为什么数据库连接很消耗资源?

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来源:blog.csdn.net/lmy86263/article/

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背景

开发应用程序久了,总想刨根问底,尤其对一些有公共答案的问题。大家都能解释,但是追根究底,都解释不清。凡是都有为什么,而且用数字说明问题是最直观的。

本文主要想探究一下连接数据库的细节,尤其是在 Web 应用中要使用数据库来连接池,以免每次发送一次请求就重新建立一次连接。

对于这个问题,答案都是一致的,建立数据库连接很耗时,但是这个耗时是都多少呢,又是分别在哪些方面产生的耗时呢?

分析

本文以连接 MySQL 数据库为例,因为 MySQL 数据库是开源的,其通信协议是公开的,所以我们能够详细分析建立连接的整个过程。

在本文中,消耗资源的分析主要集中在网络上,当然,资源也包括内存、CPU 等计算资源,使用的编程语言是 Java,但是不排除编程语言也会有一定的影响。

首先先看一下连接数据库的 Java 代码,如下:

Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");  
  
String name = "shine_user";  
String password = "123";  
String url = "jdbc:mysql://172.16.100.131:3306/clever_mg_test";  
Connection conn = DriverManager.getConnection(url, name, password);  
// 之后程序终止,连接被强制关闭  

然后通过「Wireshark」分析整个连接的建立过程,如下:

为什么数据库连接很消耗资源?
Wireshark 抓包

在上图中显示的连接过程中,可以看出 MySQL 的通信协议是基于 TCP 传输协议的,而且该协议是二进制协议,不是类似于 HTTP 的文本协议。

其中建立连接的过程具体如下:

  • 第 1 步: 建立 TCP 连接,通过三次握手实现。

  • 第 2 步: 服务器发送给客户端「握手信息」,客户端响应该握手消息。

  • 第 3 步: 客户端「发送认证包」,用于用户验证,验证成功后,服务器返回 OK 响应,之后开始执行命令。

用户验证成功之后,会进行一些连接变量的设置,比如字符集、是否自动提交事务等,其间会有多次数据的交互。完成了这些步骤后,才会执行真正的数据查询和更新等操作。

在本文的测试中,只用了 5 行代码来建立连接,但是并没有通过该连接去执行任何操作,所以在程序执行完毕之后,连接不是通过 Connection.close() 关闭的,而是由于程序执行完毕,导致进程终止,造成与数据库的连接异常关闭,所以最后会出现 TCP 的 RST 报文。

在这个最简单的代码中,没有设置任何额外的连接属性,所以在设置属性上占用的时间可以认为是最少的(其实,虽然我们没有设置任何属性,但是驱动仍然设置了字符集、事务自动提交等,这取决于具体的驱动实现),所以整个连接所使用的时间可以认为是最少的。

但从统计信息中可以看出,在不包括最后 TCP 的 RST 报文时(因为该报文不需要服务器返回任何响应),但是其中仍需在客户端和服务器之间进行往返「7」次,「也就是说完成一次连接,可以认为,数据在客户端和服务器之间需要至少往返 7 次」。

从时间上来看,从开始 TCP 的三次握手,到最终连接强制断开为止(不包括最后的 RST 报文),总共花费了:

10.416042 - 10.190799 = 0.225243s = 225.243ms  

这意味着,建立一次数据库连接需要 225ms,而这还是还可以认为是最少的,当然「花费的时间可能受到网络状况、数据库服务器性能以及应用代码是否高效的影响」,但是这里只是一个最简单的例子,已经足够说明问题了!

由于上面是程序异常终止了,但是在正常的应用程序中,连接的关闭一般都是通过 Connection.close() 完成的。

代码如下:

Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");  
  
String name = "shine_user";  
String password = "123";  
String url = "jdbc:mysql://172.16.100.131:3306/clever_mg_test";  
Connection conn = DriverManager.getConnection(url, name, password);  
conn.close();  
为什么数据库连接很消耗资源?
_网络抓包_

这样的话,情况发生了变化,主要体现在与数据库连接的断开,如上图:

  • 第 1 步: 此时处于 MySQL 通信协议阶段,客户端发送关闭连接请求,而且不用等待服务端的响应。

  • 第 2 步: TCP 断开连接,4 次挥手完成连接断开。

这里是完整地完成了从数据库连接的建立到关闭,整个过程花费了:

747.284311 - 747.100954 = 0.183357s = 183.357ms  

这里可能也有网络状况的影响,比上述的 225ms 少了,但是也几乎达到了 200ms 的级别。

那么问题来了,想象一下这个场景,对于一个日活 2 万的网站来说,假设每个用户只会发送 5 个请求,那么一天就是 10 万个请求。

对于建立数据库连接,我们保守一点计算为 150ms 好了,那么一天当中花费在建立数据库连接的时间有(还不包括执行查询和更新操作):

100000 * 150ms = 15000000ms = 15000s = 250min = 4.17h  

也就说每天花费在建立数据库连接上的时间已经达到「4 个小时」,所以说数据库连接池是必须的嘛。

而且当日活增加时,单单使用数据库连接池也不能完全保证你的服务能够正常运行,还需要考虑其他的解决方案。

例如:

  • 缓存

  • SQL 的预编译

  • 负载均衡

  • ……

总结

当然这不是本文的主要内容,本文想要阐述的核心思想只有一个,数据库连接真的很耗时,所以不要频繁的建立连接。

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原文始发于微信公众号(Java知音):为什么数据库连接很消耗资源?