Java Servlet作为首选的服务器端数据处理技术，正在迅速取代CGI脚本。Servlet超越CGI的优势之一在于，不仅多个请求
可以共享公用资源，而且还可以在不同用户请求之间保留持续数据。本文介绍一种充分发挥该特色的实用技术，即数据库连
接池。


一、实现连接池的意义

动态Web站点往往用数据库存储的信息生成Web页面，每一个页面请求导致一次数据库访问。连接
数据库不仅要开销一定的通讯和内存资源，还必须完成用户验证、安全上下文配置这类任务，因而往往成为最为耗时的操
作。当然，实际的连接时间开销千变万化，但1到2秒延迟并非不常见。如果某个基于数据库的Web应用只需建立一次初始连
接，不同页面请求能够共享同一连接，就能获得显著的性能改善。
Servlet是一个Java类。Servlet引擎（它可能是Web服务软件的一部分，也可能是一个独立的附加模块）在系统启动或Servlet
第一次被请求时将该类装入Java虚拟机并创建它的一个实例。不同用户请求由同一Servlet实例的多个独立线程处理。那些要
求在不同请求之间持续有效的数据既可以用Servlet的实例变量来保存，也可以保存在独立的辅助对象中。
用JDBC访问数据库首先要创建与数据库之间的连接，获得一个连接对象（Connection），由连接对象提供执行SQL语句的方法。
本文介绍的数据库连接池包括一个管理类DBConnectionManager，负责提供与多个连接池对象（DBConnectionPool类）之间
的接口。每一个连接池对象管理一组JDBC连接对象，每一个连接对象可以被任意数量的Servlet共享。
类DBConnectionPool提供以下功能：

1) 从连接池获取（或创建）可用连接。
2) 把连接返回给连接池。
3) 在系统关闭时释放所有资源，关闭所有连接。

此外， DBConnectionPool类还能够处理无效连接（原来登记为可用的连接，由于某种原因不再可用，如超时，通讯问题）
，并能够限制连接池中的连接总数不超过某个预定值。
管理类DBConnectionManager用于管理多个连接池对象，它提供以下功能：

1) 装载和注册JDBC驱动程序。
2) 根据在属性文件中定义的属性创建连接池对象。
3) 实现连接池名字与其实例之间的映射。
4) 跟踪客户程序对连接池的引用，保证在最后一个客户程序结束时安全地关闭所有连接池。

本文余下部分将详细说明这两个类，最后给出一个示例演示Servlet使用连接池的一般过程。


二、具体实现

DBConnectionManager.java程序清单如下：

001 import java.io.*;
002 import java.sql.*;
003 import java.util.*;
004 import java.util.Date;
005
006 /**
007 * 管理类DBConnectionManager支持对一个或多个由属性文件定义的数据库连接
008 * 池的访问.客户程序可以调用getInstance()方法访问本类的唯一实例.
009 */
010 public class DBConnectionManager {
011 static private DBConnectionManager instance; // 唯一实例
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 * 返回唯一实例.如果是第一次调用此方法,则创建实例
020 *
021 * @return DBConnectionManager 唯一实例
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 * 建构函数私有以防止其它对象创建本类实例
033 */
034 private DBConnectionManager() {
035 init();
036 }
037
038 /**
039 * 将连接对象返回给由名字指定的连接池
040 *
041 * @param name 在属性文件中定义的连接池名字
042 * @param con 连接对象
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 * 获得一个可用的(空闲的)连接.如果没有可用连接,且已有连接数小于最大连接数
053 * 限制,则创建并返回新连接
054 *
055 * @param name 在属性文件中定义的连接池名字
056 * @return Connection 可用连接或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 * 获得一个可用连接.若没有可用连接,且已有连接数小于最大连接数限制,
068 * 则创建并返回新连接.否则,在指定的时间内等待其它线程释放连接.
069 *
070 * @param name 连接池名字
071 * @param time 以毫秒计的等待时间
072 * @return Connection 可用连接或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 * 关闭所有连接,撤销驱动程序的注册
084 */
085 public synchronized void release() {
086 // 等待直到最后一个客户程序调用
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("撤销JDBC驱动程序 " + driver.getClass().getName()+"的注册");
102 }
103 catch (SQLException e) {
104 log(e, "无法撤销下列JDBC驱动程序的注册: " + driver.getClass().getName());
105 }
106 }
107 }
108
109 /**
110 * 根据指定属性创建连接池实例.
111 *
112 * @param props 连接池属性
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("没有为连接池" + 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("错误的最大连接数限制: " + maxconn + " .连接池: " + poolName);
134 max = 0;
135 }
136 DBConnectionPool pool =
137 new DBConnectionPool(poolName, url, user, password, max);
138 pools.put(poolName, pool);
139 log("成功创建连接池" + poolName);
140 }
141 }
142 }
143
144 /**
145 * 读取属性完成初始化
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("不能读取属性文件. " +
155 "请确保db.properties在CLASSPATH指定的路径中");
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("无法打开日志文件: " + logFile);
164 log = new PrintWriter(System.err);
165 }
166 loadDrivers(dbProps);
167 createPools(dbProps);
168 }
169
170 /**
171 * 装载和注册所有JDBC驱动程序
172 *
173 * @param props 属性
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("成功注册JDBC驱动程序" + driverClassName);
186 }
187 catch (Exception e) {
188 log("无法注册JDBC驱动程序: " +
189 driverClassName + ", 错误: " + e);
190 }
191 }
192 }
193
194 /**
195 * 将文本信息写入日志文件
196 */
197 private void log(String msg) {
198 log.println(new Date() + ": " + msg);
199 }
200
201 /**
202 * 将文本信息与异常写入日志文件
203 */
204 private void log(Throwable e, String msg) {
205 log.println(new Date() + ": " + msg);
206 e.printStackTrace(log);
207 }
208
209 /**
210 * 此内部类定义了一个连接池.它能够根据要求创建新连接,直到预定的最
211 * 大连接数为止.在返回连接给客户程序之前,它能够验证连接的有效性.
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 * 创建新的连接池
224 *
225 * @param name 连接池名字
226 * @param URL 数据库的JDBC URL
227 * @param user 数据库帐号,或 null
228 * @param password 密码,或 null
229 * @param maxConn 此连接池允许建立的最大连接数
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 * 将不再使用的连接返回给连接池
242 *
243 * @param con 客户程序释放的连接
244 */
245 public synchronized void freeConnection(Connection con) {
246 // 将指定连接加入到向量末尾
247 freeConnections.addElement(con);
248 checkedOut--;
249 notifyAll();
250 }
251
252 /**
253 * 从连接池获得一个可用连接.如没有空闲的连接且当前连接数小于最大连接
254 * 数限制,则创建新连接.如原来登记为可用的连接不再有效,则从向量删除之,
255 * 然后递归调用自己以尝试新的可用连接.
256 */
257 public synchronized Connection getConnection() {
258 Connection con = null;
259 if (freeConnections.size() > 0) {
260 // 获取向量中第一个可用连接
261 con = (Connection) freeConnections.firstElement();
262 freeConnections.removeElementAt(0);
263 try {
264 if (con.isClosed()) {
265 log("从连接池" + name+"删除一个无效连接");
266 // 递归调用自己,尝试再次获取可用连接
267 con = getConnection();
268 }
269 }
270 catch (SQLException e) {
271 log("从连接池" + name+"删除一个无效连接");
272 // 递归调用自己,尝试再次获取可用连接
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 * 从连接池获取可用连接.可以指定客户程序能够等待的最长时间
287 * 参见前一个getConnection()方法.
288 *
289 * @param timeout 以毫秒计的等待时间限制
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()返回的原因是超时
301 return null;
302 }
303 }
304 return con;
305 }
306
307 /**
308 * 关闭所有连接
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("关闭连接池" + name+"中的一个连接");
317 }
318 catch (SQLException e) {
319 log(e, "无法关闭连接池" + name+"中的连接");
320 }
321 }
322 freeConnections.removeAllElements();
323 }
324
325 /**
326 * 创建新的连接
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("连接池" + name+"创建一个新的连接");
338 }
339 catch (SQLException e) {
340 log(e, "无法创建下列URL的连接: " + URL);
341 return null;
342 }
343 return con;
344 }
345 }
346 }




三、类DBConnectionPool说明

该类在209至345行实现，它表示指向某个数据库的连接池。数据库由JDBC URL标识。一个JDBC URL由三部分组成：协议标识
（总是jdbc），驱动程序标识（如 odbc、idb、oracle等），数据库标识（其格式依赖于驱动程序）。例如，jdbc:odbc:de
mo，即是一个指向demo数据库的JDBC URL，而且访问该数据库要使用JDBC-ODBC驱动程序。每个连接池都有一个供客户程序
使用的名字以及可选的用户帐号、密码、最大连接数限制。如果Web应用程序所支持的某些数据库操作可以被所有用户执行，
而其它一些操作应由特别许可的用户执行，则可以为两类操作分别定义连接池，两个连接池使用相同的JDBC URL，但使用不
同的帐号和密码。
类DBConnectionPool的建构函数需要上述所有数据作为其参数。如222至238行所示，这些数据被保存为它的实例变量：
如252至283行、285至305行所示， 客户程序可以使用DBConnectionPool类提供的两个方法获取可用连接。两者的共同之处
在于：如连接池中存在可用连接，则直接返回，否则创建新的连接并返回。如果没有可用连接且已有连接总数等于最大限制
数，第一个方法将直接返回null，而第二个方法将等待直到有可用连接为止。
所有的可用连接对象均登记在名为freeConnections的向量（Vector）中。如果向量中有多于一个的连接，getConnection()
总是选取第一个。同时，由于新的可用连接总是从尾部加入向量，从而使得数据库连接由于长时间闲置而被关闭的风险减低
到最小程度。
第一个getConnection()在返回可用连接给客户程序之前，调用了isClosed()方法验证连接仍旧有效。如果该连接被关闭或
触发异常，getConnection()递归地调用自己以尝试获取另外的可用连接。如果在向量freeConnections中不存在任何可用连
接，getConnection()方法检查是否已经指定最大连接数限制。如已经指定，则检查当前连接数是否已经到达极限。此处
maxConn为0表示没有限制。如果没有指定最大连接数限制或当前连接数小于该值，该方法尝试创建新的连接。如创建成功，
则增加已使用连接的计数并返回，否则返回空值。
如325至345行所示，创建新连接由newConnection()方法实现。创建过程与是否已经指定数据库帐号、密码有关。
JDBC的DriverManager类提供多个getConnection()方法，这些方法要用到JDBC URL与其它一些参数，如用户帐号和密码等。
DriverManager将使用指定的JDBC URL确定适合于目标数据库的驱动程序及建立连接。
在285至305行实现的第二个getConnection()方法需要一个以毫秒为单位的时间参数，该参数表示客户程序能够等待的最长
时间。建立连接的具体操作仍旧由第一个getConnection()方法实现。
该方法执行时先将startTime初始化为当前时间。在while循环中尝试获得一个连接。如果失败，则以给定的时间值为参数调
用wait()。wait()的返回可能是由于其它线程调用notify()或notifyAll()，也可能是由于预定时间已到。为找出wait()返
回的真正原因，程序用当前时间减开始时间（startTime），如差值大于预定时间则返回空值，否则再次调用getConnection()。
把空闲的连接登记到连接池由240至250行的freeConnection()方法实现，它的参数为返回给连接池的连接对象。该对象被加
入到freeConnections向量的末尾，然后减少已使用连接计数。调用notifyAll()是为了通知其它正在等待可用连接的线程。
许多Servlet引擎为实现安全关闭提供多种方法。数据库连接池需要知道该事件以保证所有连接能够正常关闭。DBConnectionManager
类负协调整个关闭过程，但关闭连接池中所有连接的任务则由DBConnectionPool类负责。在307至323行实现的release()
方法供DBConnectionManager调用。该方法遍历freeConnections向量并关闭所有连接，然后从向量中删除这些连接。


四、类DBConnectionManager 说明

该类只能创建一个实例，其它对象能够调用其静态方法（也称为类方法）获得该唯一实例的引用。如031至036行所示，
DBConnectionManager类的建构函数是私有的，这是为了避免其它对象创建该类的实例。
DBConnectionManager类的客户程序可以调用getInstance()方法获得对该类唯一实例的引用。如018至029行所示，类的唯
一实例在getInstance()方法第一次被调用期间创建，此后其引用就一直保存在静态变量instance中。每次调用getInstance()
都增加一个DBConnectionManager的客户程序计数。即，该计数代表引用DBConnectionManager唯一实例的客户程序总数，
它将被用于控制连接池的关闭操作。
该类实例的初始化工作由146至168行之间的私有方法init()完成。其中 getResourceAsStream()方法用于定位并打开外部
文件。外部文件的定位方法依赖于类装载器的实现。标准的本地类装载器查找操作总是开始于类文件所在路径，也能够搜
索CLASSPATH中声明的路径。db.properties是一个属性文件，它包含定义连接池的键-值对。可供定义的公用属性如下：

drivers 以空格分隔的JDBC驱动程序类列表
logfile 日志文件的绝对路径

其它的属性和特定连接池相关，其属性名字前应加上连接池名字：

<poolname>.url 数据库的 JDBC URL
<poolname>.maxconn 允许建立的最大连接数，0表示没有限制
<poolname>.user 用于该连接池的数据库帐号
<poolname>.password 相应的密码

其中url属性是必需的，而其它属性则是可选的。数据库帐号和密码必须合法。用于Windows平台的db.properties文件示例
如下：

drivers=sun.jdbc.odbc.JdbcOdbcDriver jdbc.idbDriver
logfile=D:\\user\\src\\java\\DBConnectionManager\\log.txt

idb.url=jdbc:idb:c:\\local\\javawebserver1.1\\db\\db.prp
idb.maxconn=2

access.url=jdbc:odbc:demo
access.user=demo
access.password=demopw

注意在Windows路径中的反斜杠必须输入2个，这是由于属性文件中的反斜杠同时也是一个转义字符。
init()方法在创建属性对象并读取db.properties文件之后，就开始检查logfile属性。如果属性文件中没有指定日志文件，
则默认为当前目录下的DBConnectionManager.log文件。如日志文件无法使用，则向System.err输出日志记录。
装载和注册所有在drivers属性中指定的JDBC驱动程序由170至192行之间的loadDrivers()方法实现。该方法先用StringTokenizer
将drivers属性值分割为对应于驱动程序名称的字符串，然后依次装载这些类并创建其实例，最后在 DriverManager中注册
该实例并把它加入到一个私有的向量drivers。向量drivers将用于关闭服务时从DriverManager取消所有JDBC 驱动程序的注册。
init()方法的最后一个任务是调用私有方法createPools()创建连接池对象。如109至142行所示，createPools()方法先创建
所有属性名字的枚举对象（即Enumeration对象，该对象可以想象为一个元素系列，逐次调用其nextElement()方法将顺序返
回各元素），然后在其中搜索名字以“.url”结尾的属性。对于每一个符合条件的属性，先提取其连接池名字部分，进而读
取所有属于该连接池的属性，最后创建连接池对象并把它保存在实例变量pools中。散列表（Hashtable类 ）pools实现连接
池名字到连接池对象之间的映射，此处以连接池名字为键，连接池对象为值。
为便于客户程序从指定连接池获得可用连接或将连接返回给连接池，类DBConnectionManager提供了方法getConnection()和
freeConnection()。所有这些方法都要求在参数中指定连接池名字，具体的连接获取或返回操作则调用对应的连接池对象完
成。它们的实现分别在051至064行、066至080行、038至049行。
如082至107行所示，为实现连接池的安全关闭，DBConnectionManager提供了方法release()。在上面我们已经提到，所有
DBConnectionManager的客户程序都应该调用静态方法getInstance()以获得该管理器的引用，此调用将增加客户程序计数。
客户程序在关闭时调用release()可以递减该计数。当最后一个客户程序调用release()，递减后的引用计数为0，就可以调
用各个连接池的release()方法关闭所有连接了。管理类release()方法最后的任务是撤销所有JDBC驱动程序的注册。


五、Servlet使用连接池示例

Servlet API所定义的Servlet生命周期类如：

1) 创建并初始化Servlet（init()方法）。
2) 响应客户程序的服务请求（service()方法）。
3) Servlet终止运行，释放所有资源（destroy()方法）。

本例演示连接池应用，上述关键步骤中的相关操作为：

1) 在init()，用实例变量connMgr 保存调用DBConnectionManager.getInstance()所返回的引用。
2) 在service()，调用getConnection()，执行数据库操作，用freeConnection()将连接返回给连接池。
3) 在destroy()，调用release()关闭所有连接，释放所有资源。

示例程序清单如下：

import java.io.*;
import java.sql.*;
import javax.servlet.*;
import javax.servlet.http.*;
public class TestServlet extends HttpServlet {
private DBConnectionManager connMgr;

public void init(ServletConfig conf) throws ServletException {
super.init(conf);
connMgr = DBConnectionManager.getInstance();
}

public void service(HttpServletRequest req, HttpServletResponse res)
throws IOException {

res.setContentType("text/html");
PrintWriter out = res.getWriter();
Connection con = connMgr.getConnection("idb");
if (con == null) {
out.println("不能获取数据库连接.");
return;
}
ResultSet rs = null;
ResultSetMetaData md = null;
Statement stmt = null;
try {
stmt = con.createStatement();
rs = stmt.executeQuery("SELECT * FROM EMPLOYEE");
md = rs.getMetaData();
out.println("<H1>职工数据</H1>");
while (rs.next()) {
out.println("<BR>");
for (int i = 1; i < md.getColumnCount(); i++) {
out.print(rs.getString(i) + ", ");
}
}
stmt.close();
rs.close();
}
catch (SQLException e) {
e.printStackTrace(out);
}
connMgr.freeConnection("idb", con);
}

public void destroy() {
connMgr.release();
super.destroy();
}
}