Java Servlet作為首選的服務器端數據處理技術，正在迅速取代CGI腳本。Servlet超越CGI的優勢之一在于，不僅多個請求可以共享公用資源，而且還可以在不同用戶請求之間保留持續數據。本文介紹一種充分發揮該特色的實用技術，即數據庫連接池。


一、實現連接池的意義

動態Web站點往往用數據庫存儲的信息生成Web頁面，每一個頁面請求導致一次數據庫訪問。連接數據庫不僅要開銷一定的通訊和內存資源，還必須完成用戶驗證、安全上下文配置這類任務，因而往往成為最為耗時的操作。當然，實際的連接時間開銷千變萬化，但1到2秒延遲并非不常見。如果某個基于數據庫的Web應用只需建立一次初始連
接，不同頁面請求能夠共享同一連接，就能獲得顯著的性能改善。
Servlet是一個Java類。Servlet引擎（它可能是Web服務軟件的一部分，也可能是一個獨立的附加模塊）在系統啟動或Servlet第一次被請求時將該類裝入Java虛擬機并創建它的一個實例。不同用戶請求由同一Servlet實例的多個獨立線程處理。那些要
求在不同請求之間持續有效的數據既可以用Servlet的實例變量來保存，也可以保存在獨立的輔助對象中。
用JDBC訪問數據庫首先要創建與數據庫之間的連接，獲得一個連接對象（Connection），由連接對象提供執行SQL語句的方法。
本文介紹的數據庫連接池包括一個管理類DBConnectionManager，負責提供與多個連接池對象（DBConnectionPool類）之間的接口。每一個連接池對象管理一組JDBC連接對象，每一個連接對象可以被任意數量的Servlet共享。
類DBConnectionPool提供以下功能：

1) 從連接池獲取（或創建）可用連接。
2) 把連接返回給連接池。
3) 在系統關閉時釋放所有資源，關閉所有連接。

此外， DBConnectionPool類還能夠處理無效連接（原來登記為可用的連接，由于某種原因不再可用，如超時，通訊問題）
，并能夠限制連接池中的連接總數不超過某個預定值。
管理類DBConnectionManager用于管理多個連接池對象，它提供以下功能：

1) 裝載和注冊JDBC驅動程序。
2) 根據在屬性文件中定義的屬性創建連接池對象。
3) 實現連接池名字與其實例之間的映射。
4) 跟蹤客戶程序對連接池的引用，保證在最后一個客戶程序結束時安全地關閉所有連接池。

本文余下部分將詳細說明這兩個類，最后給出一個示例演示Servlet使用連接池的一般過程。


二、具體實現

DBConnectionManager.java程序清單如下：

001 import java.io.*;
002 import java.sql.*;
003 import java.util.*;
004 import java.util.Date;
005
006 /**
007 * 管理類DBConnectionManager支持對一個或多個由屬性文件定義的數據庫連接
008 * 池的訪問.客戶程序可以調用getInstance()方法訪問本類的唯一實例.
009 */
010 public class DBConnectionManager {
011 static private DBConnectionManager instance; // 唯一實例
012 static private int clients;
013
014 private Vector drivers = new Vector();
015 private PrintWriter log;
016 private Hashtable pools = new Hashtable();
017
018 /**
019 * 返回唯一實例.如果是第一次調用此方法,則創建實例
020 *
021 * @return DBConnectionManager 唯一實例
022 */
023 static synchronized public DBConnectionManager getInstance() {
024 if (instance == null) {
025 instance = new DBConnectionManager();
026 }
027 clients++;
028 return instance;
029 }
030
031 /**
032 * 建構函數私有以防止其它對象創建本類實例
033 */
034 private DBConnectionManager() {
035 init();
036 }
037
038 /**
039 * 將連接對象返回給由名字指定的連接池
040 *
041 * @param name 在屬性文件中定義的連接池名字
042 * @param con 連接對象
043 */
044 public void freeConnection(String name, Connection con) {
045 DBConnectionPool pool = (DBConnectionPool) pools.get(name);
046 if (pool != null) {
047 pool.freeConnection(con);
048 }
049 }
050
051 /**
052 * 獲得一個可用的(空閑的)連接.如果沒有可用連接,且已有連接數小于最大連接數
053 * 限制,則創建并返回新連接
054 *
055 * @param name 在屬性文件中定義的連接池名字
056 * @return Connection 可用連接或null
057 */
058 public Connection getConnection(String name) {
059 DBConnectionPool pool = (DBConnectionPool) pools.get(name);
060 if (pool != null) {
061 return pool.getConnection();
062 }
063 return null;
064 }
065
066 /**
067 * 獲得一個可用連接.若沒有可用連接,且已有連接數小于最大連接數限制,
068 * 則創建并返回新連接.否則,在指定的時間內等待其它線程釋放連接.
069 *
070 * @param name 連接池名字
071 * @param time 以毫秒計的等待時間
072 * @return Connection 可用連接或null
073 */
074 public Connection getConnection(String name, long time) {
075 DBConnectionPool pool = (DBConnectionPool) pools.get(name);
076 if (pool != null) {
077 return pool.getConnection(time);
078 }
079 return null;
080 }
081
082 /**
083 * 關閉所有連接,撤銷驅動程序的注冊
084 */
085 public synchronized void release() {
086 // 等待直到最后一個客戶程序調用
087 if (--clients != 0) {
088 return;
089 }
090
091 Enumeration allPools = pools.elements();
092 while (allPools.hasMoreElements()) {
093 DBConnectionPool pool = (DBConnectionPool) allPools.nextElement();
094 pool.release();
095 }
096 Enumeration allDrivers = drivers.elements();
097 while (allDrivers.hasMoreElements()) {
098 Driver driver = (Driver) allDrivers.nextElement();
099 try {
100 DriverManager.deregisterDriver(driver);
101 log("撤銷JDBC驅動程序 " + driver.getClass().getName()+"的注冊");
102 }
103 catch (SQLException e) {
104 log(e, "無法撤銷下列JDBC驅動程序的注冊: " + driver.getClass().getName());
105 }
106 }
107 }
108
109 /**
110 * 根據指定屬性創建連接池實例.
111 *
112 * @param props 連接池屬性
113 */
114 private void createPools(Properties props) {
115 Enumeration propNames = props.propertyNames();
116 while (propNames.hasMoreElements()) {
117 String name = (String) propNames.nextElement();
118 if (name.endsWith(".url")) {
119 String poolName = name.substring(0, name.lastIndexOf("."));
120 String url = props.getProperty(poolName + ".url");
121 if (url == null) {
122 log("沒有為連接池" + poolName + "指定URL");
123 continue;
124 }
125 String user = props.getProperty(poolName + ".user");
126 String password = props.getProperty(poolName + ".password");
127 String maxconn = props.getProperty(poolName + ".maxconn", "0");
128 int max;
129 try {
130 max = Integer.valueOf(maxconn).intValue();
131 }
132 catch (NumberFormatException e) {
133 log("錯誤的最大連接數限制: " + maxconn + " .連接池: " + poolName);
134 max = 0;
135 }
136 DBConnectionPool pool =
137 new DBConnectionPool(poolName, url, user, password, max);
138 pools.put(poolName, pool);
139 log("成功創建連接池" + poolName);
140 }
141 }
142 }
143
144 /**
145 * 讀取屬性完成初始化
146 */
147 private void init() {
148 InputStream is = getClass().getResourceAsStream("/db.properties");
149 Properties dbProps = new Properties();
150 try {
151 dbProps.load(is);
152 }
153 catch (Exception e) {
154 System.err.println("不能讀取屬性文件. " +
155 "請確保db.properties在CLASSPATH指定的路徑中");
156 return;
157 }
158 String logFile = dbProps.getProperty("logfile", "DBConnectionManager.log");
159 try {
160 log = new PrintWriter(new FileWriter(logFile, true), true);
161 }
162 catch (IOException e) {
163 System.err.println("無法打開日志文件: " + logFile);
164 log = new PrintWriter(System.err);
165 }
166 loadDrivers(dbProps);
167 createPools(dbProps);
168 }
169
170 /**
171 * 裝載和注冊所有JDBC驅動程序
172 *
173 * @param props 屬性
174 */
175 private void loadDrivers(Properties props) {
176 String driverClasses = props.getProperty("drivers");
177 StringTokenizer st = new StringTokenizer(driverClasses);
178 while (st.hasMoreElements()) {
179 String driverClassName = st.nextToken().trim();
180 try {
181 Driver driver = (Driver)
182 Class.forName(driverClassName).newInstance();
183 DriverManager.registerDriver(driver);
184 drivers.addElement(driver);
185 log("成功注冊JDBC驅動程序" + driverClassName);
186 }
187 catch (Exception e) {
188 log("無法注冊JDBC驅動程序: " +
189 driverClassName + ", 錯誤: " + e);
190 }
191 }
192 }
193
194 /**
195 * 將文本信息寫入日志文件
196 */
197 private void log(String msg) {
198 log.println(new Date() + ": " + msg);
199 }
200
201 /**
202 * 將文本信息與異常寫入日志文件
203 */
204 private void log(Throwable e, String msg) {
205 log.println(new Date() + ": " + msg);
206 e.printStackTrace(log);
207 }
208
209 /**
210 * 此內部類定義了一個連接池.它能夠根據要求創建新連接,直到預定的最
211 * 大連接數為止.在返回連接給客戶程序之前,它能夠驗證連接的有效性.
212 */
213 class DBConnectionPool {
214 private int checkedOut;
215 private Vector freeConnections = new Vector();
216 private int maxConn;
217 private String name;
218 private String password;
219 private String URL;
220 private String user;
221
222 /**
223 * 創建新的連接池
224 *
225 * @param name 連接池名字
226 * @param URL 數據庫的JDBC URL
227 * @param user 數據庫帳號,或 null
228 * @param password 密碼,或 null
229 * @param maxConn 此連接池允許建立的最大連接數
230 */
231 public DBConnectionPool(String name, String URL, String user, String password,
232 int maxConn) {
233 this.name = name;
234 this.URL = URL;
235 this.user = user;
236 this.password = password;
237 this.maxConn = maxConn;
238 }
239
240 /**
241 * 將不再使用的連接返回給連接池
242 *
243 * @param con 客戶程序釋放的連接
244 */
245 public synchronized void freeConnection(Connection con) {
246 // 將指定連接加入到向量末尾
247 freeConnections.addElement(con);
248 checkedOut--;
249 notifyAll();
250 }
251
252 /**
253 * 從連接池獲得一個可用連接.如沒有空閑的連接且當前連接數小于最大連接
254 * 數限制,則創建新連接.如原來登記為可用的連接不再有效,則從向量刪除之,
255 * 然后遞歸調用自己以嘗試新的可用連接.
256 */
257 public synchronized Connection getConnection() {
258 Connection con = null;
259 if (freeConnections.size() > 0) {
260 // 獲取向量中第一個可用連接
261 con = (Connection) freeConnections.firstElement();
262 freeConnections.removeElementAt(0);
263 try {
264 if (con.isClosed()) {
265 log("從連接池" + name+"刪除一個無效連接");
266 // 遞歸調用自己,嘗試再次獲取可用連接
267 con = getConnection();
268 }
269 }
270 catch (SQLException e) {
271 log("從連接池" + name+"刪除一個無效連接");
272 // 遞歸調用自己,嘗試再次獲取可用連接
273 con = getConnection();
274 }
275 }
276 else if (maxConn == 0 checkedOut < maxConn) {
277 con = newConnection();
278 }
279 if (con != null) {
280 checkedOut++;
281 }
282 return con;
283 }
284
285 /**
286 * 從連接池獲取可用連接.可以指定客戶程序能夠等待的最長時間
287 * 參見前一個getConnection()方法.
288 *
289 * @param timeout 以毫秒計的等待時間限制
290 */
291 public synchronized Connection getConnection(long timeout) {
292 long startTime = new Date().getTime();
293 Connection con;
294 while ((con = getConnection()) == null) {
295 try {
296 wait(timeout);
297 }
298 catch (InterruptedException e) {}
299 if ((new Date().getTime() - startTime) >= timeout) {
300 // wait()返回的原因是超時
301 return null;
302 }
303 }
304 return con;
305 }
306
307 /**
308 * 關閉所有連接
309 */
310 public synchronized void release() {
311 Enumeration allConnections = freeConnections.elements();
312 while (allConnections.hasMoreElements()) {
313 Connection con = (Connection) allConnections.nextElement();
314 try {
315 con.close();
316 log("關閉連接池" + name+"中的一個連接");
317 }
318 catch (SQLException e) {
319 log(e, "無法關閉連接池" + name+"中的連接");
320 }
321 }
322 freeConnections.removeAllElements();
323 }
324
325 /**
326 * 創建新的連接
327 */
328 private Connection newConnection() {
329 Connection con = null;
330 try {
331 if (user == null) {
332 con = DriverManager.getConnection(URL);
333 }
334 else {
335 con = DriverManager.getConnection(URL, user, password);
336 }
337 log("連接池" + name+"創建一個新的連接");
338 }
339 catch (SQLException e) {
340 log(e, "無法創建下列URL的連接: " + URL);
341 return null;
342 }
343 return con;
344 }
345 }
346 }