SpringBoot 2.0 中 HikariCP 数据库连接池原理解析

作为后台服务开发，在日常工作中我们天天都在跟数据库打交道，一直在进行各种CRUD操作，都会使用到数据库连接池。按照发展历程，业界知名的数据库连接池有以下几种：c3p0、DBCP、Tomcat JDBC Connection Pool、Druid 等，不过最近最火的是 HiKariCP。

HiKariCP 号称是业界跑得最快的数据库连接池，自从 SpringBoot 2.0 将其作为默认数据库连接池后，其发展势头锐不可当。那它为什么那么快呢？今天咱们就重点聊聊其中的原因。

一、什么是数据库连接池

在讲解HiKariCP之前，我们先简单介绍下什么是数据库连接池（Database Connection Pooling），以及为什么要有数据库连接池。

从根本上而言，数据库连接池和我们常用的线程池一样，都属于池化资源，它在程序初始化时创建一定数量的数据库连接对象并将其保存在一块内存区中。它允许应用程序重复使用一个现有的数据库连接，当需要执行 SQL 时，我们是直接从连接池中获取一个连接，而不是重新建立一个数据库连接，当 SQL 执行完，也并不是将数据库连接真的关掉，而是将其归还到数据库连接池中。我们可以通过配置连接池的参数来控制连接池中的初始连接数、最小连接、最大连接、最大空闲时间等参数，来保证访问数据库的数量在一定可控制的范围类，防止系统崩溃，同时保证用户良好的体验。数据库连接池示意图如下所示：

因此使用数据库连接池的核心作用，就是避免数据库连接频繁创建和销毁，节省系统开销。因为数据库连接是有限且代价昂贵，创建和释放数据库连接都非常耗时，频繁地进行这样的操作将占用大量的性能开销，进而导致网站的响应速度下降，甚至引起服务器崩溃。

二、常见数据库连接池对比分析

这里详细总结了常见数据库连接池的各项功能比较，我们重点分析下当前主流的阿里巴巴Druid与HikariCP，HikariCP在性能上是完全优于Druid连接池的。而Druid的性能稍微差点是由于锁机制的不同，并且Druid提供更丰富的功能，包括监控、sql拦截与解析等功能，两者的侧重点不一样，HikariCP追求极致的高性能。

下面是官网提供的性能对比图，在性能上面这五种数据库连接池的排序如下：HikariCP>druid>tomcat-jdbc>dbcp>c3p0：

三、HikariCP 数据库连接池简介

HikariCP 号称是史上性能最好的数据库连接池，SpringBoot 2.0将它设置为默认的数据源连接池。Hikari相比起其它连接池的性能高了非常多，那么，这是怎么做到的呢？通过查看HikariCP官网介绍，对于HikariCP所做优化总结如下：

1. 字节码精简 ：优化代码，编译后的字节码量极少，使得CPU缓存可以加载更多的程序代码；

HikariCP在优化并精简字节码上也下了功夫，使用第三方的Java字节码修改类库Javassist来生成委托实现动态代理.动态代理的实现在ProxyFactory类，速度更快，相比于JDK Proxy生成的字节码更少，精简了很多不必要的字节码。

2. 优化代理和拦截器：减少代码，例如HikariCP的Statement proxy只有100行代码，只有BoneCP的十分之一；

3. 自定义数组类型（FastStatementList）代替ArrayList：避免ArrayList每次get()都要进行range check，避免调用remove()时的从头到尾的扫描（由于连接的特点是后获取连接的先释放）；

4. 自定义集合类型（ConcurrentBag）：提高并发读写的效率；

5. 其他针对BoneCP缺陷的优化，比如对于耗时超过一个CPU时间片的方法调用的研究。

当然作为一个数据库连接池，不能说快就会被消费者所推崇，它还具有非常好的健壮性及稳定性。HikariCP从15年推出以来，已经经受了广大应用市场的考验，并且成功地被SpringBoot2.0作为默认数据库连接池进行推广，在可靠性上面是值得信任的。其次借助于其代码量少，占用cpu和内存量小的优点，使得它的执行率非常高。最后，Spring配置HikariCP和druid基本没什么区别，迁移过来非常方便，这些都是为什么HikariCP目前如此受欢迎的原因。

字节码精简、优化代理和拦截器、自定义数组类型。

四、HikariCP 核心源码解析

4.1 FastList 是如何优化性能问题的

 首先我们来看一下执行数据库操作规范化的操作步骤：

1. 通过数据源获取一个数据库连接；
2. 创建 Statement；
3. 执行 SQL；
4. 通过 ResultSet 获取 SQL 执行结果；
5. 释放 ResultSet；
6. 释放 Statement；
7. 释放数据库连接。

当前所有数据库连接池都是严格地根据这个顺序来进行数据库操作的，为了防止最后的释放操作，各类数据库连接池都会把创建的 Statement 保存在数组 ArrayList 里，来保证当关闭连接的时候，可以依次将数组中的所有 Statement 关闭。HiKariCP 在处理这一步骤中，认为 ArrayList 的某些方法操作存在优化空间，因此对List接口的精简实现，针对List接口中核心的几个方法进行优化，其他部分与ArrayList基本一致 。

首先是get()方法，ArrayList每次调用get()方法时都会进行rangeCheck检查索引是否越界，FastList的实现中去除了这一检查，是因为数据库连接池满足索引的合法性，能保证不会越界，此时rangeCheck就属于无效的计算开销，所以不用每次都进行越界检查。省去频繁的无效操作，可以明显地减少性能消耗。

• FastList get()操作

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public T get(int index) {    // ArrayList 在此多了范围检测 rangeCheck(index);    return elementData[index]; }

其次是remove方法，当通过 conn.createStatement() 创建一个 Statement 时，需要调用 ArrayList 的 add() 方法加入到 ArrayList 中，这个是没有问题的；但是当通过 stmt.close() 关闭 Statement 的时候，需要调用 ArrayList 的 remove() 方法来将其从 ArrayList 中删除，而ArrayList的remove(Object)方法是从头开始遍历数组，而FastList是从数组的尾部开始遍历，因此更为高效。假设一个 Connection 依次创建 6 个 Statement，分别是 S1、S2、S3、S4、S5、S6，而关闭 Statement 的顺序一般都是逆序的，从S6 到 S1，而 ArrayList 的 remove(Object o) 方法是顺序遍历查找，逆序删除而顺序查找，这样的查找效率就太慢了。因此FastList对其进行优化，改成了逆序查找。如下代码为FastList 实现的数据移除操作，相比于ArrayList的 remove()代码， FastList 去除了检查范围 和 从头到尾遍历检查元素的步骤，其性能更快。

• FastList 删除操作

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public boolean remove(Object element) {    // 删除操作使用逆序查找    for (int index = size - 1; index >= 0;