問題引入
作為一名Golang開發者，線上環境遇到過好幾次連接數暴增問題（mysql/redis/kafka等）。
糾其原因，Golang作為常駐進程，請求第三方服務或者資源完畢后，需要手動關閉連接，否則連接會一直存在。而很多時候，開發者不一定記得關閉這個連接。
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。
在設計與實現連接池時，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？
- 業務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，業務需要排隊等待嗎？
- 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連接池實現原理
我們以Golang HTTP連接池為例，分析連接池的實現原理。
結構體Transport
Transport結構定義如下：
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，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
connsPerHost map[connectMethodKey]int
//等待建立連接的隊列，同樣基于切片實現，隊列大小無限制
connsPerHostWait map[connectMethodKey]wantConnQueue // waiting getConns
//最大空閑連接數
MaxIdleConns int
//每個目標host最大空閑連接數；默認為2（注意默認值）
MaxIdleConnsPerHost int
//每個host可建立的最大連接數
MaxConnsPerHost int
//連接多少時間沒有使用則被關閉
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結構，而key為協議目標地址等組合，即同一種協議與同一個目標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的限制，該聯機不能進入空閑連接池，只能直接關閉。結果是，一直新建大量連接，又關閉大量連，業務機器的TIME_WAIT連接數隨之突增。
線上有些業務架構是這樣的：客戶端 ===> LVS ===> Nginx ===> 服務。LVS負載均衡方案采用DR模式，LVS與Nginx配置統一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。
連接獲取與回收
Transport結構提供下面兩個方法實現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方法內部實現
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，關閉連接
if tooOld {
go pconn.closeConnIfStillIdle()
}
//分發連接到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，直接建立連接
if t.MaxConnsPerHost = 0 {
go t.dialConnFor(w)
return
}
//如果沒超過連接數限制，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，同樣會調用tryDeliver分發連接到wantConn，同時關閉通道w.ready，這樣主協程糾接觸阻塞了。
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程，則需要分發復用該連接。另外，在回收連接時，還需要校驗空閑連接數目是否超過限制：
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，分發連接
for q.len() > 0 {
w := q.popFront()
if w.tryDeliver(pconn, nil) {
done = true
break
}
}
}
//空閑連接數目超過限制，默認為DefaultMaxIdleConnsPerHost=2
idles := t.idleConn[key]
if len(idles) >= t.maxIdleConnsPerHost() {
return errTooManyIdleHost
}
}
空閑連接超時關閉
Golang HTTP連接池如何實現空閑連接的超時關閉邏輯呢？從上述queueForIdleConn邏輯可以看到，每次在獲取到空閑連接時，都會檢測是否已經超時，超時則關閉連接。
那如果沒有業務請求到達，一直不需要獲取連接，空閑連接就不會超時關閉嗎？其實在將空閑連接添加到連接池時，Golang同時還設置了定時器，定時器到期后，自然會關閉該連接。
pconn.idleTimer = time.AfterFunc(t.IdleConnTimeout, pconn.closeConnIfStillIdle)
排隊隊列怎么實現
怎么實現隊列模型呢？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的底層數組，會有大量空間無法復用而造成浪費。除非該切片執行了擴容操作。
Golang在實現隊列時，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實現了底層數組空間的復用。
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
}
到此這篇關于Golang你一定要懂的連接池實現的文章就介紹到這了,更多相關Golang 連接池內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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