MongoDB源码分析之链接池(ConnPool)

日期: 2011-06-06 作者:代震军 来源:TechTarget中国 英文

  在之前的一篇文章中,介绍了mongos的balaner的执行流程,其中在源码中的Balancer::run()方法里简单说明了为了连接到configserver,balancer通过构造ScopedDbConnection实现来链接并执行相应操作,因为当时篇幅所限,只是该链接使用池化的方式一带而过,今天就专门介绍一下mongodb中使用池化方式来管理链接对象以提升链接效率的原理。

  首先看一下balancer类的run()方法,相关代码如下:

    //balance.cpp
    void Balancer::run() {
        ……
        while ( ! inShutdown() ) {//一直循环直到程序中断或关闭

            try {
                ……
                
                ScopedDbConnection conn( config );
               
                ……
           
                conn.done();//将conn放到链接池中(为其它后续操作使用)

                sleepsecs( _balancedLastTime ? 5 : 10 );
            }
            catch ( std::exception& e ) {
                ……
            }
        }
    }

  上面方法中从ScopedDbConnection声明到该实现执行done()方法结束,系统会从链接池中获取一个链接对象,如无链接则直接创建。如果是创建的链接,则会将该链接添加到池中。下面我们就看一下其类图:

  

 
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  图中的红框所圈的类均为connpool.h头文件中所包含定义的类信息,而这些类中(比如ScopedDbConnection,上面代码提到过)会包含一个DBClientBase属性指针,而DBClientBase的定义位于dbclient.h头文件中,其主要是定义了客户端连接到mongodb服务端时所经常进行的操作(CRUD等)。

  图中的类比较多,主要的几个包括:

ScopedDbConnection:池中的数据库链接类,其通过持有的DBClientBase指出针来施加crud操作
DBConnectionPool:数据库链接池类,定义链接的创建,获取,flush,以及维护等操作。
PoolForHost:该对象提供以栈式(stack)方式管理pool链接对象。

  下面就先看一下ScopedDbConnection的构造方法,其执行流程如下:

  //connpool.cpp
  ScopedDbConnection::ScopedDbConnection(const Shard& shard )
  : _host( shard.getConnString() ) , _conn( pool.get(_host) ) {
  }

  其中的_host( shard.getConnString() )只是将要链接的mongo服务地址绑定到ScopedDbConnection的_host属性上。重要的是_conn( pool.get(_host))这一行代码,它会从池中(pool类型为DBConnectionPool)获取一个链接,如池中没有则会创建一个链接并返回,如下(详情见注释):

    //connpool.cpp
    DBClientBase* DBConnectionPool::get(const ConnectionString& url) {
        // 从池中获取一个链接对象
        DBClientBase * c = _get( url.toString() );
        //如获取到则直接返回
        if ( c ) {
            onHandedOut( c );//执行取出时定义的hook方法
            return c;
        }

        string errmsg;
        c = url.connect( errmsg );
        uassert( 13328 ,  _name + “: connect failed ” + url.toString() + ” : ” + errmsg , c );
        //以url为链接地址,构造一个链接对象并返回该对象
        return _finishCreate( url.toString() , c );
    }

  上面方法中_get( url.toString() ) 这一行代码主要是用于执行从池中获取对象的操作,它的实现代码如下:

  DBClientBase* DBConnectionPool::_get(const string& ident) {
  scoped_lock L(_mutex);
  PoolForHost& p = _pools[ident];//获取指定的链接池
  return p.get();
  }

  其中_pools类型定义如下,用于实现从“服务器名称”到“相应链接池”的映射,因为不同的服务器会对应不同的链接池:

typedef map<string,PoolForHost,serverNameCompare> PoolMap;

  找到了相应的链接池之后,返回该池所对应的PoolForHost对象的引用,该对象提供以栈式(stack)方式管理pool链接对象。其get()方法定义如下:

    //connpool.cpp 
    DBClientBase * PoolForHost::get() {
        time_t now = time(0);

        while ( ! _pool.empty() ) {
            StoredConnection sc = _pool.top();//取出栈顶链接
            _pool.pop();//移除栈顶的元素
            if ( sc.ok( now ) )//如链接空闲未超过1小时
                return sc.conn;
            delete sc.conn; //释放链接对象
        }
        return NULL;//如无有效链接,则返回null
    }

  现在我们再将注意力放回到主流程DBClientBase* DBConnectionPool::get(const ConnectionString& url)方法的下面一行代码,即:

   //connpool.cpp
    //如获取到则直接返回
    if ( c ) {
            onHandedOut( c );//执行取出时定义的hook方法
            return c;
    }

  该方法一个hook方法的调用,它的实现方式有些复杂,很像设置模式中的Observer (观察者)模式,我们先看一下该模式的类图:

  

  有关该模式的具体讲解可以参见相关资料或在google上搜一下,这里暂不做解释了。

  这里我们先看一下该方法的具体实现(onCreate与onHandedOut方式类似,这里仅对onHandedOut进行说明):

void DBConnectionPool::onHandedOut( DBClientBase * conn ) {
        if ( _hooks.size() == 0 )
            return;

        for ( list<DBConnectionHook*>::iterator i = _hooks.begin(); i != _hooks.end(); i++ ) {
            (*i)->onHandedOut( conn );
        }
    }

  可以看出,它进而面使用了for的方式,依次对conn进行onHandedOut()方法处理,而_hooks的定义如下:

    //connpool.h 文件
    //hooks列表,用于收集hook方法并(批量)执行相关方法
    list<DBConnectionHook*> _hooks;

  看到这里,我们有必要了解一下_hooks是如何添加相关hook对象的。还记得我在这篇文章中介绍在mongos的main()中有如下代码吗?

    //server.cpp
    // set some global state
    //添加对链接池hook的绑定(shardingConnectionHook对象引用),以最终调用其onHandedOut方法
    pool.addHook( &shardingConnectionHook );
    //设置链接池名称
    pool.setName( “mongos connectionpool” );

  对了,就是上面的addHook()方法,添加了对shardingConnectionHook的引用,而shardingConnectionHook则是对shard链接hook的具体实现,如下:

   //server.cpp
    class ShardingConnectionHook : public DBConnectionHook {
    public:

        virtual void onHandedOut( DBClientBase * conn ) {
            ClientInfo::get()->addShard( conn->getServerAddress() );
        }
    } shardingConnectionHook;

  当然这里不是对addShard及相应command命令进行分析的时候,因为mongodb有一个架构设计非常清晰的指令(command)体系,有关该方面内容我也会专门接时间来加以说明。

  还是回到程序主流程上,在onHandedOut处理完之后,就可以将获取到的链接实例返回了。但如果没有可能的链接信息,那么就要创建一个链接(cs.connect( errmsg ))并将其入库,如下:

   //connpool.cpp
    DBClientBase* DBConnectionPool::_finishCreate( const string& host , DBClientBase* conn ) {
        {
            scoped_lock L(_mutex);
            //获取池中相应host的PoolForHost信息并将创建的链接数(_created属性)加1
            PoolForHost& p = _pools[host];
            p.createdOne( conn );
        }
        //调用绑定到当前pool的DBConnectionHook中的create方法(施加额外操作)
        onCreate( conn );
        //调用绑定到当前pool的DBConnectionHook中的onHandedOut方法(施加额外操作)
        onHandedOut( conn );

        return conn;
    }

  在完成了这一步,链接池的就会多一个connect对象,并使用该对象来链接configServer. 而当balancer执行并相应均衡chunk操作后,会执行如下代码:

  conn.done();//将conn放到链接池中(为其它后续操作使用)

  下面就是done()函数代码:

    //connpool.h  ScopedDbConnection类
    void done() {
            if ( ! _conn )//如无效则返回
                return;

            /* we could do this, but instead of assume one is using autoreconnect mode on the connection
            if ( _conn->isFailed() )
                kill();
            else
            */
            pool.release(_host, _conn);//如有效则进行池化(添加到链接池)
            _conn = 0;
        }
    
    //connpool.h  DBConnectionPool类
    void release(const string& host, DBClientBase *c) {
            if ( c->isFailed() ) {//如链接出现异常(比如无法链到服务器),则释放
                delete c;
                return;
            }
            scoped_lock L(_mutex);
            _pools[host].done(c);//否则将其压入链接池供其它操作使用
    }

    //connpool.h  PoolForHost类
    void PoolForHost::done( DBClientBase * c ) {
        _pool.push(c);
    }

  好了,今天的内容就先到这里了。按照惯例,最后用一张时序图来对今天的流程做一下回顾。

  

 
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