1. 连接池的含义

数据库连接池（Connection pooling）是程序启动时建立足够的数据库连接，并将这些连接组成一个连接池，由程序动态地对池中的连接进行申请，使用，释放。

2. 连接池的作用

为什么使用数据库连接池呢？

1. 资源复用
   由于数据库连接得到复用，避免了频繁的创建、释放连接引起的性能开销，在减少系统消耗的基础上，另一方面也增进了系统运行环境的平稳性（减少内存碎片以及数据库临时进程/线程的数量）。
2. 更快的系统响应速度
   数据库连接池在初始化过程中，往往已经创建了若干数据库连接置于池中备用。此时连接的初始化工作均已完成。对于业务请求处理而言，直接利用现有可用连接，避免了从数据库连接初始化和释放过程的开销，从而缩减了系统整体响应时间。
3. 统一的连接管理，避免数据库连接泄露
   在较为完备的数据库连接池实现中，可根据预先的连接占用超时设定，强制收回被占用连接。从而避免了常规数据库连接操作中可能出现的资源泄露。

2.1 不使用连接池的情况

此时多线程下完整的处理过程：
1. TCP建立连接的三次握手（客户端与MySQL服务器的连接基于TCP协议）
2. MySQL认证的三次握手
3. 真正的SQL执行
4. MySQL的关闭
5. TCP的四次握手关闭

可以看到，为了执行一条SQL，需要进行TCP三次握手，Mysql认证、Mysql关闭、TCP四次挥手等其他操作，执行SQL操作在所有的操作占比非常低。

不使用连接池的任务流程

优点：实现简单 省了连接池的设计。
缺点：
1. 每一次发起SQL操作都经历TCP建立连接、数据库用户身份验证、数据库用户登出、TCP断开连接。
2. 网络IO较多
3. 带宽利用率低
4. QPS较低
5. 应用频繁低创建连接和关闭连接，导致临时对象较多，带来更多的内存碎片
6. 在关闭连接后，会出现大量TIME_WAIT 的TCP状态（在2个MSL之后关闭）

2.2 使用连接池的情况

第一次访问的时候，需要建立连接， 但是之后的访问，均会复用之前创建的连接，直接执行SQL语句。

使用连接池的任务流程

优点：
1. 降低了网络开销
2. 连接复用，有效减少连接数。
3. 提升性能，避免频繁的新建连接。新建连接的开销比较大
4. 没有TIME_WAIT状态的问题
缺点：
6. 设计较为复杂

3. 连接池和线程池的关系

连接池管理数据库示意图

连接池和线程池的区别是：
线程池：主动调用任务。当任务队列不为空的时候从队列取任务取执行。
连接池：被动被任务使用。当某任务需要操作数据库时，只要从连接池中取出一个连接对象，当任务使用完该连接对象后，将该连接对象放回到连接池中。如果连接池中没有连接对象可以用，那么该任务就必须等待。

一般线程池线程数量和连接池连接对象数量一致，线程执行任务完毕的时候归还连接对象

4. 连接池设计要点

1. 连接到数据库
   需要配置：数据库ip、端口、用户名、密码、数据库名字等；
   最小连接数(一般线程池的线程数量）和最大连接数(核数*2 + 磁盘数量)
   连接池的名字（一个连接池管理一个数据库）
2. 需要一个队列管理他的连接，比如使用list；
3. 获取连接对象：
4. 归还连接对象；

5. 使用实测

平台为 腾讯云ubuntu 20.04 2核2G（2个CPU，每个为2核）
测试内容为简单的mysql操作：向表中插入1000条用户信息。是否使用连接池的差别是每次插入操作是否重新初始化连接。
结果如下：

线程数量	使用连接池	不用连接池
1	6856 ms	14655 ms
2	2781 ms	8925 ms
4	1994 ms	7011 ms
8	1255 ms	6274 ms
16	728 ms	6468 ms
32	659 ms	6601 ms
64	946 ms	6892 ms
128	1452 ms	7408 ms

以上结果可看出虽然经验公式线程数量为：
连接数 = ((核心数 * 2) + 有效磁盘数)，但是具体问题还需要具体分析。因此实际需要根据实际的O等待时间和CPU处理时间的比例调整线程数。

具体调整方法为：

如果任务整体上是一个IO密集型的任务，在处理一个请求的过程中（处理一个任务），总共耗时100+5=105ms，而其中只有5ms是用于计算操作的（消耗cpu），另外的100ms等待io响应，CPU利用率为5/(100+5)。
使用线程池是为了尽量提高CPU的利用率，减少对CPU资源的浪费，假设以100%的CPU利用率来说，要达到100%的CPU利用率，对于一个CPU就要设置其利用率的倒数个数的线程数，也即1/(5/(100+5))=21，4个CPU线程池要设置84个线程数