1. 概述

连接池是一种众所周知的数据访问模式，其主要目的是减少执行数据库连接和读/写数据库操作的开销
简而言之，连接池在最基本的级别上是数据库连接缓存实现，可以对其进行配置以满足特定的需求
这里我们将对几种流行的连接池框架进行快速汇总，并学习如何从头开始实现自己的连接池。
为什么是连接池？
如果我们分析一个典型的数据库连接生命周期中涉及的步骤序列，我们就会明白为什么：
1 ) 使用数据库驱动程序打开一个到数据库的连接
2 ) 为了能进行读/写数据打开一个TCP Socket
3 ) 通过套接字读/写数据
4 ) 关闭连接
5 ) 关闭Socket
很明显，数据库连接是相当昂贵的操作，因此，在每一个可能的用例中都应该减少到最小（在边缘情况下，只是避免）。
这就是连接池实现发挥作用的地方。
通过简单地实现一个数据库连接容器（它允许我们重用许多现有的连接），我们可以有效地节省执行大量昂贵的数据库访问的成本，从而提高数据库驱动应用程序的总体性能

2. 数据库连接池框架

从实用的角度来看，考虑到可用的“企业级”连接池框架的数量，从头开始实现连接池是毫无意义的。
从一个说教的角度来看，这是本文的目标，它不是。
即便如此，在学习如何实现基本连接池之前，让我们先展示几个流行的连接池框架。
2.1. Apache Commons DBCP
让我们从Apache Commons DBCP组件开始这个快速综述，这是一个全功能的连接池JDBC框架：

public class DBCPDataSource {
    
    private static BasicDataSource ds = new BasicDataSource();
    
    static {
        ds.setUrl("jdbc:h2:mem:test");
        ds.setUsername("user");
        ds.setPassword("password");
        ds.setMinIdle(5);
        ds.setMaxIdle(10);
        ds.setMaxOpenPreparedStatements(100);
    }
    
    public static Connection getConnection() throws SQLException {
        return ds.getConnection();
    }
    
    private DBCPDataSource(){ }
}

在本例中，我们使用了一个带有静态块的包装类来方便地配置DBCP的属性。
下面是如何使用DBCPDataSource类获取池连接

Connection con = DBCPDataSource.getConnection();

2.2. HikariCP
接下来，让我们看一下HikariCP，这是Brett Wooldridge创建的一个闪电般快速的JDBC连接池框架（有关如何配置和充分利用HikariCP的完整详细信息，请参阅本文）：

public class HikariCPDataSource {
    
    private static HikariConfig config = new HikariConfig();
    private static HikariDataSource ds;
    
    static {
        config.setJdbcUrl("jdbc:h2:mem:test");
        config.setUsername("user");
        config.setPassword("password");
        config.addDataSourceProperty("cachePrepStmts", "true");
        config.addDataSourceProperty("prepStmtCacheSize", "250");
        config.addDataSourceProperty("prepStmtCacheSqlLimit", "2048");
        ds = new HikariDataSource(config);
    }
    
    public static Connection getConnection() throws SQLException {
        return ds.getConnection();
    }
    
    private HikariCPDataSource(){}
}

类似地，下面是如何使用HikariCPDataSource类获取池连接：

Connection con = HikariCPDataSource.getConnection();

2.3. C3PO
最后一个回顾是C3PO，它是由Steve Waldman开发的一个强大的JDBC4连接和语句池框架：

public class C3poDataSource {
 
    private static ComboPooledDataSource cpds = new ComboPooledDataSource();
 
    static {
        try {
            cpds.setDriverClass("org.h2.Driver");
            cpds.setJdbcUrl("jdbc:h2:mem:test");
            cpds.setUser("user");
            cpds.setPassword("password");
        } catch (PropertyVetoException e) {
            // handle the exception
        }
    }
    
    public static Connection getConnection() throws SQLException {
        return cpds.getConnection();
    }
    
    private C3poDataSource(){}
}

正如预期的那样，使用C3poDataSource类获取池连接与前面的示例类似：

Connection con = C3poDataSource.getConnection();

3. 实现自己的数据库连接池

为了更好地理解连接池的底层逻辑，让我们创建一个简单的实现。
让我们从一个松散耦合的设计开始，它只基于一个接口：

public interface ConnectionPool {
    Connection getConnection();
    boolean releaseConnection(Connection connection);
    String getUrl();
    String getUser();
    String getPassword();
}

ConnectionPool接口定义基本连接池的公共API。
现在，让我们创建一个实现，它提供一些基本功能，包括获取和释放池连接：

public class BasicConnectionPool 
  implements ConnectionPool {
 
    private String url;
    private String user;
    private String password;
    private List<Connection> connectionPool;
    private List<Connection> usedConnections = new ArrayList<>();
    private static int INITIAL_POOL_SIZE = 10;
    
    public static BasicConnectionPool create(
      String url, String user, 
      String password) throws SQLException {
 
        List<Connection> pool = new ArrayList<>(INITIAL_POOL_SIZE);
        for (int i = 0; i < INITIAL_POOL_SIZE; i++) {
            pool.add(createConnection(url, user, password));
        }
        return new BasicConnectionPool(url, user, password, pool);
    }
    
    // standard constructors
    
    @Override
    public Connection getConnection() {
        Connection connection = connectionPool
          .remove(connectionPool.size() - 1);
        usedConnections.add(connection);
        return connection;
    }
    
    @Override
    public boolean releaseConnection(Connection connection) {
        connectionPool.add(connection);
        return usedConnections.remove(connection);
    }
    
    private static Connection createConnection(
      String url, String user, String password) 
      throws SQLException {
        return DriverManager.getConnection(url, user, password);
    }
    
    public int getSize() {
        return connectionPool.size() + usedConnections.size();
    }
 
    // standard getters
}

BasicConnectionPool类虽然很幼稚，但它提供了我们期望从典型连接池实现中获得的最小功能。
简而言之，该类基于存储10个连接的ArrayList初始化连接池，这些连接可以很容易地重用。
可以使用DriverManager类和数据源实现创建JDBC连接。
由于保持连接数据库的创建不受影响要好得多，我们在create（）静态工厂方法中使用了前者。
在本例中，我们将方法放在BasicConnectionPool中，因为这是接口的唯一实现。
在一个更复杂的设计中，有多个ConnectionPool实现，最好将它放在接口中，这样可以获得更灵活的设计和更高的内聚性。
这里要强调的最相关的一点是，一旦创建了池，连接就会从池中获取，因此不需要创建新的连接。
此外，当一个连接被释放时，它实际上被返回到池中，以便其他客户端可以重用它。
与底层数据库没有任何进一步的交互，例如显式调用连接的close（）方法。

4. 使用BasicConnectionPool类

正如预期的那样，使用BasicConnectionPool类非常简单。
让我们创建一个简单的单元测试，并获得一个内存池中的H2连接：

@Test
public whenCalledgetConnection_thenCorrect() {
    ConnectionPool connectionPool = BasicConnectionPool
      .create("jdbc:h2:mem:test", "user", "password");
 
    assertTrue(connectionPool.getConnection().isValid(1));
}

5. 进一步的改进和重构

当然，还有很多空间可以调整/扩展连接池实现的当前功能。
例如，我们可以重构getConnection（）方法，并添加对最大池大小的支持。如果获取了所有可用连接，并且当前池大小小于配置的最大值，则该方法将创建一个新连接。
此外，我们还可以在将连接传递给客户机之前，验证从池中获取的连接是否仍然有效。

@Override
public Connection getConnection() throws SQLException {
    if (connectionPool.isEmpty()) {
        if (usedConnections.size() < MAX_POOL_SIZE) {
            connectionPool.add(createConnection(url, user, password));
        } else {
            throw new RuntimeException(
              "Maximum pool size reached, no available connections!");
        }
    }
 
    Connection connection = connectionPool
      .remove(connectionPool.size() - 1);
 
    if(!connection.isValid(MAX_TIMEOUT)){
        connection = createConnection(url, user, password);
    }
 
    usedConnections.add(connection);
    return connection;
}

注意，该方法现在抛出SQLException，这意味着我们还必须更新接口签名。
或者，我们可以添加一个方法来优雅地关闭连接池实例：

public void shutdown() throws SQLException {
    usedConnections.forEach(this::releaseConnection);
    for (Connection c : connectionPool) {
        c.close();
    }
    connectionPool.clear();
}

在生产就绪的实现中，连接池应该提供一系列额外的特性，例如跟踪当前正在使用的连接的能力、对准备好的语句池的支持等等。
为了保持简洁，我们将省略如何实现这些附加特性，并保持实现的非线程安全，以保持清晰。
参考：https://www.baeldung.com/java-connection-pooling
参考：https://github.com/alibaba/druid/wiki/Druid%E8%BF%9E%E6%8E%A5%E6%B1%A0%E4%BB%8B%E7%BB%8D