，Nconcurrent表示并发访问数，Nmax表示数据库连接池内最大连接数（Nmax≥1）。 从并访等待率公式可以看出，在并发访问请求数（Nconcurrent）一定的情况下，数据库连接池内连接数(Nmax)越大，则并访等待率（Rwait）越低。 并发访问请求数是随时可能发生变化的，与系统的使用情况息息相关。实践中可基于最大负载数来估算。数据库连接池内最大连接数等于数据库连接池的最大值，也即连接池中允许连接的最大数目。最大值具体设置为多少,要看系统的性能及可能的访问量。实际操作中，可以先设置一个相对较大的连接池最大值,然后逐步减少它的大小,以用户负载正常且CPU占用率在75%与85%之间较为合适。 2.2 并访等待率对数据库连接池使用的要求 为降低并访等待率，在使用数据库连接池时应做到： 1) 在创建数据库连接池时，最小值不应过小，在系统性能许可的范围内，尽可能设置得大些，这样可降低并发访问时因创建新连接而增大响应时延，间接导致并访等待率(Rwait)升高。 2) 连接池最大值的设置要尽可能大，但要注意不能占用过高的服务器资源。 3) 在最早时刻释放连接。使用数据库连接的请求方要及时关闭连接，以使连接放回连接池，增加特定连接复用的机会，促进连接池更好的发挥效益。 4) 在最晚时刻打开连接。在真正请求数据时才打开数据库连接，不要在使用之前就请求连接，以免减少连接池中的可用连接数，进而导致并访等待率(Rwait)升高。 3 连接池访问率及其应用 请求数据库连接的消费方称为连接请求端，它可能是一个进程或是一个线程。连接请求端与连接请求不同。一个特定的连接请求端可以发出多个连接请求，是连接请求的消费主体。很明显，一个数据库连接池的连接请求端数越多，则其接受的连接请求数也就越多，其连接复用率相应就越高，即连接请求端数与连接复用率正相关。 3.1 关于连接池访问率 连接池访问率是指连接请求端数与数据库连接池数的比值。连接池访问率以公式表示如下： 其中，Rpool表示连接池访问率，Nclient表示连接请求端数，Npool表示数据库连接池数（Npool≥1）。 依连接池访问率公式可知，连接池访问率（Rpool）与连接请求端数（Nclient）正相关，而连接请求端数与连接复用率正相关，因此，连接池访问率与连接复用率（Rreuse）二者是正相关的。从连接复用的角度看，连接池访问率越高越好。 从连接池访问率公式还可以看出，连接池访问率（Rpool）与数据库连接池数(Npool)负相关，也即所请求的数据库连接池数(Npool)越少，则连接池访问率（Rconn）越高，特定数据库连接池内连接的复用也越有效益，这就在连接请求端数一定的情况下，提高了连接复用率（Rreuse）。 上面的分析告诉我们，在访问同一个数据库时应建立尽可能少的数据库连接池。这关涉到数据库连接池与数据连接的关系问题。连接池是已打开的可重用的数据库连接的一个容器。不同的连接池存储不同类的连接，多个不同的连接导致建立多个连接池；连接字符串不同则建立的连接也不同，不同类数据库连接的连接字符串必定不同。因此，一个连接字符串对应一个连接池,而一个数据库可能对应多个连接池。在访问数据库时应尽可能构造同类的数据库连接，以减少数据库连接池数，提高连接池访问率。事实上，数据库连接池在使用中会有一个或多个数据库连接一直保持打开状态（这是其主要缺点），且连接池管理连接时有一点系统开销，从提高数据库服务器以至整个系统性能的角度看，也不应创建多个数据库连接池。 还要注意的是，数据库连接池只能在相应的程序实例中管理，不同实例的程序，各自管理自己的连接池；即便是相同的连接字符串，不同的实例间也不能共享连接资源。因此，在多个程序实例中使用数据库连接池就增加了连接池数（Npool）,降低了连接池访问率（Rpool）。在多层应用系统中，可以轻易在中间层做到“少实例、集中接受请求”以提高连接池访问率，发挥数据库连接池的作用，应当使用数据库连接池；而在两层架构系统（C/S）中使用数据库连接池，会导致在各客户端建立数据库连接池，各连接池只有所在客户端访问，连接池访问率（Rpool）低，数据库连接池不能发挥最佳的效益，而且，在客户端数量较多时会在数据库服务器端产生大量无用的连接进程，浪费服务器连接资源，进而拖累系统性能。 3.2 连接池访问率的对数据库连接池使用的要求 据上述分析，在使用数据库连接池时应做到： 1) 在多层应用系统中使用数据库连接池。具体说，是在应用程序服务器、WEB服务器等中间层使用数据库连接池。 2) 精心构造连接字符串，尽量保证系统访问数据库所使用的连接字符串不变。 3) 谨慎且尽量少地创建数据库连接池所在层的实例。 4) 一般不应在两层架构系统中使用数据库连接池。这会导致在各客户端建立数据库连接池。在两层架构系统（C/S）中可按普通方式使用数据库连接。这虽然会因创建连接而延迟响应，但是，只要“按需创建，尽早释放”，就能够保证在客户端数量较大时，系统仍然保持较好的性能，也不容易浪费服务器连接资源。 5) 在使用集成身份验证的情况下谨慎使用连接池，防止因连接池访问率不高而导致不能收到预期的效果。 连接复用率、并访等待率和连接池访问率从不同视角考量数据库连接池，通过原理分析并据此提出具体要求，以帮助正确而有效地使用数据库连接池。在实际开发中应综合考虑三者及其要求，不应偏执；尤其对于连接复用率与并访等待率，更要结合服务器性能和系统负荷量等实际情况加以运用，以收到数据库连接池使用的最大效益。 参考文献： [1]王宇杰,王锋,杨文宾.基于数据库连接池的数据库访问性能对比测试研究[J].工业控制计算机.2010(6). [2]孙翠华,密君英.基于ASP.NET的数据库连接池的研究[J].电脑知识与技术.2010(20). [3]刘冰.基于JDBC数据库连接池技术的研究与实现[J].计算机与现代化.2010(7). [4]胥家瑞.关于数据库连接池技术的探索[J].科技信息.2009(28). [5]刘艳锋,闫雪.数据库连接池技术研究与应用[J].科技创新导报.2009(28).省略
摘要：数据库连接池是提高数据库访问性能，进而提高应用程序性能的有力工具。但如果使用不当，连接池非但不是有益的，而且是有害的。通过对连接复用率、并访等待率、连接池访问率的分析可以考察如何有效的使用连接池以提高应用程序的效率及可伸缩性。 关键词：数据库连接池；连接复用率；并访等待率；连接池访问率 中图分类号：TP311.13 Usage of Database Connection Pool: A Perspective from “Three Ratios” WANG Wen-hai (Luoyang Institute of Science and Technology， Luoyang 471023， China) Abstract: database connection pool can improve the performance of database access and improve application performance. But if used improperly, connection pooling not is beneficial, but is harmful. Based on discussion of the reuse ratio of the database connection, and the wait ratio of concurrent access to database, and the access ratio of the database connection pool, investigation on how to effectively use the connection pool in order to improve the application efficiency and scalability. Key words: database connection pool; the reuse ratio of the database connection; the wait ratio of concurrent access to database; the access ratio of the database connection pool 数据库连接池的核心思想是连接复用，根本目的是提高系统操作数据库的性能，增强整个应用程序的伸缩性和健壮性。数据库连接池虽有优点，但若使用不当，则非但不是有益的，而且是有害的。那么，如何有效使用数据库连接池呢？在数据库连接池使用中存在一些关键性的因素，包括考量时间段内的连接请求数、数据库连接池内实际连接数、并发访问数、数据库连接池内最大连接数、连接请求端数以及数据库连接池数等。本文通过考察数据库连接池使用中相关因素间的关系，提出连接复用率、并访等待率、连接池访问率三个概念及其表达公式，并在此基础上分析如何有效地使用数据库连接池。 1 连接复用率及其应用 1.1 关于连接复用率 连接复用是数据库连接池的核心思想。连接复用率是指在考量的时间范围内，连接请求数与数据库连接池内连接数的比值。毫无疑问，连接复用率越高越好。连接复用率可以用公式表示如下： 其中，Rreuse表示连接复用率，Nreq表示连接请求数，Nconn表示数据库连接池内连接数（Nconn≥1）。 从连接复用率公式可以看出，连接复用率（Rreuse）与连接请求数(Nreq)正相关，而与数据库连接池内连接数(Nconn)负相关。在数据库连接池内连接数(Nconn)一定的情况下，连接请求数(Nreq)越高，则连接复用率（Rreuse）也越高；在一定的连接请求数(Nreq)下，数据库连接池内连接数(Nconn)越小，则连接复用率（Rreuse）越高。 连接请求数(Nreq)与系统用户数及用户的操作过程有关，从使用数据库连接池的角度看，在不导致并发访问数超出数据库服务器性能许可的前提下，其值越大，连接复用率（Rreuse）越高，连接池的效益越明显。 数据库连接池内连接数(Nconn)的取值范围在最小值与最大值之间。考量连接复用率（Rreuse）总是离不开一定的时间段。考量的时间段可能很短，也可能较长。在考量的时间段内可能无并发访问发生（a），也可能并发访问数低于连接池最大值（b），也可能达到或超出最大值（c）。因此，可以分三种情形来具体讨论数据库连接池内连接数(Nconn)与连接复用率（Rreuse）的关系。在情形（a）下，连接复用率（Rreuse）的高低取决于连接池最小值，最小值取值越小，连接复用率（Rreuse）越高；在情形（c）下，若考量时间段重合于并发访问时间段，则连接复用率（Rreuse）的高低取决于连接池最大值，最大值越小连接复用率（Rreuse）越高，若考量时间段长于并发访问时间段，则规定连接复用率（Rreuse）的计算仍使用连接池最大值，这也更贴合实际情形；而在情形（b）下，连接复用率（Rreuse）的高低取决于连接池内的实际连接数。情形（b）也表明可以调低数据库连接池的最大值，这涉及到并访等待率的问题。系统的实际运行中，情形（c）更为常见，对考量连接复用率（Rreuse）更有价值。 数据库连接池中连接在超出指定的生存期时将被移除。因此，从微观角度看，为连接设置一个合理的较长的生存期，可以提高某个特定数据库连接的复用率。特定数据库连接的复用率是连接复用率的一种特殊情形，也是连接复用率的题中应有之义。 要注意的是，使用数据库连接池，在实际连接到数据库的过程中，池内的实际连接数总是不低于一个，即Nconn≥1。 1.2 连接复用率对数据库连接池使用的要求 从前面关于连接复用率的分析可以知道，在使用数据库连接池时应做到： 1) 确保连接池中至少有一个打开的连接。连接到数据库服务器通常需要几个很长时间的步骤：必须建立物理通道（例如套接字或命名管道），必须与服务器进行初次握手，必须分析连接字符串信息，必须由服务器对连接进行身份验证，必须运行检查以便在当前事务中登记，等等。这是较为消耗系统资源的。确保至少有一个打开的连接，可以确保有连接请求时，系统能够及时响应，提高相应时间段内的连接复用率。一个新的连接池创建后，连接池中就将填满指定的最小连接数量的连接，连接池和池中的连接立即可被使用。因而将数据库连接池的最小值设置为大于或等于１即可达到本条要求。 2) 数据库连接池的最小值一般不应设置得过小。这可以避免频繁新建数据库连接的资源消耗抵消或降低连接复用带来的收益。 3) 数据库连接池的最大值应尽可能的小。但要考虑并访等待率问题。 4) 数据库连接池的最小值与最大值要依情况设置。在并发访问强度相对固定、频度相对稳定的情况下，可以考虑将二者设置为接近值或相同值。 5) 数据库连接池中连接的生存期要依情况设置，一般不应太短。 2 并访等待率及其应用 在访问数据库时，随着访问强度的增大，必然会有并发访问的问题。并发访问数与响应时延正相关，并发访问数增大到一定程度，则影响系统的正常使用。并访等待率是考量响应时延的指标之一。无疑该指标越低越好。并访等待率低则表明数据库访问的响应时延相对就低，系统性能相对就高。
2.1 关于并访等待率 并访等待率考察的是并发访问中处于等待状态的连接请求数相对于连接池最大值的大小。并访等待率与并发访问数、数据库连接池内最大连接数两个因素相关，以公式表示如下： 其中，Rwait表示并访等待率，Nconcurrent表示并发访问数，Nmax表示数据库连接池内最大连接数（Nmax≥1）。 从并访等待率公式可以看出，在并发访问请求数（Nconcurrent）一定的情况下，数据库连接池内连接数(Nmax)越大，则并访等待率（Rwait）越低。 并发访问请求数是随时可能发生变化的，与系统的使用情况息息相关。实践中可基于最大负载数来估算。数据库连接池内最大连接数等于数据库连接池的最大值，也即连接池中允许连接的最大数目。最大值具体设置为多少,要看系统的性能及可能的访问量。实际操作中，可以先设置一个相对较大的连接池最大值,然后逐步减少它的大小,以用户负载正常且CPU占用率在75%与85%之间较为合适。 2.2 并访等待率对数据库连接池使用的要求 为降低并访等待率，在使用数据库连接池时应做到： 1) 在创建数据库连接池时，最小值不应过小，在系统性能许可的范围内，尽可能设置得大些，这样可降低并发访问时因创建新连接而增大响应时延，间接导致并访等待率(Rwait)升高。 2) 连接池最大值的设置要尽可能大，但要注意不能占用过高的服务器资源。 3) 在最早时刻释放连接。使用数据库连接的请求方要及时关闭连接，以使连接放回连接池，增加特定连接复用的机会，促进连接池更好的发挥效益。 4) 在最晚时刻打开连接。在真正请求数据时才打开数据库连接，不要在使用之前就请求连接，以免减少连接池中的可用连接数，进而导致并访等待率(Rwait)升高。 3 连接池访问率及其应用 请求数据库连接的消费方称为连接请求端，它可能是一个进程或是一个线程。连接请求端与连接请求不同。一个特定的连接请求端可以发出多个连接请求，是连接请求的消费主体。很明显，一个数据库连接池的连接请求端数越多，则其接受的连接请求数也就越多，其连接复用率相应就越高，即连接请求端数与连接复用率正相关。 3.1 关于连接池访问率 连接池访问率是指连接请求端数与数据库连接池数的比值。连接池访问率以公式表示如下： 其中，Rpool表示连接池访问率，Nclient表示连接请求端数，Npool表示数据库连接池数（Npool≥1）。 依连接池访问率公式可知，连接池访问率（Rpool）与连接请求端数（Nclient）正相关，而连接请求端数与连接复用率正相关，因此，连接池访问率与连接复用率（Rreuse）二者是正相关的。从连接复用的角度看，连接池访问率越高越好。 从连接池访问率公式还可以看出，连接池访问率（Rpool）与数据库连接池数(Npool)负相关，也即所请求的数据库连接池数(Npool)越少，则连接池访问率（Rconn）越高，特定数据库连接池内连接的复用也越有效益，这就在连接请求端数一定的情况下，提高了连接复用率（Rreuse）。 上面的分析告诉我们，在访问同一个数据库时应建立尽可能少的数据库连接池。这关涉到数据库连接池与数据连接的关系问题。连接池是已打开的可重用的数据库连接的一个容器。不同的连接池存储不同类的连接，多个不同的连接导致建立多个连接池；连接字符串不同则建立的连接也不同，不同类数据库连接的连接字符串必定不同。因此，一个连接字符串对应一个连接池,而一个数据库可能对应多个连接池。在访问数据库时应尽可能构造同类的数据库连接，以减少数据库连接池数，提高连接池访问率。事实上，数据库连接池在使用中会有一个或多个数据库连接一直保持打开状态（这是其主要缺点），且连接池管理连接时有一点系统开销，从提高数据库服务器以至整个系统性能的角度看，也不应创建多个数据库连接池。 还要注意的是，数据库连接池只能在相应的程序实例中管理，不同实例的程序，各自管理自己的连接池；即便是相同的连接字符串，不同的实例间也不能共享连接资源。因此，在多个程序实例中使用数据库连接池就增加了连接池数（Npool）,降低了连接池访问率（Rpool）。在多层应用系统中，可以轻易在中间层做到“少实例、集中接受请求”以提高连接池访问率，发挥数据库连接池的作用，应当使用数据库连接池；而在两层架构系统（C/S）中使用数据库连接池，会导致在各客户端建立数据库连接池，各连接池只有所在客户端访问，连接池访问率（Rpool）低，数据库连接池不能发挥最佳的效益，而且，在客户端数量较多时会在数据库服务器端产生大量无用的连接进程，浪费服务器连接资源，进而拖累系统性能。 3.2 连接池访问率的对数据库连接池使用的要求 据上述分析，在使用数据库连接池时应做到： 1) 在多层应用系统中使用数据库连接池。具体说，是在应用程序服务器、WEB服务器等中间层使用数据库连接池。 2) 精心构造连接字符串，尽量保证系统访问数据库所使用的连接字符串不变。 3) 谨慎且尽量少地创建数据库连接池所在层的实例。 4) 一般不应在两层架构系统中使用数据库连接池。这会导致在各客户端建立数据库连接池。在两层架构系统（C/S）中可按普通方式使用数据库连接。这虽然会因创建连接而延迟响应，但是，只要“按需创建，尽早释放”，就能够保证在客户端数量较大时，系统仍然保持较好的性能，也不容易浪费服务器连接资源。 5) 在使用集成身份验证的情况下谨慎使用连接池，防止因连接池访问率不高而导致不能收到预期的效果。 连接复用率、并访等待率和连接池访问率从不同视角考量数据库连接池，通过原理分析并据此提出具体要求，以帮助正确而有效地使用数据库连接池。在实际开发中应综合考虑三者及其要求，不应偏执；尤其对于连接复用率与并访等待率，更要结合服务器性能和系统负荷量等实际情况加以运用，以收到数据库连接池使用的最大效益。 参考文献： [1]王宇杰,王锋,杨文宾.基于数据库连接池的数据库访问性能对比测试研究[J].工业控制计算机.2010(6). [2]孙翠华,密君英.基于ASP.NET的数据库连接池的研究[J].电脑知识与技术.2010(20). [3]刘冰.基于JDBC数据库连接池技术的研究与实现[J].计算机与现代化.2010(7). [4]胥家瑞.关于数据库连接池技术的探索[J].科技信息.2009(28). [5]刘艳锋,闫雪.数据库连接池技术研究与应用[J].科技创新导报.2009(28).省略