在日常开发中，数据库连接的频繁创建与销毁往往成为性能瓶颈。为了理解并掌握底层缓存技术与设计模式的应用，我手写了一个简陋版的 Java 连接池 SanguiCP，并将代码开源在 GitHub 上。本文将梳理我的学习过程、核心实现思路以及关键代码片段，帮助你快速理解连接池原理与装饰器模式的实践。

一、为何需要连接池？

在 Java 应用中，通过 DriverManager.getConnection(url, user, password) 建立新连接时，JVM 与数据库进程需完成 TCP 连接、身份认证等一系列耗时操作。使用调试模式，你会发现在执行该行代码时，程序会出现明显卡顿。若请求并发量较高，无节制地新建连接，不仅浪费资源，还可能导致数据库服务压力过大甚至宕机。

面临的两大问题：

1. 性能低下：每次新建连接都要完成网络握手与认证。

2. 资源受限：连接数不受控，超过数据库承载上限时，会触发连接拒绝或服务崩溃。

为此，连接池（Connection Pool）成为现代后端开发的标配：

• 预创建 & 缓存：应用启动时，提前构建一定数量的连接实例，存放于内存集合中。用户请求时，直接获取复用，无需重复创建。

• 限量管理：通过最大连接数限制并发连接，超出时可阻塞等待或抛出超时异常，避免数据库超载。

二、缓存策略与设计模式

缓存策略（Cache）

核心思想：提前创建、存放内存、按需取用。常见应用包括：

• Java 字符串常量池、整型常量池

• 线程池

• Redis、Ehcache 等第三方缓存组件

通过缓存机制，可以大幅减少对象构建开销，提高程序整体性能。

装饰器模式（Decorator）

在 SanguiCP 实现中，我对 java.sql.Connection 做了包装：

• 被装饰者：Connection 原始实现来自 DriverManager。

• 装饰对象：SanguiConnection 实现了 Connection 接口，并持有底层连接实例及连接池引用。

• 关键改造：重写 close() 方法，当用户关闭连接时，实际将装饰对象归还到池中，而非真正关闭底层连接；其他方法均委托给原始连接执行。

此方式无需修改原有 Connection 类，即可在运行时动态增强功能，符合开闭原则。

三、项目结构与配置

├── pom.xml
├── src
│   ├── main
│   │   ├── java/com/sangui/sanguicp
│   │   │   ├── SanguiDataSource.java   // 数据源核心实现
│   │   │   └── SanguiConnection.java   // 装饰器连接实现
│   │   └── resources
│   │       └── sanguicp.properties      // 配置示例
│   └── test
│       └── java/com/sangui/sanguicp/test
│           └── MyDataSourceTest.java   // 单元测试示例
└── README.md

配置示例（sanguicp.properties）

# 驱动类名
driver=com.mysql.cj.jdbc.Driver
# 数据库连接URL
url=jdbc:mysql://localhost:3306/mybatis
user=root
password=333
# 连接池最大连接数
maxTotal=3
# 单次等待间隔（毫秒）
waitTime=1000
# 最大累计等待时长（毫秒）
maxWaitTime=10000

四、关键代码解读

1. SanguiDataSource.java

public class SanguiDataSource implements DataSource {
    private final LinkedList<Connection> pool = new LinkedList<>();
​
    public SanguiDataSource() {
        // 读取配置，预创建 maxTotal 个连接
        for (int i = 0; i < maxTotal; i++) {
            Connection raw = DriverManager.getConnection(url, user, password);
            pool.add(new SanguiConnection(raw, pool));
        }
    }
​
    @Override
    public Connection getConnection() throws SQLException {
        if (!pool.isEmpty()) {
            return pool.removeFirst();
        }
        // 池空则等待或超时抛出
        Thread.sleep(waitTime);
        return getConnection();
    }
​
    // 其他 DataSource 接口方法留空或返回默认，实现可拓展
}

要点：

• 使用 LinkedList 支撑队列操作，支持高效的头部增删。

• 递归调用 getConnection() 实现重复等待逻辑。

• 超过 maxWaitTime 则抛出 SQLException，提醒使用者释放或检查连接。

2. SanguiConnection.java

public class SanguiConnection implements Connection {
    private final Connection delegate;
    private final LinkedList<Connection> pool;
​
    public SanguiConnection(Connection delegate, LinkedList<Connection> pool) {
        this.delegate = delegate;
        this.pool = pool;
    }
​
    @Override
    public void close() throws SQLException {
        // 回收到池中，而非关闭底层连接
        pool.add(this);
    }
​
    // 其他方法均委托给 delegate
    @Override public Statement createStatement() throws SQLException { return delegate.createStatement(); }
    // ...
}

要点：

• 装饰器模式的经典实现：在 close() 中插入自定义逻辑，其他方法不做修改。

• 连接被归还后，可再次通过 getConnection() 获取，达到复用效果。

五、使用示例

@Test
public void testSanguiCP() throws Exception {
    SanguiDataSource ds = new SanguiDataSource();
​
    // 连续获取三个连接
    Connection c1 = ds.getConnection();
    Connection c2 = ds.getConnection();
    Connection c3 = ds.getConnection();
    System.out.println(c1 + ", " + c2 + ", " + c3);
​
    // 超出 maxTotal 将进入等待
    // Connection c4 = ds.getConnection();
​
    // 归还连接
    c3.close();
    Connection c4 = ds.getConnection();
    System.out.println(c4); // 应与 c3 实例相同
}

六、总结与后续

通过此项目，我深入理解了：

1. 数据库连接的性能成本：连接创建与认证的代价为何如此高。

2. 缓存技术思维：提前构建、内存复用、动静分离的基本策略。

3. 装饰器设计模式：在不侵入原有类的前提下，通过包装增强功能。

在后续迭代中，可考虑：

• 支持连接失效检测与自动重连

• 增加监控统计（活跃连接数、等待时长分布等）

• 提供多种回收策略（FIFO、LIFO、超时释放）

欢迎访问并关注我的 GitHub 仓库：

https://github.com/WuSangui571/sanguicp
git@github.com:WuSangui571/sanguicp.git