在 C++ 程序中，可以直接使用 MySQL C API 建立数据库连接并执行 SQL。但在服务器程序或多线程程序中，如果每执行一次查询都重新连接数据库，不仅代码重复，还会产生较大的连接开销。

连接池的核心思想是：

程序启动时提前创建一定数量的数据库连接，执行 SQL 时直接使用已有连接，使用完成后再交还给连接池。

本文先从整体角度认识一个同时支持同步查询和异步任务的 MySQL 连接池，不深入分析任务队列、工作线程和预处理语句的内部实现。

一、为什么需要 MySQL 连接池

最基础的 MySQL 使用流程通常是：

// 初始化MySQL连接对象 MYSQL* mysql = mysql_init(nullptr); // 连接数据库 mysql_real_connect( mysql, "127.0.0.1", "root", "password", "sakila", 3306, nullptr, 0 ); // 执行SQL mysql_query(mysql, "SELECT * FROM actor"); // 关闭数据库连接 mysql_close(mysql);

如果程序只执行一次查询，这种方式没有明显问题。

但在服务器程序中，可能会不断处理用户请求：

收到请求 ↓ 连接MySQL ↓ 执行SQL ↓ 关闭连接 ↓ 收到下一个请求 ↓ 再次连接MySQL

频繁创建和关闭数据库连接，会带来以下问题：

• 重复进行网络连接和身份验证；
• 增加数据库服务器压力；
• 多线程环境下连接管理比较混乱；
• 查询较多时，响应速度不够稳定；
• 容易出现连接忘记关闭的问题。

连接池会提前创建多个连接：

MySQL连接池 ├── connection1 ├── connection2 ├── connection3 └── connection4

当线程需要执行查询时，从连接池中寻找一个空闲连接：

业务线程 ↓ 获取空闲连接 ↓ 执行SQL ↓ 释放连接锁 ↓ 连接继续留在池中

这里所谓的“释放连接”，并不是调用mysql_close()将连接真正关闭，而是解除连接的占用状态，让其他线程继续使用。

二、连接池由哪些核心部分组成

一个完整的 MySQL 连接池不仅要保存数据库连接，还要负责连接创建、任务提交、线程执行和资源关闭。

整体结构可以概括为：

DatabaseWorkerPool ├── 同步连接集合 ├── 异步连接集合 ├── SQL任务队列 ├── 数据库连接信息 └── 预处理语句信息

连接池类的核心成员如下：

template <class T> class DatabaseWorkerPool { private: enum InternalIndex { IDX_ASYNC, // 异步连接下标 IDX_SYNCH, // 同步连接下标 IDX_SIZE }; // 异步SQL任务使用的生产者消费者队列 std::unique_ptr< ProducerConsumerQueue<SQLOperation*> > _queue; /* * 保存两组连接： * * _connections[IDX_ASYNC]：异步连接 * _connections[IDX_SYNCH]：同步连接 */ std::array< std::vector<std::unique_ptr<T>>, IDX_SIZE > _connections; // 保存主机、端口、用户名、密码和数据库名 std::unique_ptr<MySQLConnectionInfo> _connectionInfo; // 保存预处理语句的参数数量 std::vector<uint8> _preparedStatementSize; // 异步连接数量 uint8 _async_threads; // 同步连接数量 uint8 _synch_threads; };

这里使用模板：

template <class T> class DatabaseWorkerPool;

表示连接池可以管理不同类型的数据库连接。

例如，针对sakila数据库定义一个连接类型：

class SakilaDatabaseConnection : public MySQLConnection { public: // 同步连接构造函数 SakilaDatabaseConnection( MySQLConnectionInfo& connInfo ); // 异步连接构造函数 SakilaDatabaseConnection( ProducerConsumerQueue<SQLOperation*>* queue, MySQLConnectionInfo& connInfo ); // 注册当前数据库需要使用的预处理语句 void DoPrepareStatements() override; };

然后创建对应的连接池对象：

// 头文件中声明 extern DatabaseWorkerPool< SakilaDatabaseConnection > SakilaDatabase;

// 源文件中定义 DatabaseWorkerPool< SakilaDatabaseConnection > SakilaDatabase;

这样，其他代码可以统一通过：

SakilaDatabase.Query(...); SakilaDatabase.Execute(...); SakilaDatabase.Close();

操作数据库，不需要直接管理底层的MYSQL*连接对象。

三、同步连接和异步连接有什么区别

这个连接池会同时创建同步连接和异步连接。

配置连接池时，可以指定两种连接的数量：

loader.AddDatabase( SakilaDatabase, "127.0.0.1;3306;root;password;sakila", 8, // 创建8个异步连接 2 // 创建2个同步连接 );

连接字符串的格式为：

主机地址;端口;用户名;密码;数据库名

例如：

127.0.0.1;3306;root;password;sakila

解析后的连接信息保存在：

struct MySQLConnectionInfo { std::string user; // 用户名 std::string password; // 密码 std::string database; // 数据库名 std::string host; // 主机地址 std::string port_or_socket; // 端口或Socket std::string ssl; // SSL配置 };

连接池通过下面的接口保存这些配置：

template <class T> void DatabaseWorkerPool<T>::SetConnectionInfo( const std::string& infoString, uint8 asyncThreads, uint8 synchThreads) { // 解析数据库连接字符串 _connectionInfo = std::make_unique<MySQLConnectionInfo>( infoString ); // 保存异步连接数量 _async_threads = asyncThreads; // 保存同步连接数量 _synch_threads = synchThreads; }

调用Open()时，先创建异步连接，再创建同步连接：

template <class T> uint32 DatabaseWorkerPool<T>::Open() { // 创建异步连接 uint32 error = OpenConnections( IDX_ASYNC, _async_threads ); if (error != 0) { return error; } // 创建同步连接 error = OpenConnections( IDX_SYNCH, _synch_threads ); return error; }

创建连接时，根据连接类型调用不同的构造函数：

template <class T> uint32 DatabaseWorkerPool<T>::OpenConnections( InternalIndex type, uint8 numConnections) { for (uint8 i = 0; i < numConnections; ++i) { std::unique_ptr<T> connection; if (type == IDX_ASYNC) { /* * 异步连接需要绑定SQL任务队列。 * 后续SQL任务会由后台工作线程执行。 */ connection = std::make_unique<T>( _queue.get(), *_connectionInfo ); } else { /* * 同步连接不需要任务队列。 * 调用Query时，由当前业务线程直接执行。 */ connection = std::make_unique<T>( *_connectionInfo ); } // 真正调用MySQL API连接数据库 uint32 error = connection->Open(); if (error != 0) { // 当前类型的连接创建失败，清理已创建连接 _connections[type].clear(); return error; } // 将成功建立的连接加入连接池 _connections[type].push_back( std::move(connection) ); } return 0; }

两种连接可以先简单理解为：

同步连接： 调用Query后，当前线程等待SQL执行完成并返回结果。 异步连接： SQL先进入任务队列，由后台工作线程负责执行。

例如，同步查询：

auto result = SakilaDatabase.Query( "SELECT actor_id, first_name " "FROM actor WHERE actor_id = 1" );

当前线程会等待数据库返回查询结果。

异步查询则是：

auto callback = SakilaDatabase.AsyncQuery( "SELECT actor_id, first_name " "FROM actor WHERE actor_id = 1" );

SQL 会先封装成任务并放入队列，调用线程不需要在当前位置一直等待。

第一篇先重点理解同步查询的使用流程，异步任务会在后续单独分析。

四、MySQL 连接池的基本使用流程

使用连接池时，完整流程通常包括：

初始化MySQL客户端库 ↓ 注册数据库连接池 ↓ 创建同步和异步连接 ↓ 准备预处理语句 ↓ 执行SQL查询 ↓ 关闭连接池 ↓ 释放MySQL客户端库

下面给出一个完整示例：

#include "DatabaseEnv.h" #include "DatabaseLoader.h" #include "MySQLThreading.h" #include "Log.h" int main() { /* * 第一步：初始化MySQL客户端库。 * * 内部调用mysql_library_init()， * 应当在创建数据库连接前执行。 */ MySQL::Library_Init(); /* * 第二步：创建数据库加载器。 * * DatabaseLoader负责统一打开连接池， * 并准备所有预处理语句。 */ DatabaseLoader loader; /* * 第三步：注册数据库。 * * 连接字符串格式： * host;port;user;password;database * * 最后的8和2分别表示： * 8个异步连接； * 2个同步连接。 */ loader.AddDatabase( SakilaDatabase, "127.0.0.1;3306;root;password;sakila", 8, 2 ); /* * 第四步：打开连接池并准备SQL语句。 */ if (!loader.Load()) { TC_LOG_ERROR( "", "SakilaDatabase connect error" ); // 释放MySQL客户端库资源 MySQL::Library_End(); return 1; } TC_LOG_INFO( "", "SakilaDatabase connect success" ); /* * 第五步：执行同步查询。 * * Query会从同步连接池中寻找一个空闲连接， * 当前线程会等待SQL执行完成。 */ auto result = SakilaDatabase.Query( "SELECT actor_id, first_name, " "last_name, last_update " "FROM actor WHERE actor_id = 1" ); // 查询失败或没有结果 if (!result) { TC_LOG_ERROR("", "select empty"); SakilaDatabase.Close(); MySQL::Library_End(); return 1; } /* * QueryResult已经定位到第一行数据， * 可以通过下标获取不同字段。 */ TC_LOG_INFO( "", "actor_id=%u, first_name=%s, " "last_name=%s, last_update=%s", (*result)[0].GetUInt8(), (*result)[1].GetString(), (*result)[2].GetString(), (*result)[3].GetString() ); /* * 第六步：关闭连接池。 * * 清理异步连接和同步连接， * 每个MySQLConnection析构时会关闭底层MYSQL连接。 */ SakilaDatabase.Close(); /* * 第七步：释放MySQL客户端库。 * * 内部调用mysql_library_end()， * 应当在所有数据库连接关闭后执行。 */ MySQL::Library_End(); return 0; }

DatabaseLoader::Load()内部会依次执行两步：

bool DatabaseLoader::Load() { // 打开所有已注册的数据库连接池 if (!OpenDatabases()) { return false; } // 为所有连接准备预处理语句 if (!PrepareStatements()) { return false; } return true; }

如果其中某个数据库连接池创建失败，加载器还会关闭之前已经成功打开的数据库，避免只创建一部分连接后直接退出。

五、完整运行流程与注意事项

连接池从启动到执行查询的完整流程如下：

调用MySQL::Library_Init() ↓ 创建DatabaseLoader ↓ 调用AddDatabase注册连接信息 ↓ SetConnectionInfo解析连接字符串 ↓ 创建异步连接 ↓ 每个异步连接绑定任务队列和工作线程 ↓ 创建同步连接 ↓ PrepareStatements准备预处理语句 ↓ 调用Query执行同步查询 ↓ 从同步连接池获取空闲连接 ↓ 执行SQL并返回结果 ↓ 连接解除占用，继续留在连接池 ↓ 调用Close关闭全部连接 ↓ 调用MySQL::Library_End()

使用时还需要注意以下问题。

第一，连接字符串中的字段顺序不能写错：

host;port;user;password;database

第二，示例中的密码应该替换为实际配置，正式程序中不建议直接将数据库密码写死在源代码里，可以放在配置文件或环境变量中。

第三，同步连接数量不能设置为0。同步调用Query()时，需要从同步连接集合中获取连接，如果没有同步连接，就无法正常执行查询。

第四，执行完同步查询后，底层代码必须及时解除连接锁。否则该连接会一直处于占用状态，后续线程可能无法获得空闲连接。

第五，程序退出前应先关闭连接池，再调用：

MySQL::Library_End();

不能在数据库连接仍然存在时提前结束 MySQL 客户端库。

这套连接池的核心可以总结为：

提前创建多个MySQL连接； 将连接分成同步和异步两组； 同步查询直接获取空闲连接执行； 异步SQL通过任务队列交给后台线程； 程序退出时统一关闭并释放所有连接。

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