面试官：什么是连接池？

啊，这....小马曾经也很好奇这是个什么玩意，后面写GO的时候因为要自己实现DB层和redis层，才对它有了更进一步深入的了解。但要是正儿八经地说呢，也不知道该怎么描述。还是借助网络上各路大神的文章来抛玉引我这个砖吧。

一、什么是连接池

借用网文《如何实现一个连接池？一文带你深入浅出，彻底搞懂！》来说明吧，再次感谢作者。

注意小马加粗的文字部分。

“池”是一种非常形象化的描述，它是一种容器，做储存之用；在编程中我们往往使用数组、链表、队列、map来表达。实现的代码原理是比较好理解的。

“连接”是网络中用于传输数据的通道；“连接”才是我们要真正去使用的对象，而“池”是用来管理“多个连接”的一种方式。

如果没有用“池”来统一管理“连接”，“连接”将散布在程序各处；那为了使用方便，我们往往会在使用时建立连接，使用完毕后，就关闭连接。所以“连接池”给我们提供了使用“连接”的方便。

同时，池是做储存之用的，所以“连接池”中的“连接”肯定是已经建立好的长连接，比如tcp连接、websocket连接等，即取即用，用完放回（池里存储的实质是一堆已创建好的连接对象，参考这里）。如果没有真正理解“连接池”的本质，在面试中可能会出现“http连接池”的笑话！（但这里小马有个疑问，但是http的底层不是tcp吗，而且http从HTTP/1.1起，默认使用长连接了，既然长连接为什么不能有连接池的概念？换句话说，只要是长连接是不是都可以搞连接池）

根据下游类型，我们常见有数据库连接池、缓存连接池、服务连接池，如下图所示：

在编程中，我们还经常会碰到进程池（记得小马曾经有被问到swoole的进程模型，进程池）、线程池、协程池、内存池、对象池等。

二、为什么需要连接池

除了连接池能非常方便的对连接进行管理外，一句话，在高吞吐时连接池大大提高了数据传输的效率。

从两个方面说：

1、避免反复的三次握手和四次握手

长连接的建立需要进行三次握手，而连接的释放需要进行四次握手，这是发生在系统层面的两个动作，对于单条连接来说耗时微乎其微，但在高吞吐场景时，耗时则不能忽略。

所以连接池的即取即用和用完放回的特性，避免了大量三次握手和四次握手的无效耗时，节省了系统资源。

2、 增加并行车道，实现全双工并行，提高QPS

数据通信包括单工、半双工和全双工。单工通信如下图，数据只能从A到B，不符合访问下游服务的场景。

半双工通信如下图，数据可以从A到B，也可从B到A，但是同一时刻只能一个方向上进行数据传输，通道利用率是50%。

全双工通信如下图，可同时存在从A到B和从B到A的数据传输，通道的利用率是100%。长连接就是全双工通信。

在IO密集型的互联网应用中，一条全双工通信通道仍然无法满足数据吞吐的需求时，该如何解决？

在互联网性能测试指标中有这样一个公式：

QPS(吞吐量) = 并发数 / 平均响应时间

在平均响应时间不变的情况下，适度增加并发数可以提升吞吐量；所以采用多条全双工通信的方式可以在一定程度上(平均响应时间没有大幅增加)提高吞吐量，而连接池则就最好的实现方式。

总结一下：为什么需要连接池？

(1)方便管理连接；

(2)避免反复三次握手和四次握手；

(3)更好地实现全双工并行。

三、如何实现一个连接池

该连接池的“池”通过队列数据结构进行实现，队列先进先出的特性保证了使用连接的均衡性，每一条连接都可以均匀的被使用到。

连接池对外提供get()和free()两个API，get()用于从队首“出队”获取一条可用连接，free()用于将使用完的连接从对尾“入队”释放到队列中。

业务代码在低峰时会降低get()动作，所以连接池中的连接在长时间不用时会导致失效，此时保活线程在监测到get()的使用频率较低时，会模拟业务程序调用get()获取连接后发送心跳包，然后再通过free()将被保活的连接放回队列中，达到连接池中所有连接保活的目的。

那么小马的问题来了，我们平时使用的连接池lib，通常在连接使用完会调用一下close()函数，这个函数的真实动作是直接关闭连接吗？

显然根据本文的分析答案是否定的。

使用完后必须 con.close() 掉 ，使用连接池的话，执行 con.close 并不会关闭与数据库的 TCP 连接，而是将连接还回到池中去，如果不 close 掉的话，这个连接将会一直被占用，直接连接池中的连接耗尽为止。 

至于是如何做到 con.close 并不是真正意义上的关闭连接？而是直接将连接还回到池中去？ 非本文中重点不赘述，参考这里。】

四、扩展知识：高级连接池

高级连接池通常应用在微服务系统中，如下图：连接池连接下游多个节点。

高级连接池

高级连接池具备这样几个特性：

1、 高可用：下游任意一个server 宕机时，连接池会关闭相关无效连接，防止被client访问；

2、 高可扩展：下游增加一个server节点时，连接池会发现并建立到新server节点的连接，供client访问；

3、 负载均衡：连接池会根据下游server的服务能力的高低分配数据请求；

4、 中间件：当下游server是类MySQL数据库并分片时，连接池会将请求打在相应的数据节点上，并对数据进行聚合。

小马的疑问：微服务之间的PRC通信协议grpc也是需要处理连接池的吗？好像没有建立长连接吧？本文中的高级连接是针对长连接的地方而言吗？比如http2协议。

对于微服务用例，将HTTP / 1.1与HTTP / 2进行比较，通常HTTP / 1.1连接池要大得多（例如10倍） -50x），而不是HTTP / 2连接池，但出于上述原因，您仍然希望使用HTTP / 2连接池。 

有待进一步探究...