HikariCP源码分析之获取连接流程一 HikariCP源码分析之获取连接流程

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HikariDataSource的getConnection()方法
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7_hikari.png HikariCP获取连接的方法是com.zaxxer.hikari.HikariDataSource#getConnection()，这个方法在HikariDataSource类中。HikariDataSource类中是 HikariCP 提供用户使用的主要类，有获取连接，关闭连接池，剔除连接等方法。我们主要看一下getConnection(), 这是对外暴露的获取连接的方法，不管是Spring获取连接还是我们自己手工调用 HikariCP，都是调用这个方法从连接池中取连接。
代码如下：

public Connection getConnection() throws SQLException { //① if (isClosed()) { throw new SQLException("HikariDataSource " + this + " has been closed."); } //② if (fastPathPool != null) { return fastPathPool.getConnection(); }/** * ③ * See http://en.wikipedia.org/wiki/Double-checked_locking#Usage_in_Java * GFC: 双重检查锁 * https://www.cnblogs.com/xz816111/p/8470048.html * 如果是使用无参构造{@link #HikariDataSource()}初始化的HikariDataSource,那么默认是延迟构建HikariDataSource, * 在第一次获取连接的时候才构建HikariDataSource */ HikariPool result = pool; //B才执行到这里 if (result == null) { synchronized (this) { result = pool; if (result == null) { validate(); //A 执行到打印日志 LOGGER.info("{} - Started.", getPoolName()); pool = result = new HikariPool(this); } } }return result.getConnection(); }

其实一看，HikariDataSource的getConnection()代码还是非常简单的，更多的细节，放在了HikariPool的getConnection()方法中。
但是，我们还是要分析一下的，毕竟，我们看开源代码的目的是学习大师的设计和技巧。
①检查连接池状态

//① if (isClosed()) { throw new SQLException("HikariDataSource " + this + " has been closed."); }

这里的代码主要是判断连接池是不是已经关闭了，如果isClosed()返回 true，那么连接池已经关闭，那么直接抛出异常。虽然是一个简单的判断，其实也有值得我们学习的地方。
isClosed()方法实现只有一句代码：

return isShutdown.get();

，这个isShutdown其实就是一个连接池的关闭状态对吧？它有个get()方法，猜猜是个什么类型？ OK，它的声明是

private final AtomicBoolean isShutdown = new AtomicBoolean();

。
我们知道带Atomic前缀的一些类型，都是原子操作，它是线程安全的，在高并发情况下，能保证isShutdown的值在各个线程中是一致的，类似的还有AtomicInteger，AtomicLong等等，那么AtomicBoolean就是一个线程安全的布尔类型，这样就可以保证关闭连接池的时候，其他线程可以及时的感知到。
那么线程不安全的原因是什么？
CPU 有一级缓存，二级缓存，三级缓存，还有内存。一级缓存，二级缓存，三级缓存是每个 CPU 核独享的，而内存是整个 CPU 共享的。在CPU计算的时候会把值从内存读取到最近的一级缓存中，这样的话，很可能在多个核之间，isShutdown的值不一致，这就是线程不安全。
那AtomicBoolean是如何保证多个核之间的线程数据一致呢？
AtomicBoolean内部，有一个

private volatile int value;

的属性，用于记录Boolean的值，0 是 false，1 是 true。关键就是volatile修饰符，可以强制 CPU 在修改value的时候，必须要同步到内存中，而读取的时候，必须要从内存中读取。这样，各个线程之间就是数据一致了吧。但是，它也有个显而易见的劣处，大家看出来了吗，那就是会比较慢，因为它每次都有从内存中读取数据，这就是性能较差，对吧？所以我们只能在需要使用volatile的时候再用，不能滥用。
在我经验不多的年纪，写类似代码标记一个状态的时候，是直接在类中定义一个类成员变量，没有用volatile。现在想来还是太年轻了，好在那些状态对实时的要求不高，也没有出现什么问题。所以我们还是要多读源码，学习前辈的经验。
不知道有没有同学会感慨，都涉及到 CPU 了，好底层啊。那么大家继续学习 HikariCP 的源码会发现，很多代码都是考虑到了非常底层的优化，比如控制了字节码的大小，方便 JVM优化代码。另外大家也可以学习下Disruptor并发框架，也是一个涉及到 CPU 缓存优化的框架，好多大数据框架学习了它的设计，据说性能高到能把 CPU 跑冒烟。
越是了解底层，越能写出更好的代码。学习了这些优秀的框架，我的感慨是：那些年上大学睡的觉，终究是要还的，现在终于到时候了.......
② 两个连接池？

//② if (fastPathPool != null) { return fastPathPool.getConnection(); }

这里的代码，又是非常简单，有没有设计？有！
它的实现是直接调用了fastPathPool的getConnection()方法对吧。但是请大家注意最后的 return语句，是

result.getConnection();

，这个result是fastPathPool吗？看下③处

HikariPool result = pool;

，这个result其实是pool。那么有点奇怪，HikariDataSource中有两个连接池？不会吧，谁会这么设计呢！那该如何解释？
其实在HikariDataSource中，还真的有两个连接池的成员变量。定义如下：

private final HikariPool fastPathPool; private volatile HikariPool pool;

除了变量名字不同之外，他们的修饰符也不一样，fastPathPool是final的，pool是volatile的。volatile在上面已经解释过了，就是为了线程安全嘛，保证多线程情况下pool的值是一致的。fastPathPool呢，是final的，HikariDataSource初始化的时候必须赋值，之后就改不了了对吧。
其实这里涉及到了HikariCP 连接池的创建方式。HikariDataSource有两个构造方法，第一个是无参构造：

public HikariDataSource() { super(); fastPathPool = null; }

第二个是有参的:

public HikariDataSource(HikariConfig configuration) { configuration.validate(); configuration.copyState(this); LOGGER.info("{} - Started.", configuration.getPoolName()); pool = fastPathPool = new HikariPool(this); }

我们不在此详细解析这两个构造方法了，我们只看这两个构造方法的最后一句，无参构造的是

fastPathPool = null;

，有参构造的是

pool = fastPathPool = new HikariPool(this);

。
那么，我们可以推断出，如果使用无参构造初始化HikariDataSource，fastPathPool就永远是 null；如果使用有参构造初始化HikariDataSource，那么fastPathPool就永远跟pool是一样的。
fastPathPool和pool都是HikariPool类型的对吧，HikariPool其实是代表了连接池。那么我们最初的问题，为什么使用了两个连接池的成员变量？我们在①处解析了volatile的劣处，性能略差，如果每次获取连接都从pool读取的话，是不是每次都要损失一些性能？所以我们在使用有参构造创建连接池的时候，将fastPathPool也赋值，那么我们从fastPathPool获取连接，相当于变相的不使用volatile，这样就能不损耗volatile的性能。volatile的主要目的就是在创建连接池的时候，如果有多个线程同时创建，不会创建出多个连接池。我们会在下面详细描述。
除了学习到这种设计之外，我们还可以知道，使用有参构造来初始化HikariDataSource会有一些性能提升，官方也推荐大家使用有参构造来初始化 HikariCP。其实这种性能提升不是非常大，但是 Hikari作者还是不放过一点点的让 HikariCP 更快的机会，这就是为什么 HikariCP 是最快的数据库连接池。
详细的性能测试结果，大家可以看下作者的回答:
https://groups.google.com/forum/#!msg/hikari-cp/yAtDD-3Qzgo/MgnNPLUkPqEJ
③双重检查锁

//③ HikariPool result = pool; //B才执行到这里 if (result == null) { synchronized (this) { result = pool; if (result == null) { validate(); //A 执行到打印日志 LOGGER.info("{} - Started.", getPoolName()); pool = result = new HikariPool(this); } } }return result.getConnection();

此处的代码，我相信大家都能看懂，就是检查连接池是不是 null，如果是 null，就创建一个连接池，然后从新创建的连接池中获取连接返回。
如果我只写到上面，那我就跟有一些源码解析的文章一样了，看了跟没看一样，没有任何收获。这不是我们的目的。当初就是因为他们写的不详细，我看不明白，所以我才打算自己写，大家也才能看到这篇文章。我们的目的就是学习到代码背后的东西，而不是写一篇这个方法调用了这个方法，那个方法调用了那个方法这种没有营养的东西，因为方法调用大家都能看懂。
闲话少叙，代码背后的东西来了。这里的设计就是：双重检查锁，英文名：double checked locking。其实在写文章之前，我也不知道它叫什么，只会写。那么，什么是双重检查锁？其实就是在加锁之前检查一下对象是否为 null，加锁之后再检查一遍对象是否为 null，这种结构就是双重检查锁。
为什么这么写？已经有了锁，肯定就只能有一个线程创建连接池啊，检查两次这不是多此一举吗？我曾经遇到一个多年经验的老手也这么问我，由于我当时不知道双重检查锁这个名字，我只能给他讲了一遍如下过程：
我们假如有两个线程(A, B)都在执行这个方法。A 执行快一点，拿到了锁，执行到了打印日志的地方，但是还没有创建连接池，此时连接池pool还是 null。此时 B 执行到了检查pool是否是null 的地方，因为此时pool是 null，所以 B 要去申请锁了。A 执行完创建连接池了，此时pool不是 null 了，同时释放了锁。B 拿到了锁，再判断一次pool是否是null，此时pool不是null了，那么就不创建连接池了。如果没有拿到锁之后的第二次判断，那么连接池会被 B再创建一次，这才是多此一举！
还有人问：那么直接在获取锁之后检查一次就可以了，为什么还要在获取锁之前检查一次呢？
因为锁这个东西，很耗性能，如果只有一个拿到锁之后的检查的话，相当于所有线程要排队检查是不是连接池已经创建了，相当于只能排队获取连接，这是不行的，我们要高性能！在拿锁之前判断的话，如果连接池已经创建了的话，我们就直接跳过拿锁，直接获取连接了，可以多线程，高并发！
到这里，这个双重检查锁还不完美！我们继续看：
我们知道，创建一个对象，可以大体分为 3 步：

分配内存空间
初始化对象
将对象指向刚分配的内存空间

有时候编译器和CPU 会在保证最后结果不变的情况下，对指令重排序，这就是 CPU 的乱序执行。上面的 3 步，可能会变成 132 来执行。也就是说，pool可能不是 null 了，但是它没有被初始化，这样调用的时候也会报错的。那怎么办？答案还是volatile。pool是一个volatile的，大家还记得吧？我们上面说了，它是保证线程安全的。此处还要解释volatile的第二个功能：可以阻止指令重排序。它是怎么阻止重排序的呢？它会对pool加入一个内存屏障，又称内存栅栏，是一个CPU指令，可以阻止对指令的重排序，所有的写（write）操作都将发生在读（read）操作之前。
这样，我们就可以完美的保证高并发下，连接池可以被正确的创建出来。
在 HikariCP 框架的使用上，我们可以得知，如果使用无参构造初始化HikariCP，其实是一个延迟初始化，在第一次获取连接的时候，才能初始化连接池。如果大家的应用，在启动之后可能有大量请求，导致大量数据库连接创建，那么使用无参构造可以会不太合适，会导致请求有阻塞，数据库压力加大。所以，不管在什么情况下，还是要推荐大家使用有参构造初始化 HikariCP。
关于双重检查锁，大家还可以参考如下资料继续学习：