springboot+atomikos+druid 数据库连接失效分析

一、起因

　　最近查看系统的后台日志，经常发现这样的报错信息：The last package successfully received from the server was 40802382 milliseconds ago，截图如下所示。

　　由于我们的系统都是在白天使用，夜里基本上没有用户使用，再加上以上的报错信息都是出现在早晨，结合错误日志初步分析，应该是数据库连接超时自动断开了。百度一番后，得知Mysql的默认连接时间是8小时，超过8小时没有操作后就会自动断开连接，但是已经使用了druid数据库连接池，按理说已经对数据库连接做了保护和检查，不应该出现这样的问题。要想彻底弄明白这个问题，就只能去研究druid数据库连接池框架了。

二、Druid数据库连接池

　　项目的数据库连接池基本配置信息如下所示

　　通过以上的配置分析得知，一个数据库连接从连接池中借出后经过21600s即6小时后会被强制回收，不会超过Mysql的默认8小时，而且也不存在这么长时间的事务，所以不太可能是因为数据库连接借出超时导致上面的错误，那么就是从数据库连接池中申请的连接已经超时了？似乎也不太可能，因为有检查机制，即每隔30s就会检查一次连接池中的连接是否超时，并且连接池中允许存在的空闲连接最大时间为540s。这就奇怪了，到底是什么原因导致上面的错误呢？这时注意到上述错误堆栈中的com.atomikos.datasource.pool.ConnectionPool.findOrWaitForAnAvailableConnection。是否问题的原因在于使用了Atomikos呢，带着这样的疑惑去阅读了Druid和Atomikos相关的源码。

　　由于Atomikos连接池是基于Druid连接池之上的，所以Atomikos新建和销毁数据库连接都是从Druid连接池中借出和归还数据库连接，而不是直接与数据库交互，那么我们就来看看Druid是如何维持数据库连接的。

public DruidPooledConnection getConnection(long maxWaitMillis) throws SQLException {
　　　　 //初始化检查配置和后台线程
        init();

        if (filters.size() > 0) {
            FilterChainImpl filterChain = new FilterChainImpl(this);
            return filterChain.dataSource_connect(this, maxWaitMillis);
        } else {
            return getConnectionDirect(maxWaitMillis);
        }
    }

从Druid连接池中获取数据库连接，先调用init()方法进行初始化工作，然后调用getConnectionDirect()获取连接。

decrementPoolingCount();
DruidConnectionHolder last = connections[poolingCount];
connections[poolingCount] = null;

DruidPooledConnection poolalbeConnection = new DruidPooledConnection(holder);

public DruidPooledConnection(DruidConnectionHolder holder){
        super(holder.getConnection());

        this.conn = holder.getConnection();
        this.holder = holder;
        this.lock = holder.lock;
        dupCloseLogEnable = holder.getDataSource().isDupCloseLogEnable();
        ownerThread = Thread.currentThread();
        connectedTimeMillis = System.currentTimeMillis();
}

上述是获取连接池中连接的关键代码，即获取connections数组中的最后一个元素，获取到Holder后还需要将其封装为DruidPooledConnection，这时该连接的connectedTimeMillis会被赋值为当前时间，这个时间在后续的分析中会非常重要。

　　因为配置了testWhileIdle为true，所以需要进行下面的有效性检查，获取该连接的上次活跃时间，得到空闲时间，如果超过30s则做有效性检查。

long idleMillis  = currentTimeMillis - lastActiveTimeMillis;

long timeBetweenEvictionRunsMillis = this.timeBetweenEvictionRunsMillis;

if (timeBetweenEvictionRunsMillis <= 0) {
      timeBetweenEvictionRunsMillis = DEFAULT_TIME_BETWEEN_EVICTION_RUNS_MILLIS;
}

if (idleMillis >= timeBetweenEvictionRunsMillis
        || idleMillis < 0 // unexcepted branch
         ) {
     boolean validate = testConnectionInternal(poolableConnection.holder, poolableConnection.conn);
     if (!validate) {
        if (LOG.isDebugEnabled()) {
             LOG.debug("skip not validate connection.");
        }

        discardConnection(poolableConnection.holder);
        continue;
        }
}

long timeMillis = (currrentNanos - pooledConnection.getConnectedTimeNano()) / (1000 * 1000);

if (timeMillis >= removeAbandonedTimeoutMillis) {
    iter.remove();
    pooledConnection.setTraceEnable(false);
    abandonedList.add(pooledConnection);
}

同时，由于配置了removeAbandoned为true，所以需要检查活跃连接是否超时，如果超时就断开物理连接。下面看一下连接池的回收方法recycle的关键代码

if (phyTimeoutMillis > 0) {
    long phyConnectTimeMillis = currentTimeMillis - holder.connectTimeMillis;
    if (phyConnectTimeMillis > phyTimeoutMillis) {
          discardConnection(holder);
          return;
    }
}
lock.lock();
try {
    if (holder.active) {
        activeCount--;
        holder.active = false;
    }
    closeCount++;

    result = putLast(holder, currentTimeMillis);
    recycleCount++;
} finally {
    lock.unlock();
}

在对数据库连接进行回收时，如果连接时间超过了数据库的物理连接时间（默认8小时）则需要断开物理连接，否则就调用putLast方法将该连接回收到连接池。

boolean putLast(DruidConnectionHolder e, long lastActiveTimeMillis) {
        if (poolingCount >= maxActive || e.discard) {
            return false;
        }

        e.lastActiveTimeMillis = lastActiveTimeMillis;
        connections[poolingCount] = e;
        incrementPoolingCount();

        if (poolingCount > poolingPeak) {
            poolingPeak = poolingCount;
            poolingPeakTime = lastActiveTimeMillis;
        }

        notEmpty.signal();
        notEmptySignalCount++;

        return true;
}

注意上述标红的地方，回收的这个连接的lastActiveTimeMillis被刷新为当前时间，这个时间也是非常重要的，在后续分析中会用到。

三、Atomikos框架

　　项目关于Atomikos的配置信息，如下所示

从上面的配置可以看出，atomikos连接池的最大连接数是25个，最小连接数是10个，连接最大的存活时间是500s，下面来看一下atomikos的源码。

private void init() throws ConnectionPoolException
{
　　　　
     if ( LOGGER.isTraceEnabled() ) LOGGER.logTrace ( this + ": initializing..." );
　　　//如果连接池最小连接数没有达到就新增数据库连接
     addConnectionsIfMinPoolSizeNotReached();
　　  //开启维持连接池平衡的线程
     launchMaintenanceTimer();
}

以上是Atomikos初始化的部分，先补充数据库连接池达到最小连接数，然后开启后台线程维持连接池的平衡。

private void launchMaintenanceTimer() {
        int maintenanceInterval = properties.getMaintenanceInterval();
        if ( maintenanceInterval <= 0 ) {
            if ( LOGGER.isTraceEnabled() ) LOGGER.logTrace ( this + ": using default maintenance interval..." );
            maintenanceInterval = DEFAULT_MAINTENANCE_INTERVAL;
        }
        maintenanceTimer = new PooledAlarmTimer ( maintenanceInterval * 1000 );
        maintenanceTimer.addAlarmTimerListener(new AlarmTimerListener() {
            public void alarm(AlarmTimer timer) {
                reapPool();
　　　　　　　　　 //如果达到了最大的存活时间就移除该连接
                removeConnectionsThatExceededMaxLifetime();
　　　　　　　　　 //如果没有满足最小连接数就新增连接
                addConnectionsIfMinPoolSizeNotReached();
　　　　　　　　   //移除超过最小连接数以外的连接
                removeIdleConnectionsIfMinPoolSizeExceeded();
            }
        });
        TaskManager.SINGLETON.executeTask ( maintenanceTimer );
    }

在配置中，maintenanceInterval的值为30，即每个30秒执行一次上述的四个方法，主要看一下removeConnectionsThatExceededMaxLifetime()这个方法。

private synchronized void removeConnectionsThatExceededMaxLifetime()
    {
        long maxLifetime = properties.getMaxLifetime();
        if ( connections == null || maxLifetime <= 0 ) return;

        if ( LOGGER.isTraceEnabled() ) LOGGER.logTrace ( this + ": closing connections that exceeded maxLifetime" );

        Iterator<XPooledConnection> it = connections.iterator();
        while ( it.hasNext() ) {
            XPooledConnection xpc = it.next();
            long creationTime = xpc.getCreationTime();
            long now = System.currentTimeMillis();
            if ( xpc.isAvailable() &&  ( (now - creationTime) >= (maxLifetime * 1000L) ) ) {
                if ( LOGGER.isTraceEnabled() ) LOGGER.logTrace ( this + ": connection in use for more than " + maxLifetime + "s, destroying it: " + xpc );
　　　　　　　　　 //如果超过最大的存活时间就销毁该连接
                destroyPooledConnection(xpc);
                it.remove();
            }
        }
        logCurrentPoolSize();
    }

上述方法遍历数据库连接池中的所有连接，如果存活时间超过maxLifetime即500s就销毁该连接，这时由于连接池中的连接数就小于minPoolSize，所以会立即补充新的连接到连接池中。那么，系统在夜间没有用户使用时，Atomikos连接池的运行状态为：维持最小的连接数10个数据库连接，当这10个连接超过500s时就会销毁，再重新创建10个新的数据库连接，不断重复这样的操作。

四、分析与总结

　　下面我们开始分析产生错误日志的原因，当没有用户使用系统时，Druid连接池应该有10个空闲的连接，Atomikos连接池也有10个空闲的连接，这时Atomikos的10个连接达到了最大的生存时间500s，就需要销毁这些连接，对于Druid来说就是回收连接，调用recycle方法。由于这10个连接应该是500s之前从Druid连接池借出的，所以它们的connectTimeMillis也是500s之前的时间，即物理连接时间肯定小于8小时，可以成功回收到Druid连接池中，同时lastActiveTimeMillis也更新为当前时间，放在connections数组的末尾。

　　与此同时，Atomikos还需要重新生成10个新的连接，即从Druid连接池获取10个连接，调用getConnection方法，这时会进行有效性的检查，又因为lastActiveTimeMillis基本上为当前时间，所以idleMillis肯定比30s小，不需要进行select 1的连接数据库操作，这样即使该连接已经失效了还是会借出给Atomikos。每隔500s不断循环上述操作，并且期间没有用户的操作，一旦超过8个小时的Mysql连接时间，Atomikos在使用数据库连接时就会产生上述日志中的错误了。