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8.5-数据库连接池

01 如何在python中操作数据库？

在后端开发中免不掉与数据库打交道，无非是使用orm或者原生sql来操作数据库。
在python中通过原生sql操作数据库，主流就两种。

  • 使用pymysql模块：pymysql支持python2.x和python3.x的版本
  • 使用mysqldb模块：mysqldb仅支持python2.x的版本

orm的使用以flask和django为例。

  • flask使用的orm是基于SQLAlchemy（SQLAlchemy本就是orm），flask团队并在SQLAlchemy基础之上又封装了一个Flask-SQLchemy并予以应用 。
  • django使用的orm是django自带的orm。

orm的操作数据库的方式我们已经熟知了，这里我们聊一聊如何在web中使用原生sql操作数据库，以及会出现的问题。

02 在web中使用原生sql(pymysql)操作数据库？

2.1 在web中通过原生sql操作数据库会出现的问题。

示例1：

把所有的数据库操作全部都放在了视图函数里面。

  1. from flask import Flask
  3. app = Flask(__name__)
  5. @app.route("/")
  6. def hello():
  7.     import pymysql
  8.     CONN = pymysql.connect(host='127.0.0.1',
  9.                            port=3306,
  10.                            user='root',
  11.                            password='123',
  12.                            database='pooldb',
  13.                            charset='utf8')
  15.     cursor = CONN.cursor()
  16.     cursor.execute('select * from tb1')
  17.     result = cursor.fetchall()
  18.     cursor.close()
  20.     print(result)
  22.     return "Hello World"
  24. if __name__ == '__main__':
  25.     app.run()

会出现的问题

  • 很多个用户并发的来请求，一个用户可以理解为一个线程，每个线程都会跟数据库建立连接，数据库承受不了这种量级的连接数。

    示例2

    为了避免之前每个用户都建立连接，我们把数据库连接放到了全局变量里面，只会建立一次连接，但是依然会出现问题。 ```python from flask import Flask

app = Flask(name) import pymysql CONN = pymysql.connect(host=’127.0.0.1’, port=3306, user=’root’, password=’123’, database=’pooldb’, charset=’utf8’)

@app.route(“/“) def hello(): cursor = CONN.cursor() cursor.execute(‘select * from tb1’) result = cursor.fetchall() cursor.close()

  1. print(result)
  3. return "Hello World"

if name == ‘main‘: app.run()

  1. **会出现的问题：**
  3. - 会出现线程安全问题，比如如果第一个用户拿到了连接给关闭了，而第二个用户正在进行查询，第二个用户查询的时候第一个用户把连接断了，会导致第二个用户出现问题。
  4. - 假设第一用户查询了一下表1，正准备获取查询的内容，这时第二个人查询了一下表2，由于cursor对象都是同一个，第一个人获取到的查询内容就是表2的内容了，所以也会出现线程安全问题
  5. <a name="e257677d"></a>
  6. #### 示例3
  7. 为了避免之前的线程不安全，在示例2的基础上加上一把线程锁
  8. ```python
  9. from flask import Flask
  10. import threading
  11. app = Flask(__name__)
  12. import pymysql
  13. CONN = pymysql.connect(host='127.0.0.1',
  14.                            port=3306,
  15.                            user='root',
  16.                            password='123',
  17.                            database='pooldb',
  18.                            charset='utf8')
  20. @app.route("/")
  21. def hello():
  22.     with threading.Lock():
  23.         cursor = CONN.cursor()
  24.         cursor.execute('select * from tb1')
  25.         result = cursor.fetchall()
  26.         cursor.close()
  28.         print(result)
  30.     return "Hello World"
  32. if __name__ == '__main__':
  33.     app.run()

会出现的问题：

  • 根据代码可以发现，只是在示例2的基础上加了一把线程锁，确实是保证了线程安全，但是所有关于数据库操作的请求变成了串行，无法实现并发了。

    小结：

  • 如果直接连接坐在视图函数中，会导致每个用户都要创建连接，数据库承受不了这种量级的连接数。

  • 如果连接数据库的内容做成全局变量的话，无法保证线程安全。
  • 如果定义全局变量用于连接数据库，并且在线程中操作数据库内容加线程锁头，就会变成串行，无法保证并发

所以我们既要控制数据库的连接数，又要保证线程安全，又要保证web的并发，这个时候最终的解决方案是数据库连接池。

2.1 什么是数据库连接池呢？

数据库连接池概念：数据库连接池负责分配、管理和释放数据库连接，它允许应用程序重复使用一个现有的数据库连接，而不是再重新建立一个，这项技术能明显提高对数据库操作的性能。
图解：
08-05 数据库连接池 - 图2
通俗的讲就是，假设数据库连接池中有5个连接对象，每个用户简单理解为一个线程，比如现在有6个用户同时来访问，6个线程去数据库连接池里面申请数据库的连接对象。前5个线程每个都申请到了连接对象去操作数据库，每个线程使用完了数据库连接对象会归还给数据库连接池，那么第6个线程会等待前5个线程归还连接对象给连接池，再具体一点是：假设第一个线程使用完了连接对象，那么此时6个线程才会结束等待，从而申请到连接对象，以此类推。

2.2 Python数据库连接池DBUtiles

DBUtils 是Python的一个用于实现数据库连接池的模块。
首先安装一下DBUtils模块。

  1. pip install DBUtils

DBUtils连接池的两种连接模式：
模式一：为每个线程创建一个连接，线程即使调用了close方法，也不会关闭，只是把连接重新放到连接池，仅供自己的线程再次使用，当线程终止时，连接会自动关闭。（不推荐使用，因为这样需要自己控制线程数量）

  1. import pymysql
  2. from DBUtils.PersistentDB import PersistentDB
  3. from threading import local
  5. POOL = PersistentDB(
  6.     creator=pymysql,  # 使用链接数据库的模块
  7.     maxusage=None,  # 一个链接最多被重复使用的次数，None表示无限制
  8.     setsession=[],  # 开始会话前执行的命令列表。如：["set datestyle to ...", "set time zone ..."]
  9.     ping=0, # ping MySQL服务端，检查是否服务可用。# 如：0 = None = never, 1 = default = whenever it is requested, 2 = when a cursor is created, 4 = when a query is executed, 7 = always
  10.     closeable=False,
  11.     # 如果为False时， conn.close() 实际上被忽略，供下次使用，再线程关闭时，才会自动关闭链接。如果为True时， conn.close()则关闭链接，那么再次调用pool.connection时就会报错，因为已经真的关闭了连接（pool.steady_connection()可以获取一个新的链接）
  12.     threadlocal=None,  # 如果为none，用默认的threading.Loacl对象，否则可以自己封装一个local对象进行替换
  13.     host='127.0.0.1',
  14.     port=3306,
  15.     user='root',
  16.     password='123',
  17.     database='pooldb',
  18.     charset='utf8'
  19. )
  21. def func():
  22.     conn = POOL.connection(shareable=False)
  23.     cursor = conn.cursor()
  24.     cursor.execute('select * from tb1')
  25.     result = cursor.fetchall()
  26.     cursor.close()
  27.     conn.close()
  29. func()

模式二：创建一批连接到连接池，供所有线程共享使用。

  1. import time
  2. import pymysql
  3. import threading
  4. from DBUtils.PooledDB import PooledDB, SharedDBConnection
  5. POOL = PooledDB(
  6.     creator=pymysql,  # 使用链接数据库的模块
  7.     maxconnections=6,  # 连接池允许的最大连接数，0和None表示不限制连接数
  8.     mincached=2,  # 初始化时，链接池中至少创建的空闲的链接，0表示不创建
  9.     maxcached=5,  # 链接池中最多闲置的链接，0和None不限制
  10.     maxshared=3,  # 链接池中最多共享的链接数量，0和None表示全部共享。PS: 无用，因为pymysql和MySQLdb等模块的 threadsafety都为1，所有值无论设置为多少，_maxcached永远为0，所以永远是所有链接都共享。
  11.     blocking=True,  # 连接池中如果没有可用连接后，是否阻塞等待。True，等待；False，不等待然后报错
  12.     maxusage=None,  # 一个链接最多被重复使用的次数，None表示无限制
  13.     setsession=[],  # 开始会话前执行的命令列表。如：["set datestyle to ...", "set time zone ..."]
  14.     ping=0,
  15.     # ping MySQL服务端，检查是否服务可用。# 如：0 = None = never, 1 = default = whenever it is requested, 2 = when a cursor is created, 4 = when a query is executed, 7 = always
  16.     host='127.0.0.1',
  17.     port=3306,
  18.     user='root',
  19.     password='123',
  20.     database='pooldb',
  21.     charset='utf8'
  22. )
  25. def func():
  26.     conn = POOL.connection()
  27.     cursor = conn.cursor()
  28.     cursor.execute('select * from tb1')
  29.     result = cursor.fetchall()
  30.     conn.close()
  33. func()

2.3 实际开发小应用案例：

案例目录：

  1. - app.py
  2. - db_helper.py

app.py

  1. from flask import Flask
  2. from db_helper import SQLHelper
  5. app = Flask(__name__)
  7. @app.route("/")
  8. def hello():
  9.     result = SQLHelper.fetch_one('select * from t1',[])
  10.     print(result)
  11.     return "Hello World"
  13. if __name__ == '__main__':
  14.     app.run()

db_helper.py

  1. import pymysql
  2. from DBUtils.PooledDB import PooledDB
  3. POOL = PooledDB(
  4.     creator=pymysql,  # 使用链接数据库的模块
  5.     maxconnections=6,  # 连接池允许的最大连接数，0和None表示不限制连接数
  6.     mincached=2,  # 初始化时，链接池中至少创建的空闲的链接，0表示不创建
  7.     maxcached=5,  # 链接池中最多闲置的链接，0和None不限制
  8.     maxshared=3,  # 链接池中最多共享的链接数量，0和None表示全部共享。PS: 无用，因为pymysql和MySQLdb等模块的 threadsafety都为1，所有值无论设置为多少，_maxcached永远为0，所以永远是所有链接都共享。
  9.     blocking=True,  # 连接池中如果没有可用连接后，是否阻塞等待。True，等待；False，不等待然后报错
  10.     maxusage=None,  # 一个链接最多被重复使用的次数，None表示无限制
  11.     setsession=[],  # 开始会话前执行的命令列表。如：["set datestyle to ...", "set time zone ..."]
  12.     ping=0,
  13.     # ping MySQL服务端，检查是否服务可用。# 如：0 = None = never, 1 = default = whenever it is requested, 2 = when a cursor is created, 4 = when a query is executed, 7 = always
  14.     host='127.0.0.1',
  15.     port=3306,
  16.     user='root',
  17.     password='123',
  18.     database='pooldb',
  19.     charset='utf8'
  20. )
  23. class SQLHelper(object):
  25.     @staticmethod
  26.     def fetch_one(sql,args):
  27.         conn = POOL.connection()
  28.         cursor = conn.cursor()
  29.         cursor.execute(sql, args)
  30.         result = cursor.fetchone()
  31.         conn.close()
  32.         return result
  34.     @staticmethod
  35.     def fetch_all(self,sql,args):
  36.         conn = POOL.connection()
  37.         cursor = conn.cursor()
  38.         cursor.execute(sql, args)
  39.         result = cursor.fetchall()
  40.         conn.close()
  41.         return result

以后在开发的过程中我们可以基于数据库连接池，基于pymysql，来实现自己个性化操作数据库的需求。