MyBatis 源码阅读之数据库连接

摘要：源码阅读之数据库连接的配置文件所有配置会被类读取，我们可以通过此类来了解各个配置是如何运作的。也就是说的统计字段是关于整个数据源的，而一个则是针对单个连接的。

MyBatis 的配置文件所有配置会被 org.apache.ibatis.builder.xml.XMLConfigBuilder 类读取，
我们可以通过此类来了解各个配置是如何运作的。
而 MyBatis 的映射文件配置会被 org.apache.ibatis.builder.xml.XMLMapperBuilder 类读取。
我们可以通过此类来了解映射文件的配置时如何被解析的。

本文探讨 事务管理器 和 数据源 相关代码

以下是 mybatis 配置文件中 environments 节点的一般配置。

environments 节点的加载也不算复杂，它只会加载 id 为 development 属性值的 environment 节点。
它的加载代码在 XMLConfigBuilder 类的 environmentsElement() 方法中，代码不多，逻辑也简单，此处不多讲。

接下来我们看看 environment 节点下的子节点。transactionManager 节点的 type 值默认提供有 JDBC 和 MANAGED ，dataSource 节点的 type 值默认提供有 JNDI 、 POOLED 和 UNPOOLED 。
它们对应的类都可以在 Configuration 类的构造器中找到，当然下面我们也一个一个来分析。

现在我们大概了解了配置，然后来分析这些配置与 MyBatis 类的关系。

transactionManager 节点对应 TransactionFactory 接口，使用了 抽象工厂模式 。MyBatis 给我们提供了两个实现类：ManagedTransactionFactory 和 JdbcTransactionFactory ，它们分别对应者 type 属性值为 MANAGED 和 JDBC 。

TransactionFactory 有三个方法，我们需要注意的方法只有 newTransaction() ，它用来创建一个事务对象。

void setProperties(Properties props);

Transaction newTransaction(Connection conn);

Transaction newTransaction(DataSource dataSource, TransactionIsolationLevel level, boolean autoCommit);

其中 JdbcTransactionFactory 创建的事务对象是 JdbcTransaction 的实例，该实例是对 JDBC 事务的简单封装，实例中 Connection 和 DataSource 对象正是事务所在的 连接 和 数据源 。
TransactionIsolationLevel 代表当前事务的隔离等级，它是一个枚举类，简单明了无需多言。而 autoCommit 表示是否开启了自动提交，开启了，则没有事务的提交和回滚等操作的意义了。

ManagedTransactionFactory 创建的事务对象是 ManagedTransaction 的实例，它本身并不控制事务，即 commit 和 rollback 都是不做任何操作，而是交由 JavaEE 容器来控制事务，以方便集成。

DataSourceFactory 是获取数据源的接口，也使用了 抽象工厂模式 ，代码如下，方法极为简单：

public interface DataSourceFactory {

    /**
     * 可传入一些属性配置
     */
    void setProperties(Properties props);

    DataSource getDataSource();
}

MyBatis 默认支持三种数据源，分别是 UNPOOLED 、 POOLED 和 JNDI 。对应三个工厂类：
UnpooledDataSourceFactory 、 PooledDataSourceFactory 和 JNDIDataSourceFactory 。

其中 JNDIDataSourceFactory 是使用 JNDI 来获取数据源。我们很少使用，并且代码不是非常复杂，此处不讨论。我们先来看看 UnpooledDataSourceFactory ：

public class UnpooledDataSourceFactory implements DataSourceFactory {

    private static final String DRIVER_PROPERTY_PREFIX = "driver.";
    private static final int DRIVER_PROPERTY_PREFIX_LENGTH = DRIVER_PROPERTY_PREFIX.length();

    protected DataSource dataSource;

    public UnpooledDataSourceFactory() {
        this.dataSource = new UnpooledDataSource();
    }

    @Override
    public void setProperties(Properties properties) {
        Properties driverProperties = new Properties();
        // MetaObject 用于解析实例对象的元信息，如字段的信息、方法的信息
        MetaObject metaDataSource = SystemMetaObject.forObject(dataSource);
        // 解析所有配置的键值对key-value，发现非预期的属性立即抛异常，以便及时发现
        for (Object key : properties.keySet()) {
            String propertyName = (String) key;
            if (propertyName.startsWith(DRIVER_PROPERTY_PREFIX)) {
                // 添加驱动的配置属性
                String value = properties.getProperty(propertyName);
                driverProperties.setProperty(propertyName.substring(DRIVER_PROPERTY_PREFIX_LENGTH), value);
            } else if (metaDataSource.hasSetter(propertyName)) {
                // 为数据源添加配置属性
                String value = (String) properties.get(propertyName);
                Object convertedValue = convertValue(metaDataSource, propertyName, value);
                metaDataSource.setValue(propertyName, convertedValue);
            } else {
                throw new DataSourceException("Unknown DataSource property: " + propertyName);
            }
        }
        if (driverProperties.size() > 0) {
            metaDataSource.setValue("driverProperties", driverProperties);
        }
    }

    @Override
    public DataSource getDataSource() {
        return dataSource;
    }

    /**
     * 将 String 类型的值转为目标对象字段的类型的值
     */
    private Object convertValue(MetaObject metaDataSource, String propertyName, String value) {
        Object convertedValue = value;
        Class targetType = metaDataSource.getSetterType(propertyName);
        if (targetType == Integer.class || targetType == int.class) {
            convertedValue = Integer.valueOf(value);
        } else if (targetType == Long.class || targetType == long.class) {
            convertedValue = Long.valueOf(value);
        } else if (targetType == Boolean.class || targetType == boolean.class) {
            convertedValue = Boolean.valueOf(value);
        }
        return convertedValue;
    }
}

虽然代码看起来复杂，实际上非常简单，在创建工厂实例时创建它对应的 UnpooledDataSource 数据源。
setProperties() 方法用于给数据源添加部分属性配置，convertValue() 方式时一个私有方法，就是处理 当 DataSource 的属性为整型或布尔类型时提供对字符串类型的转换功能而已。

最后我们看看 PooledDataSourceFactory ，这个类非常简单，仅仅是继承了 UnpooledDataSourceFactory ，然后构造方法替换数据源为 PooledDataSource 。

public class PooledDataSourceFactory extends UnpooledDataSourceFactory {

  public PooledDataSourceFactory() {
    this.dataSource = new PooledDataSource();
  }
}

虽然它的代码极少，实际上都在 PooledDataSource 类中。

看完了工厂类，我们来看看 MyBatis 提供的两种数据源类： UnpooledDataSource 和 PooledDataSource 。

UnpooledDataSource 看名字就知道是没有池化的特征，相对也简单点，以下代码省略一些不重要的方法

import java.sql.Connection;
import java.sql.DriverManager;
import java.sql.SQLException;

public class UnpooledDataSource implements DataSource {

    private ClassLoader driverClassLoader;
    private Properties driverProperties;
    private static Map registeredDrivers = new ConcurrentHashMap();

    private String driver;
    private String url;
    private String username;
    private String password;

    private Boolean autoCommit;

    // 事务隔离级别
    private Integer defaultTransactionIsolationLevel;

    static {
        // 遍历所有可用驱动
        Enumeration drivers = DriverManager.getDrivers();
        while (drivers.hasMoreElements()) {
            Driver driver = drivers.nextElement();
            registeredDrivers.put(driver.getClass().getName(), driver);
        }
    }

    // ......

    private Connection doGetConnection(Properties properties) throws SQLException {
        // 每次获取连接都会检测驱动
        initializeDriver();
        Connection connection = DriverManager.getConnection(url, properties);
        configureConnection(connection);
        return connection;
    }

    /**
     * 初始化驱动，这是一个 同步 方法
     */
    private synchronized void initializeDriver() throws SQLException {
        // 如果不包含驱动，则准备添加驱动
        if (!registeredDrivers.containsKey(driver)) {
            Class driverType;
            try {
                // 加载驱动
                if (driverClassLoader != null) {
                    driverType = Class.forName(driver, true, driverClassLoader);
                } else {
                    driverType = Resources.classForName(driver);
                }
                Driver driverInstance = (Driver)driverType.newInstance();
                // 注册驱动代理到 DriverManager
                DriverManager.registerDriver(new DriverProxy(driverInstance));
                // 缓存驱动
                registeredDrivers.put(driver, driverInstance);
            } catch (Exception e) {
                throw new SQLException("Error setting driver on UnpooledDataSource. Cause: " + e);
            }
        }
    }

    private void configureConnection(Connection conn) throws SQLException {
        // 设置是否自动提交事务
        if (autoCommit != null && autoCommit != conn.getAutoCommit()) {
            conn.setAutoCommit(autoCommit);
        }
        // 设置 事务隔离级别
        if (defaultTransactionIsolationLevel != null) {
            conn.setTransactionIsolation(defaultTransactionIsolationLevel);
        }
    }

    private static class DriverProxy implements Driver {
        private Driver driver;

        DriverProxy(Driver d) {
            this.driver = d;
        }

        /**
         * Driver 仅在 JDK7 中定义了本方法，用于返回本驱动的所有日志记录器的父记录器
         * 个人也不是十分明确它的用法，毕竟很少会关注驱动的日志
         */
        public Logger getParentLogger() {
            return Logger.getLogger(Logger.GLOBAL_LOGGER_NAME);
        }

        // 其他方法均为调用 driver 对应的方法，此处省略
    }
}

这里 DriverProxy 仅被注册到 DriverManager 中，这是一个代理操作，但源码上并没有什么特别的处理代码，我也不懂官方为什么在这里加代理，有谁明白的可以留言相互讨论。这里的其他方法也不是非常复杂，我都已经标有注释，应该都可以看懂，不再细说。

以上便是 UnpooledDataSource 的初始化驱动和获取连接关键代码。

接下来我们来看最后一个类 PooledDataSource ，它也是直接实现 DataSource ，不过因为拥有池化的特性，它的代码复杂不少，当然效率比 UnpooledDataSource 会高出不少。

PooledDataSource 通过两个辅助类 PoolState 和 PooledConnection 来完成池化功能。
PoolState 是记录连接池运行时的状态，定义了两个 PooledConnection 集合用于记录空闲连接和活跃连接。
PooledConnection 内部定义了两个 Connection 分别表示一个真实连接和代理连接，还有一些其他字段用于记录一个连接的运行时状态。

先来详细了解一下 PooledConnection

/**
 * 此处使用默认的访问权限
 * 实现了 InvocationHandler
 */
class PooledConnection implements InvocationHandler {

    private static final String CLOSE = "close";
    private static final Class[] IFACES = new Class[] { Connection.class };

    /** hashCode() 方法返回 */
    private final int hashCode;

    private final Connection realConnection;

    private final Connection proxyConnection;

    // 省略 checkoutTimestamp、createdTimestamp、lastUsedTimestamp
    private boolean valid;

    /*
     * Constructor for SimplePooledConnection that uses the Connection and PooledDataSource passed in
     *
     * @param connection - the connection that is to be presented as a pooled connection
     * @param dataSource - the dataSource that the connection is from
     */
    public PooledConnection(Connection connection, PooledDataSource dataSource) {
        this.hashCode = connection.hashCode();
        this.realConnection = connection;
        this.dataSource = dataSource;
        this.createdTimestamp = System.currentTimeMillis();
        this.lastUsedTimestamp = System.currentTimeMillis();
        this.valid = true;
        this.proxyConnection = (Connection) Proxy.newProxyInstance(Connection.class.getClassLoader(), IFACES, this);
    }

    /*
     * 设置连接状态为不正常，不可使用
     */
    public void invalidate() {
        valid = false;
    }

    /*
     * 查看连接是否可用
     *
     * @return 如果可用则返回 true
     */
    public boolean isValid() {
        return valid && realConnection != null && dataSource.pingConnection(this);
    }

    /**
     * 自动上一次使用后经过的时间
     */
    public long getTimeElapsedSinceLastUse() {
        return System.currentTimeMillis() - lastUsedTimestamp;
    }

    /**
     * 存活时间
     */
    public long getAge() {
        return System.currentTimeMillis() - createdTimestamp;
    }

    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
        String methodName = method.getName();
        if (CLOSE.hashCode() == methodName.hashCode() && CLOSE.equals(methodName)) {
            // 对于 close() 方法，将连接放回池中
            dataSource.pushConnection(this);
            return null;
        } else {
            try {
                if (!Object.class.equals(method.getDeclaringClass())) {
                    checkConnection();
                }
                return method.invoke(realConnection, args);
            } catch (Throwable t) {
                throw ExceptionUtil.unwrapThrowable(t);
            }
        }
    }

    private void checkConnection() throws SQLException {
        if (!valid) {
            throw new SQLException("Error accessing PooledConnection. Connection is invalid.");
        }
    }
}

本类实现了 InvocationHandler 接口，这个接口是用于 JDK 动态代理的，在这个类的构造器中 proxyConnection 就是创建了此代理对象。
来看看 invoke() 方法，它拦截了 close() 方法，不再关闭连接，而是将其继续放入池中，然后其他已实现的方法则是每次调用都需要检测连接是否合法。

而 PoolState 类，这个类实际上没什么可说的，都是一些统计字段，没有复杂逻辑，不讨论； 需要注意该类是针对一个 PooledDataSource 对象统计的 。
也就是说 PoolState 的统计字段是关于整个数据源的，而一个 PooledConnection 则是针对单个连接的。

最后我们回过头来看 PooledDataSource 类，数据源的操作就只有两个，获取连接，释放连接，先来看看获取连接

public class PooledDataSource implements DataSource {

    private final UnpooledDataSource dataSource;

    @Override
    public Connection getConnection() throws SQLException {
        return popConnection(dataSource.getUsername(), dataSource.getPassword()).getProxyConnection();
    }

    @Override
    public Connection getConnection(String username, String password) throws SQLException {
        return popConnection(username, password).getProxyConnection();
    }

    /**
     * 获取一个连接
     */
    private PooledConnection popConnection(String username, String password) throws SQLException {
        boolean countedWait = false;
        PooledConnection conn = null;
        long t = System.currentTimeMillis();
        int localBadConnectionCount = 0;

        // conn == null 也可能是没有获得连接，被通知后再次走流程
        while (conn == null) {
            synchronized (state) {
                // 是否存在空闲连接
                if (!state.idleConnections.isEmpty()) {
                    // 池里存在空闲连接
                    conn = state.idleConnections.remove(0);
                } else {
                    // 池里不存在空闲连接
                    if (state.activeConnections.size() < poolMaximumActiveConnections) {
                        // 池里的激活连接数小于最大数，创建一个新的
                        conn = new PooledConnection(dataSource.getConnection(), this);
                    } else {
                        // 最坏的情况，无法获取连接

                        // 检测最早使用的连接是否超时
                        PooledConnection oldestActiveConnection = state.activeConnections.get(0);
                        long longestCheckoutTime = oldestActiveConnection.getCheckoutTime();
                        if (longestCheckoutTime > poolMaximumCheckoutTime) {
                            // 使用超时连接，对超时连接的操作进行回滚
                            state.claimedOverdueConnectionCount++;
                            state.accumulatedCheckoutTimeOfOverdueConnections += longestCheckoutTime;
                            state.accumulatedCheckoutTime += longestCheckoutTime;
                            state.activeConnections.remove(oldestActiveConnection);
                            if (!oldestActiveConnection.getRealConnection().getAutoCommit()) {
                                try {
                                    oldestActiveConnection.getRealConnection().rollback();
                                } catch (SQLException e) {
                                    /*
                                     * Just log a message for debug and continue to execute the following statement
                                     * like nothing happened. Wrap the bad connection with a new PooledConnection,
                                     * this will help to not interrupt current executing thread and give current
                                     * thread a chance to join the next competition for another valid/good database
                                     * connection. At the end of this loop, bad {@link @conn} will be set as null.
                                     */
                                    log.debug("Bad connection. Could not roll back");
                                }
                            }
                            conn = new PooledConnection(oldestActiveConnection.getRealConnection(), this);
                            conn.setCreatedTimestamp(oldestActiveConnection.getCreatedTimestamp());
                            conn.setLastUsedTimestamp(oldestActiveConnection.getLastUsedTimestamp());
                            oldestActiveConnection.invalidate();
                        } else {
                            // 等待可用连接
                            try {
                                if (!countedWait) {
                                    state.hadToWaitCount++;
                                    countedWait = true;
                                }
                                long wt = System.currentTimeMillis();
                                state.wait(poolTimeToWait);
                                state.accumulatedWaitTime += System.currentTimeMillis() - wt;
                            } catch (InterruptedException e) {
                                break;
                            }
                        }
                    }
                }
                // 已获取连接
                if (conn != null) {
                    // 检测连接是否可用
                    if (conn.isValid()) {
                        // 对之前的操作回滚
                        if (!conn.getRealConnection().getAutoCommit()) {
                            conn.getRealConnection().rollback();
                        }
                        conn.setConnectionTypeCode(assembleConnectionTypeCode(dataSource.getUrl(), username, password));
                        conn.setCheckoutTimestamp(System.currentTimeMillis());
                        conn.setLastUsedTimestamp(System.currentTimeMillis());
                        // 激活连接池数+1
                        state.activeConnections.add(conn);
                        state.requestCount++;
                        state.accumulatedRequestTime += System.currentTimeMillis() - t;
                    } else {
                        // 连接坏掉了，超过一定阈值则抛异常提醒
                        state.badConnectionCount++;
                        localBadConnectionCount++;
                        conn = null;
                        if (localBadConnectionCount > (poolMaximumIdleConnections
                                + poolMaximumLocalBadConnectionTolerance)) {
                            // 省略日志
                            throw new SQLException(
                                    "PooledDataSource: Could not get a good connection to the database.");
                        }
                    }
                }
            }

        }

        if (conn == null) {
            // 省略日志
            throw new SQLException(
                    "PooledDataSource: Unknown severe error condition.  The connection pool returned a null connection.");
        }

        return conn;
    }
}

上面的代码都已经加了注释，总体流程不算复杂：

while => 连接为空

能否直接从池里拿连接 => 可以则获取连接并返回

不能，查看池里的连接是否没满 => 没满则创建一个连接并返回

满了，查看池里最早的连接是否超时 => 超时则强制该连接回滚，然后获取该连接并返回

未超时，等待连接可用

检测连接是否可用

释放连接操作，更为简单，判断更少

protected void pushConnection(PooledConnection conn) throws SQLException {
    // 同步操作
    synchronized (state) {
        // 从活动池中移除连接
        state.activeConnections.remove(conn);
        if (conn.isValid()) {
            // 不超过空闲连接数 并且连接是同一类型的连接
            if (state.idleConnections.size() < poolMaximumIdleConnections
                    && conn.getConnectionTypeCode() == expectedConnectionTypeCode) {
                state.accumulatedCheckoutTime += conn.getCheckoutTime();
                if (!conn.getRealConnection().getAutoCommit()) {
                    conn.getRealConnection().rollback();
                }
                // 废弃原先的对象
                PooledConnection newConn = new PooledConnection(conn.getRealConnection(), this);
                state.idleConnections.add(newConn);
                newConn.setCreatedTimestamp(conn.getCreatedTimestamp());
                newConn.setLastUsedTimestamp(conn.getLastUsedTimestamp());
                // 该对象已经不能用于连接了
                conn.invalidate();
                if (log.isDebugEnabled()) {
                    log.debug("Returned connection " + newConn.getRealHashCode() + " to pool.");
                }
                state.notifyAll();
            } else {
                state.accumulatedCheckoutTime += conn.getCheckoutTime();
                if (!conn.getRealConnection().getAutoCommit()) {
                    conn.getRealConnection().rollback();
                }
                // 关闭连接
                conn.getRealConnection().close();
                if (log.isDebugEnabled()) {
                    log.debug("Closed connection " + conn.getRealHashCode() + ".");
                }
                conn.invalidate();
            }
        } else {
            if (log.isDebugEnabled()) {
                log.debug("A bad connection (" + conn.getRealHashCode()
                        + ") attempted to return to the pool, discarding connection.");
            }
            state.badConnectionCount++;
        }
    }
}

部分码注释已添加，这里就说一下总体流程：

从活动池中移除连接

如果该连接可用

连接池未满，则连接放回池中

满了，回滚，关闭连接

总体流程大概就是这样

以下还有两个方法代码较多，但逻辑都很简单，稍微说明一下：

pingConnection() 执行一条 SQL 检测连接是否可用。

forceCloseAll() 回滚并关闭激活连接池和空闲连接池中的连接