设计过ORM的攻城狮们或多或少都应该考虑过连接池,考虑过连接池就或多或少会想过计数器....
<计数器在连接池中的应用>
曾经在我设计一套ORM的时候想过这样一种连接池的管理方式:
- 0.连接池中的所有连接都对应存在一个计数器,指示连接目前被多少对象引用;
当计数器从0变成1的时候,打开连接Connection.Open();
当计数器从1变成0的时候,关闭连接Connection.Close(); - 1.连接池中有一个默认连接DefaultConnection,这个连接被所有的非事务操作共用,比如查(select);
- 2.当发生一个查询操作的时候,先获得DefaultConnection,同时对应计数器+1,使用完之后DefaultConnection的计数器-1;
- 3.当发生事务操作的时候,会从连接池中申请一个连接数为0的Connection(但不会是DefaultConnection);
如果连接池中不存在这样的连接,则会新建一个并加入到连接池中;
获得Connection后对应计数器+1,使用完之后对应计数器-1; - 4.如果申请事务操作时连接池已达到上限,且所有连接的计数器都大于1,则请求进入队列,直至得到Connection或超时;
<计数器1.0>
第一版的设计非常的简单,直接就是类似于这样的
ps:以下为示例代码,用意是便于理解,请不要太较真
class MyConnection
{
public IDbConnection Connection { get; private set; }int _linkedCount;
public void Add()
{
var i = Interlocked.Increment(ref _linkedCount);
if (i == 1)
{
Connection.Open();
}
}public void Remove()
{
var i = Interlocked.Decrement(ref _linkedCount);
if (i == 0)
{
Connection.Close();
}
}
}class ORM
{
public MyConnection Connection { get; private set; }public int ExecuteNonQuery(string sql)
{
try
{
Connection.Add();
var cmd = Connection.Connection.CreateCommand();
cmd.CommandText = sql;
return cmd.ExecuteNonQuery();
}
finally
{
Connection.Remove();
}
}
}
使用
using (ORM db = new ORM())
{
db.ExecuteNonQuery("insert xxx,xxx,xx");
}
<设计缺陷>
但是紧接着就出现一个问题了
如果我有一个方法,需要同时进行多个操作
比如
using (ORM db = new ORM())
{
db.ExecuteNonQuery("insert aaa");
db.ExecuteNonQuery("insert bbb");
db.ExecuteNonQuery("insert ccc");
db.ExecuteNonQuery("insert ddd");
}
这样其实已经开启关闭了4次数据库
这样的性能损耗是非常大的
所以我考虑这样的模式
using (ORM db = new ORM())
{
db.Open();
db.ExecuteNonQuery("insert aaa");
db.ExecuteNonQuery("insert bbb");
db.ExecuteNonQuery("insert ccc");
db.ExecuteNonQuery("insert ddd");
db.Close();
}
这样有经验的朋友一眼就可以看出更大的问题
如果insert ddd的报错了怎么办
Close就无法关闭了
换一种方式说,如果coder忘记写Close(),或者某个分支中忘记写Close()怎么办?
难道我要求所有coder都要写try..finally..?
也许你会说把Close放到using的Dispose方法中去
class ORM : IDisposable
{
public MyConnection Connection { get; private set; }public int ExecuteNonQuery(string sql)
{
try
{
Connection.Add();
var cmd = Connection.Connection.CreateCommand();
cmd.CommandText = sql;
return cmd.ExecuteNonQuery();
}
finally
{
Connection.Remove();
}
}public void Open()
{
Connection.Add();
}public void Close()
{
Connection.Remove();
}
public void Dispose()
{
Close();
}
}
但是,如果这样 coder已经写了Close()
或者根本没写Open() 不是会多触发一个Remove()?
那岂不是会出现计数器=-1,-2...-N
<计数器 N.0>
其实我也不记得我尝试过多少种方案了,我只记得最终我是这样实现我想要的效果的:
0.首先,每个Add()加增的计数只有对应的Remove()可以减少
为了实现这一目标,每个Add()将会返回一个对象,而Remove(token)将接受这个对象,以便于控制-1这样的操作;
var token = Connection.Add(); //计数器+1
...
...
Connection.Remove(token); //计数器-1
Connection.Remove(token); //无效果
Connection.Remove(token); //无效果为了更加优化这样的效果,我将Add()的返回值设置为IDisposable
也就是说可以这样写using (Connection.Add())
{
//...
//...
}或者这样写
var token = Connection.Add();
//...
//...
token.Dispose();1.在同一个线程中,只有第一次执行Add会让计数器增加,同样,只有第一次执行Add的返回对象可以减少计数器;
var token1 = Connection.Add(); //计数器+1
var token2 = Connection.Add(); //无效果
var token3 = Connection.Add(); //无效果
//...
//...
Connection.Remove(token3); //无效果
Connection.Remove(token2); //无效果
Connection.Remove(token1); //计数器-1需要实现这个效果,就必须利用LocalDataStoreSlot对象
/// <summary> 用于储存多线程间的独立数据
/// </summary>
private LocalDataStoreSlot _dataSlot = Thread.AllocateDataSlot();/// <summary> 增加引用,并获取用于释放引用的标记
/// </summary>
public IDisposable Add()
{
//如果已经存在,则不计数
if (Thread.GetData(_dataSlot) != null)//如果变量值已经存在,则说明当前线程已经执行Add方法,则返回null
{
return null;
}
Thread.SetData(_dataSlot, string.Empty);//在当前线程中保存一个变量值
return new CounterToken(this);
}/// <summary> 减少引用
/// </summary>
/// <param name="token">通过Add方法获取的标记对象</param>
public void Reomve(IDisposable token)
{
if (token == null)
{
return;
}
if (token is CounterToken == false)
{
throw new ArgumentException("参数不是一个有效的引用标记", "token");
}
if (token.Equals(this) == false)//CounterToken已经重写Equals方法
{
throw new ArgumentOutOfRangeException("token", "此标记不属于当前计数器");
}
token.Dispose();
}其中CounterToken就是计数器的标记,实现IDisposable接口,是一个内部类
<问题解决>
通过这样2部步设置,就可以实现之前无法完成的效果了
而ORM部分的代码需要稍微修改下
class ORM : IDisposable
{
public MyConnection Connection { get; private set; }public int ExecuteNonQuery(string sql)
{
//try
//{
//Connection.Add();
using (Connection.Add())
{
var cmd = Connection.Connection.CreateCommand();
cmd.CommandText = sql;
return cmd.ExecuteNonQuery();
}
//}
//finally
//{
// Connection.Remove();
//}
//return -1;
}IDisposable _counterToken;
public void Open()
{
if (_counterToken == null)
{
_counterToken = Connection.Add();
}
}public void Close()
{
Connection.Remove(_counterToken);
_counterToken = null;
}public void Dispose()
{
Close();
Connection = null;
}
}
调用的时候
using (ORM db = new ORM())
{
db.Open();
db.ExecuteNonQuery("insert aaa");
db.ExecuteNonQuery("insert bbb");
db.ExecuteNonQuery("insert ccc");
db.ExecuteNonQuery("insert ddd");
db.Close();
}
完全没有问题,只有一个Open()会增加计数器,最后一个Close()会减少计数器(如果有必要的话,他们会自动打开和关闭Connection());
关键的是,这样做我得到了一个额外的好处;
即使coder即忘记了using,也忘记了Close...
没关系,因为GC的存在,一旦CounterToken没有被任何人应用而释放掉了,那么计数器仍然会将他减掉;
<最后的封装>
最后的最后,我把这个计数器从MyConection中独立出来了(其实根本就不存在什么MyConection,都是我瞎编的,只是这样说比较好理解而已,哈哈~~)
计数器分为2个模式 ,之前文章中介绍的都是多线程模式,单线程模式只是附带的一个功能而已
单线程模式:无论在任何线程中每次执行Add方法都会增加引用数,执行Remove或者token.Dispose都会减少引用数
多线程模式:在相同线程中,只有第一次执行Add方法时增加引用数,也只有此token被Remove或Dispose才会减少引用数
ps:为了使计数器和数据库组件解耦,所以我在计数器中设计了一个ValueChaged事件
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;
using System.Threading;namespace blqw
{
/// <summary> 计数器,具有单线程模式和多线程模式
/// </summary>
public sealed class Counter
{
/// <summary> 构造一个计数器,默认单线程模式
/// <para>无论在任何线程中每次执行Add方法都会增加引用数,执行Remove或者token.Dispose都会减少引用数</para>
/// </summary>
public Counter()
:this(false)
{
Console.WriteLine();
}
/// <summary> 构造一个计数器,根据参数multiThreadMode确定是否使用多线程模式
/// <para>多线程模式:在相同线程中,只有第一次执行Add方法时增加引用数,也只有此token被Remove或Dispose才会减少引用数</para>
/// </summary>
/// <param name="multiThreadMode"></param>
public Counter(bool multiThreadMode)
{
if (multiThreadMode)
{
_dataSlot = Thread.AllocateDataSlot();
}
}/// <summary> 当前引用数
/// </summary>
private int _value;
/// <summary> 值改变事件
/// </summary>
private EventHandler<CounterChangedEventArgs> _valueChanged;
/// <summary> 用于储存多线程间的独立数据,多线程模式下有值
/// </summary>
private LocalDataStoreSlot _dataSlot;/// <summary> 增加引用,并获取用于释放引用的标记
/// </summary>
public IDisposable Add()
{
if (_dataSlot != null)
{
//获取当前线程中的值,此方法每个线程中获得的值都不同,不需要线程同步
//如果已经存在,则不计数
if (Thread.GetData(_dataSlot) != null)
{
return null;
}
Thread.SetData(_dataSlot, string.Empty);
}
return new CounterToken(this);
}/// <summary> 减少引用
/// </summary>
/// <param name="token">通过Add方法获取的标记对象</param>
public void Remove(IDisposable token)
{
if (token == null)
{
return;
}
if (token is CounterToken == false)
{
throw new ArgumentException("参数不是一个有效的引用标记", "token");
}
if (token.Equals(this) == false)
{
throw new ArgumentOutOfRangeException("token", "此标记不属于当前计数器");
}
token.Dispose();
}/// <summary> 当前计数值
/// </summary>
public int Value
{
get { return _value; }
}/// <summary> 增加记数
/// </summary>
private void OnIncrement()
{
var val = Interlocked.Increment(ref _value);
OnValueChanged(val, val - 1);
}
/// <summary> 减少计数
/// </summary>
private void OnDecrement()
{
if (_dataSlot != null)
{
Thread.SetData(_dataSlot, null);
}
var val = Interlocked.Decrement(ref _value);
OnValueChanged(val, val + 1);
}
/// <summary> 触发ValueChaged事件
/// </summary>
/// <param name="value">触发Value事件时Value的值</param>
/// <param name="oldValue">触发Value事件之前Value的值</param>
private void OnValueChanged(int value, int oldValue)
{
var handler = _valueChanged;
if (handler != null)
{
var e = new CounterChangedEventArgs(value, oldValue);
handler(this, e);
}
}
/// <summary> 计数器值改变事件
/// </summary>
public event EventHandler<CounterChangedEventArgs> ValueChanged
{
add
{
_valueChanged -= value;
_valueChanged += value;
}
remove
{
_valueChanged -= value;
}
}/// <summary> 计数器引用标记,调用计数器的Add方法可获得该对象,释放对象时,减少计数器的计数值
/// </summary>
sealed class CounterToken : IDisposable
{
/// <summary> 宿主计数器
/// </summary>
private Counter _counter;
/// <summary> 释放标记,0未释放,1已释放,2执行了析构函数
/// </summary>
private int _disposeMark;
/// <summary> 构造函数,创建引用标记并增加宿主计数器的值
/// </summary>
/// <param name="counter">宿主计数器</param>
public CounterToken(Counter counter)
{
if (counter == null)
{
throw new ArgumentNullException("counter");
}
_counter = counter;
_counter.OnIncrement();
_disposeMark = 0;
}
/// <summary> 析构函数
/// </summary>
~CounterToken()
{
//如果尚未释放对象(标记为0),则将标记改为2,否则标记不变
Interlocked.CompareExchange(ref _disposeMark, 2, 0);
Dispose();
}
/// <summary> 释放引用标记,并减少宿主计数器的值
/// </summary>
public void Dispose()
{
//如果已释放(标记为1)则不执行任何操作
if (_disposeMark == 1)
{
return;
}
//将标记改为1,并返回修改之前的值
var mark = Interlocked.Exchange(ref _disposeMark, 1);
//如果当前方法被多个线程同时执行,确保仅执行其中的一个
if (mark == 1)
{
return;
}
//释放Counter引用数
try
{
_counter.OnDecrement();
}
catch
{}
_counter = null;
//如果mark=0,则通知系统不需要执行析构函数了
if (mark == 0)
{
GC.SuppressFinalize(this);
}
}
/// <summary> 重新实现比较的方法
/// </summary>
/// <param name="obj"></param>
/// <returns></returns>
public override bool Equals(object obj)
{
if (obj is Counter)
{
return object.ReferenceEquals(this._counter, obj);
}
return object.ReferenceEquals(this, obj);
}}
}/// <summary> 计数器值改变事件的参数
/// </summary>
public class CounterChangedEventArgs:EventArgs
{internal CounterChangedEventArgs(int value,int oldValue)
{
Value = value;
OldValue = oldValue;
}
/// <summary> 当前值
/// </summary>
public int Value { get; private set; }
/// <summary> 原值
/// </summary>
public int OldValue { get; private set; }
}
}
Counter完整代码
var counter = new Counter(true);//多线程模式
//var counter = new Counter(); //单线程模式new Thread(() =>
{
using (counter.Add()) //计数器+1 当前计数器=1
{
Console.WriteLine("线程a:" + counter.Value);
using (counter.Add()) //计数器不变 当前计数器=1
{
Console.WriteLine("线程a:" + counter.Value);
using (counter.Add()) //计数器不变 当前计数器=1
{
Console.WriteLine("线程a:" + counter.Value);
Thread.Sleep(100); //等待线程b执行,b执行完之后 当前计数器=1
} //计数器不变 当前计数器=1
Console.WriteLine("线程a:" + counter.Value);
} //计数器不变 当前计数器=1
Console.WriteLine("线程a:" + counter.Value);
} //计数器-1 当前计数器=0
Console.WriteLine("线程a:" + counter.Value);
}).Start();Thread.Sleep(50);
new Thread(() =>
{
var token1 = counter.Add(); //计数器+1 当前计数器=2
Console.WriteLine("线程b:" + counter.Value);
var token2 = counter.Add(); //计数器不变 当前计数器=2
Console.WriteLine("线程b:" + counter.Value);
var token3 = counter.Add(); //计数器不变 当前计数器=2
Console.WriteLine("线程b:" + counter.Value);
counter.Remove(token3); //计数器不变 当前计数器=2
Console.WriteLine("线程b:" + counter.Value);
counter.Remove(token2); //计数器不变 当前计数器=2
Console.WriteLine("线程b:" + counter.Value);
counter.Remove(token1); //计数器-1 当前计数器=1
Console.WriteLine("线程b:" + counter.Value);
}).Start();
Console.ReadLine();
测试Demo
多线程模式测试结果
单线程模式测试结果
