通过mongodb客户端samus代码研究解决查询慢问题 / 憋错料

最近有项目需要用到mongodb，于是在网上下载了mongodb的源码，根据示例写了测试代码，但发现一个非常奇怪的问题：插入记录的速度比获取数据的速度还要快，而且最重要的问题是获取数据的速度无法让人接受。
     测试场景：主文档存储人员基本信息，子文档一存储学生上课合同数据集合，这个集合多的可达到几百，子文档二存储合同的付款记录集合，集合大小一般不会超过50。根据人员ID查询人员文档，序列化后的大小为180K不到，但消耗的时间在400ms以上。
    我的主要问题在于不能接收获取一个180K的记录需要400ms以上，这比起传统的RDBMS都没有优势，而且mongodb也是内存映射机制，没道理性能如此之差，而且网络上关于它的性能测试数据远远好于我的测试结果。
    排除方式一：是不是因为有子文档的原因？
    找一个没有任何合同记录的文档查询，发现结果依旧，没有明显的改善；
    排除方式二：没有创建索引？
    在搜索列ID上创建索引，结果依旧；
   排除方式三：是不是文档数量过大？
   一万多行只是小数目，没理由，mongodb管理上千万的文档都是没有问题的，于时还是决定试一试，将记录全部删除，插入一条记录然后查询，结果依旧；
   排除方式四：是不是由于客户端序列化的问题？
   由于我存储的是自定义的对象，不是默认的Document，所以决定尝试直接存储Document,Document就两个字段，获取速度还是需要180ms。
   排除方式五：是否由于客户机器是32位，而mongodb服务是64？
   将程序放在64位机器上测试，问题依旧。
   排除方式六：是否由于网络传输问题？
   没道理啊，测试的客户端以及服务端均在同一局域网，但还是尝试将客户端程序直接在mongodb服务器上执行，问题一样；
   上面的六种方式都已经尝试过，没有解决，最后决定求助于老代，毕竟是用过mongodb的高人，给我两个建议就搞定了：
   排除方式七：查看mongodb数据文件，看是否已经很大？
   经查看，总大小才64M，这比32位文件上限的2G来讲，可以基本忽略；
   排除方式八：连接字符串。
   Servers=IP:27017;ConnectTimeout=30000;ConnectionLifetime=300000;MinimumPoolSize=8;MaximumPoolSize=256;Pooled=true

我一看到这个参考字符串，第一印象是，我的写法和它不一样(string connectionString =""; )，然后发现有两个重要的参数：
1:ConnectionLifetime=300000,从字面意思来看，是说连接的生命周期，而它的数值设置如此大，显然说明此连接不会被立即关闭，这和sql server的做法有所区别；
2:Pooled=true,从字面意思来看，应该是有连接池的概念。

分析：从上面的连接参数来看，我之前所理解的连接，就是客户端与服务端之间的连接，它需要在使用完之后马上关闭，即客户端与服务端不在有tcp连接。但我没有很好的理解连接池的作用。连接池实际上从存储很多个已经和服务端建立tcp连接的connection,在它的生命周期内一直保持和服务端的连接，生命周期过后会变成失效连接等待回收。
   重新修改连接字符串再进行测试，问题解决，只有第一次请求时，由于需要创建tcp连接，性能会受影响，后面的请求，因为有连接池的存在，性能得到成倍提高。
   最后看了下samus源码，就可以看出它是如何使用连接池的。
   先看下我写的一个mongodb的帮助类：里面有创建Mongo对象等常规操作。

public class MongodbFactory2<T>: IDisposable where T : class
    {
//public string connectionString = "mongodb://10.1.55.172";
public string connectionString = ConfigurationManager.AppSettings["mongodb"];
public string databaseName = "myDatabase";
        Mongo mongo;
        MongoDatabase mongoDatabase;
public MongoCollection<T> mongoCollection;
public MongodbFactory2()
        {
            mongo = GetMongo();
            mongoDatabase = mongo.GetDatabase(databaseName) as MongoDatabase;
            mongoCollection = mongoDatabase.GetCollection<T>() as MongoCollection<T>;
            mongo.Connect();
        }
public void Dispose()
        {
this.mongo.Disconnect();
        }
/// <summary>
/// 配置Mongo,将类T映射到集合
/// </summary>
private Mongo GetMongo()
        {
            var config = new MongoConfigurationBuilder();
            config.Mapping(mapping =>
            {
                mapping.DefaultProfile(profile =>
                {
                    profile.SubClassesAre(t => t.IsSubclassOf(typeof(T)));
                });
                mapping.Map<T>();
            });
            config.ConnectionString(connectionString);
return new Mongo(config.BuildConfiguration());
        }

从上面的代码中可以看到有这么一句：mongo.Connect()，我第一印象就是创建客户端与服务端的连接，其实有了连接池，这个操作并非每次都创建远程连接，有的情况只是从连接池中直接返回可用连接对象而已。
从源码分析是如何利用连接池，连接是如何创建的。
1：Mongo类的Connect函数：需要跟踪_connection对象。

/// <summary>
///   Connects to server.
/// </summary>
/// <returns></returns>
/// <exception cref = "MongoDB.MongoConnectionException">Thrown when connection fails.</exception>
public void Connect()
        {
            _connection.Open();
        }

2：再看这句：return new Mongo(config.BuildConfiguration());

/// <summary>
///   Initializes a new instance of the <see cref = "Mongo" /> class.
/// </summary>
/// <param name = "configuration">The mongo configuration.</param>
public Mongo(MongoConfiguration configuration){
if(configuration == null)
throw new ArgumentNullException("configuration");
            configuration.ValidateAndSeal();
            _configuration = configuration;
            _connection = ConnectionFactoryFactory.GetConnection(configuration.ConnectionString);
        }

上面代码的最后一句有_connection的生成过程。
3:可以跟踪到最终生成connection的函数，终于看到builder.Pooled这个参数了，这的值就是连接串中的参数。

/// <summary>
/// Creates the factory.
/// </summary>
/// <param name="connectionString">The connection string.</param>
/// <returns></returns>
private static IConnectionFactory CreateFactory(string connectionString){
var builder = new MongoConnectionStringBuilder(connectionString);
if(builder.Pooled)
return new PooledConnectionFactory(connectionString);
return new SimpleConnectionFactory(connectionString);
}

4:再看PooledConnectionFactory是如何创建连接的：这的作用就是将可用连接放入连接池中，而最终真正创建连接的函数是CreateRawConnection()

/// <summary>
/// Ensures the size of the minimal pool.
/// </summary>
private void EnsureMinimalPoolSize()
        {
lock(_syncObject)
while(PoolSize < Builder.MinimumPoolSize)
                    _freeConnections.Enqueue(CreateRawConnection());
        }

5:真正远程连接部分。

/// <summary>
/// Creates the raw connection.
/// </summary>
/// <returns></returns>
protected RawConnection CreateRawConnection()
        {
            var endPoint = GetNextEndPoint();
try
            {
return new RawConnection(endPoint, Builder.ConnectionTimeout);
            }catch(SocketException exception){
throw new MongoConnectionException("Failed to connect to server " + endPoint, ConnectionString, endPoint, exception);
            }
        }
private readonly TcpClient _client = new TcpClient();
private readonly List<string> _authenticatedDatabases = new List<string>();
private bool _isDisposed;
/// <summary>
/// Initializes a new instance of the <see cref="RawConnection"/> class.
/// </summary>
/// <param name="endPoint">The end point.</param>
/// <param name="connectionTimeout">The connection timeout.</param>
public RawConnection(MongoServerEndPoint endPoint,TimeSpan connectionTimeout)
        {
if(endPoint == null)
throw new ArgumentNullException("endPoint");
            EndPoint = endPoint;
            CreationTime = DateTime.UtcNow;
            _client.NoDelay = true;
            _client.ReceiveTimeout = (int)connectionTimeout.TotalMilliseconds;
            _client.SendTimeout = (int)connectionTimeout.TotalMilliseconds;
//Todo: custom exception?
            _client.Connect(EndPoint.Host, EndPoint.Port);
        }

接着我们来看下，连接的生命周期是如何实现的：主要逻辑在PooledConnectionFactory,如果发现连接已经过期，则将连接放入不可用队列，将此连接从空闲连接中删除掉。

/// <summary>
/// Checks the free connections alive.
/// </summary>
private void CheckFreeConnectionsAlive()
        {
lock(_syncObject)
            {
                var freeConnections = _freeConnections.ToArray();
                _freeConnections.Clear();
foreach(var freeConnection in freeConnections)
if(IsAlive(freeConnection))
                        _freeConnections.Enqueue(freeConnection);
else
                        _invalidConnections.Add(freeConnection);
            }
        }
/// <summary>
/// Determines whether the specified connection is alive.
/// </summary>
/// <param name="connection">The connection.</param>
/// <returns>
/// <c>true</c> if the specified connection is alive; otherwise, <c>false</c>.
/// </returns>
private bool IsAlive(RawConnection connection)
        {
if(connection == null)
throw new ArgumentNullException("connection");
if(!connection.IsConnected)
return false;
if(connection.IsInvalid)
return false;
if(Builder.ConnectionLifetime != TimeSpan.Zero)
if(connection.CreationTime.Add(Builder.ConnectionLifetime) < DateTime.Now)
return false;
return true;
        }

最后我们来看我最上面的mongodb帮忙类的如下方法：即释放连接，而这里的释放也不是直接意义上将连接从客户端与服务端之间解除，只不过是将此连接从忙队列中删除，重新回归到可用队列：

public void Dispose()
{
this.mongo.Disconnect();
}

再看看mongo.Disconnect()

/// <summary>
///   Disconnects this instance.
/// </summary>
/// <returns></returns>
public bool Disconnect()
        {
            _connection.Close();
return _connection.IsConnected;
        }

继续往下就会定位到如下核心内容：

/// <summary>
///   Returns the connection.
/// </summary>
/// <param name = "connection">The connection.</param>
public override void Close(RawConnection connection)
        {
if(connection == null)
throw new ArgumentNullException("connection");
if(!IsAlive(connection))
            {
lock(_syncObject)
                {
                    _usedConnections.Remove(connection);
                    _invalidConnections.Add(connection);
                }
return;
            }
lock(_syncObject)
            {
                _usedConnections.Remove(connection);
                _freeConnections.Enqueue(connection);
                Monitor.Pulse(_syncObject);
            }
        }