MyBatis 源码分析 - 内置数据源

1.简介

本篇文章将向大家介绍 MyBatis 内置数据源的实现逻辑。搞懂这些数据源的实现,可使大家对数据源有更深入的认识。同时在配置这些数据源时,也会更清楚每种属性的意义和用途。因此,如果大家想知其然,也知其所以然。那么接下来就让我们一起去探索 MyBatis 内置数据源的源码吧。

MyBatis 支持三种数据源配置,分别为 UNPOOLED、POOLED 和 JNDI。并提供了两种数据源实现,分别是 UnpooledDataSource 和 PooledDataSource。在三种数据源配置中,UNPOOLED 和 POOLED 是我们最常用的两种配置。至于 JNDI,MyBatis 提供这种数据源的目的是为了让其能够运行在 EJB 或应用服务器等容器中,这一点官方文档中有所说明。由于 JNDI 数据源在日常开发中使用甚少,因此,本篇文章不打算分析 JNDI 数据源相关实现。大家若有兴趣,可自行分析。接下来,本文将重点分析 UNPOOLED 和 POOLED 两种数据源。其他的就不多说了,进入正题吧。

2.内置数据源初始化过程

在详细分析 UnpooledDataSource 和 PooledDataSource 两种数据源实现之前,我们先来了解一下数据源的配置与初始化过程。现在看数据源是如何配置的,如下:

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<dataSource type="UNPOOLED|POOLED">
<property name="driver" value="com.mysql.cj.jdbc.Driver"/>
<property name="url" value="jdbc:mysql..."/>
<property name="username" value="root"/>
<property name="password" value="1234"/>
</dataSource>

数据源的配置是内嵌在 <environment> 节点中的,MyBatis 在解析 <environment> 节点时,会一并解析数据源的配置。MyBatis 会根据具体的配置信息,为不同的数据源创建相应工厂类,通过工厂类即可创建数据源实例。关于数据源配置的解析以及数据源工厂类的创建过程,我在 MyBatis 配置文件解析过程一文中分析过,这里就不赘述了。下面我们来看一下数据源工厂类的实现逻辑。

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public class UnpooledDataSourceFactory implements DataSourceFactory {

private static final String DRIVER_PROPERTY_PREFIX = "driver.";
private static final int DRIVER_PROPERTY_PREFIX_LENGTH = DRIVER_PROPERTY_PREFIX.length();

protected DataSource dataSource;

public UnpooledDataSourceFactory() {
// 创建 UnpooledDataSource 对象
this.dataSource = new UnpooledDataSource();
}

@Override
public void setProperties(Properties properties) {
Properties driverProperties = new Properties();
// 为 dataSource 创建元信息对象
MetaObject metaDataSource = SystemMetaObject.forObject(dataSource);
// 遍历 properties 键列表,properties 由配置文件解析器传入
for (Object key : properties.keySet()) {
String propertyName = (String) key;
// 检测 propertyName 是否以 "driver." 开头
if (propertyName.startsWith(DRIVER_PROPERTY_PREFIX)) {
String value = properties.getProperty(propertyName);
// 存储配置信息到 driverProperties 中
driverProperties.setProperty(propertyName.substring(DRIVER_PROPERTY_PREFIX_LENGTH), value);
} else if (metaDataSource.hasSetter(propertyName)) {
String value = (String) properties.get(propertyName);
// 按需转换 value 类型
Object convertedValue = convertValue(metaDataSource, propertyName, value);
// 设置转换后的值到 UnpooledDataSourceFactory 指定属性中
metaDataSource.setValue(propertyName, convertedValue);
} else {
throw new DataSourceException("Unknown DataSource property: " + propertyName);
}
}
if (driverProperties.size() > 0) {
// 设置 driverProperties 到 UnpooledDataSourceFactory 的 driverProperties 属性中
metaDataSource.setValue("driverProperties", driverProperties);
}
}

private Object convertValue(MetaObject metaDataSource, String propertyName, String value) {
Object convertedValue = value;
// 获取属性对应的 setter 方法的参数类型
Class<?> targetType = metaDataSource.getSetterType(propertyName);
// 按照 setter 方法的参数类型进行类型转换
if (targetType == Integer.class || targetType == int.class) {
convertedValue = Integer.valueOf(value);
} else if (targetType == Long.class || targetType == long.class) {
convertedValue = Long.valueOf(value);
} else if (targetType == Boolean.class || targetType == boolean.class) {
convertedValue = Boolean.valueOf(value);
}
return convertedValue;
}

@Override
public DataSource getDataSource() {
return dataSource;
}
}

以上是 UnpooledDataSourceFactory 的源码分析,除了 setProperties 方法稍复杂一点,其他的都比较简单,就不多说了。下面看看 PooledDataSourceFactory 的源码。

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public class PooledDataSourceFactory extends UnpooledDataSourceFactory {

public PooledDataSourceFactory() {
// 创建 PooledDataSource
this.dataSource = new PooledDataSource();
}
}

以上就是 PooledDataSource 类的所有源码,PooledDataSourceFactory 继承自 UnpooledDataSourceFactory,复用了父类的逻辑,因此它的实现很简单。

关于两种数据源的创建过程就先分析到这,接下来,我们去探究一下两种数据源是怎样实现的。

3.UnpooledDataSource

UnpooledDataSource,从名称上即可知道,该种数据源不具有池化特性。该种数据源每次会返回一个新的数据库连接,而非复用旧的连接。由于 UnpooledDataSource 无需提供连接池功能,因此它的实现非常简单。核心的方法有三个,分别如下:

  1. initializeDriver - 初始化数据库驱动
  2. doGetConnection - 获取数据连接
  3. configureConnection - 配置数据库连接

下面我将按照顺序分节对相关方法进行分析,由于 configureConnection 方法比较简单,因此我把它和 doGetConnection 放在一节中进行分析。下面先来分析 initializeDriver 方法。

3.1 初始化数据库驱动

回顾我们一开始学习使用 JDBC 访问数据库时的情景,在执行 SQL 之前,通常都是先获取数据库连接。一般步骤都是加载数据库驱动,然后通过 DriverManager 获取数据库连接。UnpooledDataSource 也是使用 JDBC 访问数据库的,因此它获取数据库连接的过程也大致如此,只不过会稍有不同。下面我们一起来看一下。

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// -☆- UnpooledDataSource
private synchronized void initializeDriver() throws SQLException {
// 检测缓存中是否包含了与 driver 对应的驱动实例
if (!registeredDrivers.containsKey(driver)) {
Class<?> driverType;
try {
// 加载驱动类型
if (driverClassLoader != null) {
// 使用 driverClassLoader 加载驱动
driverType = Class.forName(driver, true, driverClassLoader);
} else {
// 通过其他 ClassLoader 加载驱动
driverType = Resources.classForName(driver);
}

// 通过反射创建驱动实例
Driver driverInstance = (Driver) driverType.newInstance();
/*
* 注册驱动,注意这里是将 Driver 代理类 DriverProxy 对象注册到 DriverManager 中的,
* 而非 Driver 对象本身。DriverProxy 中并没什么特别的逻辑,就不分析。
*/
DriverManager.registerDriver(new DriverProxy(driverInstance));
// 缓存驱动类名和实例
registeredDrivers.put(driver, driverInstance);
} catch (Exception e) {
throw new SQLException("Error setting driver on UnpooledDataSource. Cause: " + e);
}
}
}

如上,initializeDriver 方法主要包含三步操作,分别如下:

  1. 加载驱动
  2. 通过反射创建驱动实例
  3. 注册驱动实例

这三步都是都是常规操作,比较容易理解。上面代码中出现了缓存相关的逻辑,这个是用于避免重复注册驱动。因为 initializeDriver 放阿飞并不是在 UnpooledDataSource 初始化时被调用的,而是在获取数据库连接时被调用的。因此这里需要做个检测,避免每次获取数据库连接时都重新注册驱动。这个是一个比较小的点,大家看代码时注意一下即可。下面看一下获取数据库连接的逻辑。

3.2 获取数据库连接

在使用 JDBC 时,我们都是通过 DriverManager 的接口方法获取数据库连接。本节所要分析的源码也不例外,一起看一下吧。

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// -☆- UnpooledDataSource
public Connection getConnection() throws SQLException {
return doGetConnection(username, password);
}

private Connection doGetConnection(String username, String password) throws SQLException {
Properties props = new Properties();
if (driverProperties != null) {
props.putAll(driverProperties);
}
if (username != null) {
// 存储 user 配置
props.setProperty("user", username);
}
if (password != null) {
// 存储 password 配置
props.setProperty("password", password);
}
// 调用重载方法
return doGetConnection(props);
}

private Connection doGetConnection(Properties properties) throws SQLException {
// 初始化驱动
initializeDriver();
// 获取连接
Connection connection = DriverManager.getConnection(url, properties);
// 配置连接,包括自动提交以及事务等级
configureConnection(connection);
return connection;
}

private void configureConnection(Connection conn) throws SQLException {
if (autoCommit != null && autoCommit != conn.getAutoCommit()) {
// 设置自动提交
conn.setAutoCommit(autoCommit);
}
if (defaultTransactionIsolationLevel != null) {
// 设置事务隔离级别
conn.setTransactionIsolation(defaultTransactionIsolationLevel);
}
}

如上,上面方法将一些配置信息放入到 Properties 对象中,然后将数据库连接和 Properties 对象传给 DriverManager 的 getConnection 方法即可获取到数据库连接。

好了,关于 UnpooledDataSource 就先说到这。下面分析一下 PooledDataSource,它的实现要复杂一些。

4.PooledDataSource

PooledDataSource 内部实现了连接池功能,用于复用数据库连接。因此,从效率上来说,PooledDataSource 要高于 UnpooledDataSource。PooledDataSource 需要借助一些辅助类帮助它完成连接池的功能,所以接下来,我们先来认识一下相关的辅助类。

4.1 辅助类介绍

PooledDataSource 需要借助两个辅助类帮其完成功能,这两个辅助类分别是 PoolState 和 PooledConnection。PoolState 用于记录连接池运行时的状态,比如连接获取次数,无效连接数量等。同时 PoolState 内部定义了两个 PooledConnection 集合,用于存储空闲连接和活跃连接。PooledConnection 内部定义了一个 Connection 类型的变量,用于指向真实的数据库连接。以及一个 Connection 的代理类,用于对部分方法调用进行拦截。至于为什么要拦截,随后将进行分析。除此之外,PooledConnection 内部也定义了一些字段,用于记录数据库连接的一些运行时状态。接下来,我们来看一下 PooledConnection 的定义。

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class PooledConnection implements InvocationHandler {

private static final String CLOSE = "close";
private static final Class<?>[] IFACES = new Class<?>[]{Connection.class};

private final int hashCode;
private final PooledDataSource dataSource;
// 真实的数据库连接
private final Connection realConnection;
// 数据库连接代理
private final Connection proxyConnection;

// 从连接池中取出连接时的时间戳
private long checkoutTimestamp;
// 数据库连接创建时间
private long createdTimestamp;
// 数据库连接最后使用时间
private long lastUsedTimestamp;
// connectionTypeCode = (url + username + password).hashCode()
private int connectionTypeCode;
// 表示连接是否有效
private boolean valid;

public PooledConnection(Connection connection, PooledDataSource dataSource) {
this.hashCode = connection.hashCode();
this.realConnection = connection;
this.dataSource = dataSource;
this.createdTimestamp = System.currentTimeMillis();
this.lastUsedTimestamp = System.currentTimeMillis();
this.valid = true;
// 创建 Connection 的代理类对象
this.proxyConnection = (Connection) Proxy.newProxyInstance(Connection.class.getClassLoader(), IFACES, this);
}

@Override
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {...}

// 省略部分代码
}

下面再来看看 PoolState 的定义。

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public class PoolState {

protected PooledDataSource dataSource;

// 空闲连接列表
protected final List<PooledConnection> idleConnections = new ArrayList<PooledConnection>();
// 活跃连接列表
protected final List<PooledConnection> activeConnections = new ArrayList<PooledConnection>();
// 从连接池中获取连接的次数
protected long requestCount = 0;
// 请求连接总耗时(单位:毫秒)
protected long accumulatedRequestTime = 0;
// 连接执行时间总耗时
protected long accumulatedCheckoutTime = 0;
// 执行时间超时的连接数
protected long claimedOverdueConnectionCount = 0;
// 超时时间累加值
protected long accumulatedCheckoutTimeOfOverdueConnections = 0;
// 等待时间累加值
protected long accumulatedWaitTime = 0;
// 等待次数
protected long hadToWaitCount = 0;
// 无效连接数
protected long badConnectionCount = 0;
}

上面对 PooledConnection 和 PoolState 的定义进行了一些注释,这两个类中有很多字段用来记录运行时状态。但在这些字段并非核心,因此大家知道每个字段的用途就行了。关于这两个辅助类的介绍就先到这

4.2 获取连接

前面已经说过,PooledDataSource 会将用过的连接进行回收,以便可以复用连接。因此从 PooledDataSource 获取连接时,如果空闲链接列表里有连接时,可直接取用。那如果没有空闲连接怎么办呢?此时有两种解决办法,要么创建新连接,要么等待其他连接完成任务。具体怎么做,需视情况而定。下面我们深入到源码中一探究竟。

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public Connection getConnection() throws SQLException {
// 返回 Connection 的代理对象
return popConnection(dataSource.getUsername(), dataSource.getPassword()).getProxyConnection();
}

private PooledConnection popConnection(String username, String password) throws SQLException {
boolean countedWait = false;
PooledConnection conn = null;
long t = System.currentTimeMillis();
int localBadConnectionCount = 0;

while (conn == null) {
synchronized (state) {
// 检测空闲连接集合(idleConnections)是否为空
if (!state.idleConnections.isEmpty()) {
// idleConnections 不为空,表示有空闲连接可以使用
conn = state.idleConnections.remove(0);
} else {
/*
* 暂无空闲连接可用,但如果活跃连接数还未超出限制
*(poolMaximumActiveConnections),则可创建新的连接
*/
if (state.activeConnections.size() < poolMaximumActiveConnections) {
// 创建新连接
conn = new PooledConnection(dataSource.getConnection(), this);

} else { // 连接池已满,不能创建新连接
// 取出运行时间最长的连接
PooledConnection oldestActiveConnection = state.activeConnections.get(0);
// 获取运行时长
long longestCheckoutTime = oldestActiveConnection.getCheckoutTime();
// 检测运行时长是否超出限制,即超时
if (longestCheckoutTime > poolMaximumCheckoutTime) {
// 累加超时相关的统计字段
state.claimedOverdueConnectionCount++;
state.accumulatedCheckoutTimeOfOverdueConnections += longestCheckoutTime;
state.accumulatedCheckoutTime += longestCheckoutTime;

// 从活跃连接集合中移除超时连接
state.activeConnections.remove(oldestActiveConnection);
// 若连接未设置自动提交,此处进行回滚操作
if (!oldestActiveConnection.getRealConnection().getAutoCommit()) {
try {
oldestActiveConnection.getRealConnection().rollback();
} catch (SQLException e) {...}
}
/*
* 创建一个新的 PooledConnection,注意,
* 此处复用 oldestActiveConnection 的 realConnection 变量
*/
conn = new PooledConnection(oldestActiveConnection.getRealConnection(), this);
/*
* 复用 oldestActiveConnection 的一些信息,注意 PooledConnection 中的
* createdTimestamp 用于记录 Connection 的创建时间,而非 PooledConnection
* 的创建时间。所以这里要复用原连接的时间信息。
*/
conn.setCreatedTimestamp(oldestActiveConnection.getCreatedTimestamp());
conn.setLastUsedTimestamp(oldestActiveConnection.getLastUsedTimestamp());

// 设置连接为无效状态
oldestActiveConnection.invalidate();

} else { // 运行时间最长的连接并未超时
try {
if (!countedWait) {
state.hadToWaitCount++;
countedWait = true;
}
long wt = System.currentTimeMillis();
// 当前线程进入等待状态
state.wait(poolTimeToWait);
state.accumulatedWaitTime += System.currentTimeMillis() - wt;
} catch (InterruptedException e) {
break;
}
}
}
}
if (conn != null) {
/*
* 检测连接是否有效,isValid 方法除了会检测 valid 是否为 true,
* 还会通过 PooledConnection 的 pingConnection 方法执行 SQL 语句,
* 检测连接是否可用。pingConnection 方法的逻辑不复杂,大家可以自行分析。
* 另外,官方文档在介绍 POOLED 类型数据源时,也介绍了连接有效性检测方面的
* 属性,有三个:poolPingQuery,poolPingEnabled 和
* poolPingConnectionsNotUsedFor。关于这三个属性,大家可以查阅官方文档
*/
if (conn.isValid()) {
if (!conn.getRealConnection().getAutoCommit()) {
// 进行回滚操作
conn.getRealConnection().rollback();
}
conn.setConnectionTypeCode(assembleConnectionTypeCode(dataSource.getUrl(), username, password));
// 设置统计字段
conn.setCheckoutTimestamp(System.currentTimeMillis());
conn.setLastUsedTimestamp(System.currentTimeMillis());
state.activeConnections.add(conn);
state.requestCount++;
state.accumulatedRequestTime += System.currentTimeMillis() - t;
} else {
// 连接无效,此时累加无效连接相关的统计字段
state.badConnectionCount++;
localBadConnectionCount++;
conn = null;
if (localBadConnectionCount > (poolMaximumIdleConnections
+ poolMaximumLocalBadConnectionTolerance)) {
throw new SQLException(...);
}
}
}
}

}

if (conn == null) {
throw new SQLException(...);
}

return conn;
}

上面代码冗长,过程比较复杂,下面把代码逻辑梳理一下。从连接池中获取连接首先会遇到两种情况:

  1. 连接池中有空闲连接
  2. 连接池中无空闲连接

对于第一种情况,处理措施就很简单了,把连接取出返回即可。对于第二种情况,则要进行细分,会有如下的情况。

  1. 活跃连接数没有超出最大活跃连接数
  2. 活跃连接数超出最大活跃连接数

对于上面两种情况,第一种情况比较好处理,直接创建新的连接即可。至于第二种情况,需要再次进行细分。

  1. 活跃连接的运行时间超出限制,即超时了
  2. 活跃连接未超时

对于第一种情况,我们直接将超时连接强行中断,并进行回滚,然后复用部分字段重新创建 PooledConnection 即可。对于第二种情况,目前没有更好的处理方式了,只能等待了。下面用一段伪代码演示各种情况及相应的处理措施,如下:

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if (连接池中有空闲连接) {
1. 将连接从空闲连接集合中移除
} else {
if (活跃连接数未超出限制) {
1. 创建新连接
} else {
1. 从活跃连接集合中取出第一个元素
2. 获取连接运行时长

if (连接超时) {
1. 将连接从活跃集合中移除
2. 复用原连接的成员变量,并创建新的 PooledConnection 对象
} else {
1. 线程进入等待状态
2. 线程被唤醒后,重新执行以上逻辑
}
}
}

1. 将连接添加到活跃连接集合中
2. 返回连接

最后用一个流程图大致描绘 popConnection 的逻辑,如下:

4.3 回收连接

相比于获取连接,回收连接的逻辑要简单的多。回收连接成功与否只取决于空闲连接集合的状态,所需处理情况很少,因此比较简单。下面看一下相关的逻辑。

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protected void pushConnection(PooledConnection conn) throws SQLException {
synchronized (state) {
// 从活跃连接池中移除连接
state.activeConnections.remove(conn);
if (conn.isValid()) {
// 空闲连接集合未满
if (state.idleConnections.size() < poolMaximumIdleConnections
&& conn.getConnectionTypeCode() == expectedConnectionTypeCode) {
state.accumulatedCheckoutTime += conn.getCheckoutTime();

// 回滚未提交的事务
if (!conn.getRealConnection().getAutoCommit()) {
conn.getRealConnection().rollback();
}

// 创建新的 PooledConnection
PooledConnection newConn = new PooledConnection(conn.getRealConnection(), this);
state.idleConnections.add(newConn);
// 复用时间信息
newConn.setCreatedTimestamp(conn.getCreatedTimestamp());
newConn.setLastUsedTimestamp(conn.getLastUsedTimestamp());

// 将原连接置为无效状态
conn.invalidate();

// 通知等待的线程
state.notifyAll();

} else { // 空闲连接集合已满
state.accumulatedCheckoutTime += conn.getCheckoutTime();
// 回滚未提交的事务
if (!conn.getRealConnection().getAutoCommit()) {
conn.getRealConnection().rollback();
}

// 关闭数据库连接
conn.getRealConnection().close();
conn.invalidate();
}
} else {
state.badConnectionCount++;
}
}
}

上面代码首先将连接从活跃连接集合中移除,然后再根据空闲集合是否有空闲空间进行后续处理。如果空闲集合未满,此时复用原连接的字段信息创建新的连接,并将其放入空闲集合中即可。若空闲集合已满,此时无需回收连接,直接关闭即可。pushConnection 方法的逻辑并不复杂,就不多说了。

我们知道获取连接的方法 popConnection 是由 getConnection 方法调用的,那回收连接的方法 pushConnection 是由谁调用的呢?答案是 PooledConnection 中的代理逻辑。相关代码如下:

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// -☆- PooledConnection
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
String methodName = method.getName();
// 检测 close 方法是否被调用,若被调用则拦截之
if (CLOSE.hashCode() == methodName.hashCode() && CLOSE.equals(methodName)) {
// 将回收连接中,而不是直接将连接关闭
dataSource.pushConnection(this);
return null;
} else {
try {
if (!Object.class.equals(method.getDeclaringClass())) {
checkConnection();
}

// 调用真实连接的目标方法
return method.invoke(realConnection, args);
} catch (Throwable t) {
throw ExceptionUtil.unwrapThrowable(t);
}
}
}

在上一节中,getConnection 方法返回的是 Connection 代理对象,不知道大家有没有注意到。代理对象中的方法被调用时,会被上面的代理逻辑所拦截。如果代理对象的 close 方法被调用,MyBatis 并不会直接调用真实连接的 close 方法关闭连接,而是调用 pushConnection 方法回收连接。同时会唤醒处于睡眠中的线程,使其恢复运行。整个过程并不复杂,就不多说了。

4.4 小节

本章分析了 PooledDataSource 的部分源码及一些辅助类的源码,除此之外,PooledDataSource 中还有部分源码没有分析,大家若有兴趣,可自行分析。好了,关于 PooledDataSource 的分析就先到这。

5.总结

本篇文章对 MyBatis 两种内置数据源进行了较为详细的分析,总的来说,这两种数据源的源码都不是很难理解。大家在阅读源码的过程中,首先应搞懂源码的主要逻辑,然后再去分析一些边边角角的逻辑。不要一开始就陷入各种细节中,容易迷失方向。

好了,到此本文就结束了。若文章有错误不妥之处,希望大家指明。最后,感谢大家阅读我的文章。

附录:MyBatis 源码分析系列文章列表

更新时间标题
2018-07-16MyBatis 源码分析系列文章导读
2018-07-20MyBatis 源码分析 - 配置文件解析过程
2018-07-30MyBatis 源码分析 - 映射文件解析过程
2018-08-17MyBatis 源码分析 - SQL 的执行过程
2018-08-19MyBatis 源码分析 - 内置数据源
2018-08-25MyBatis 源码分析 - 缓存原理
2018-08-26MyBatis 源码分析 - 插件机制