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  • golang配制高性能sql.DB的使用
  • 2022/1/11 13:15:51
  • 有很多教程是关于go的sql.db类型和如何使用它来执行sql数据库查询的。但大多数内容都没有讲述setmaxopenconns(), setmaxidleconns() 和 setconnmaxlifetime()方法, 您可以使用它们来配置sql.db的行为并改变其性能。

    在本文我将详细解释这些设置的作用,并说明它们所能产生的(积极和消极)影响。

    开放和空闲连接

    一个sql.db对象就是一个数据库连接池,它包含“正在用”和“空闲的”连接。一个正在用的连接指的是,你正用它来执行数据库任务,例如执行sql语句或行查询。当任务完成连接就是空闲的。

    当您创建sql.db执行数据库任务时,它将首先检查连接池中是否有可用的空闲连接。如果有可用的连接,那么go将重用现有连接,并在执行任务期间将其标记为正在使用。如果池中没有空闲连接,而您需要一个空闲连接,那么go将创建一个新的连接。

    setmaxopenconns方法

    默认情况下,在同一时间打开连接的数量是没有限制(包含使用中+空闲)。但你可以通过setmaxopenconns()方法实现自定义限制,如下所示:

    // 初始化一个新的连接池
    db, err := sql.open("postgres", "postgres://user:pass@localhost/db")
    if err != nil {
        log.fatal(err)
    }
    
    // 设置当前最大开放连接数(包括空闲和正在使用的)为5。
    // 如果设置为0代表连接数没有限制,默认是没有限制数量的。
    db.setmaxopenconns(5)

    在这个示例代码中,连接池现在有5个并发打开的连接数。如果所有5个连接都已经被标记为正在使用,并且需要另一个新的连接,那么应用程序将被迫等待,直到5个连接中的一个被释放并变为空闲。

    为了说明更改maxopenconns的影响,我运行了一个基准测试,将最大打开连接数设置为1、2、5、10和无限。基准测试在postgresql数据库上执行并行的insert语句,您可以在这里找到代码。测试结果:

    benchmarkmaxopenconns1-8???????????????? 500?????? 3129633 ns/op???????? 478 b/op???????? 10 allocs/op
    benchmarkmaxopenconns2-8??????????????? 1000?????? 2181641 ns/op???????? 470 b/op???????? 10 allocs/op
    benchmarkmaxopenconns5-8??????????????? 2000??????? 859654 ns/op???????? 493 b/op???????? 10 allocs/op
    benchmarkmaxopenconns10-8?????????????? 2000??????? 545394 ns/op???????? 510 b/op???????? 10 allocs/op
    benchmarkmaxopenconnsunlimited-8??????? 2000??????? 531030 ns/op???????? 479 b/op????????? 9 allocs/op
    pass

    对于这个基准测试,我们可以看到,允许打开的连接越多,在数据库上执行insert操作所花费的时间就越少(打开的连接数为1时,执行速度3129633ns/op,而无限连接:531030ns/op——大约快了6倍)。这是因为允许打开的连接越多,可以并发执行的数据库查询就越多。

    setmaxidleconns方法

    默认情况下,sql.db允许连接池中最多保留2个空闲连接。你可以通过setmaxidleconns()方法改变它,如下所示:

    //  初始化一个新的连接池
    db, err := sql.open("postgres", "postgres://user:pass@localhost/db")
    if err != nil {
        log.fatal(err)
    }
    
    // 设置最大空闲连接数为5。 将此值设置为小于或等于0将意味着不保留空闲连接。
    db.setmaxidleconns(5)

    从理论上讲,允许池中有更多的空闲连接将提高性能,因为这样就不太可能从头开始建立新连接——因此有助于提升数据库性能。

    让我们来看看相同的基准测试,最大空闲连接设置为none, 1,2,5和10:

    benchmarkmaxidleconnsnone-8????????? 300?????? 4567245 ns/op?????? 58174 b/op??????? 625 allocs/op
    benchmarkmaxidleconns1-8??????????? 2000??????? 568765 ns/op??????? 2596 b/op???????? 32 allocs/op
    benchmarkmaxidleconns2-8??????????? 2000??????? 529359 ns/op???????? 596 b/op???????? 11 allocs/op
    benchmarkmaxidleconns5-8??????????? 2000??????? 506207 ns/op???????? 451 b/op????????? 9 allocs/op
    benchmarkmaxidleconns10-8?????????? 2000??????? 501639 ns/op???????? 450 b/op????????? 9 allocs/op
    pass

    当maxidleconns设置为none时,必须为每个insert从头创建一个新的连接,我们可以从基准测试中看到,平均运行时和内存使用量相对较高。

    只允许保留和重用一个空闲连接对基准测试影响特别明显——它将平均运行时间减少了大约8倍,内存使用量减少了大约20倍。继续增加空闲连接池的大小会使性能变得更好,尽管改进并不明显。

    那么,您应该维护一个大的空闲连接池吗?答案取决于应用程序。重要的是要意识到保持空闲连接是有代价的—它占用了可以用于应用程序和数据库的内存。

    还有一种可能是,如果一个连接空闲时间太长,那么它可能会变得不可用。例如,mysql的wait_timeout设置将自动关闭任何8小时(默认)内未使用的连接。

    当发生这种情况时,sql.db会优雅地处理它。坏连接将自动重试两次,然后放弃,此时go将该连接从连接池中删除,并创建一个新的连接。因此,将maxidleconns设置得太大可能会导致连接变得不可用,与空闲连接池更小(使用更频繁的连接更少)相比,会占有更多的资源。所以,如果你很可能很快就会再次使用,你只需保持一个空闲的连接。

    最后要指出的是,maxidleconns应该总是小于或等于maxopenconns。go强制执行此操作,并在必要时自动减少maxidleconns。

    setconnmaxlifetime方法

    现在让我们看看setconnmaxlifetime()方法,它设置连接可重用的最大时间长度。如果您的sql数据库也实现了最大连接生命周期,或者—例如—您希望方便地在负载均衡器后交换数据库,那么这将非常有用。
    你可以这样使用它:

    // 初始化一个新的连接池
    db, err := sql.open("postgres", "postgres://user:pass@localhost/db")
    if err != nil {
        log.fatal(err)
    }
    
    // 将连接的最大生存期设置为1小时。将其设置为0意味着没有最大生存期,连接将永远可重用(这是默认行为)
    db.setconnmaxlifetime(time.hour)

    在这个例子中,所有的连接都将在创建后1小时“过期”,并且在过期后无法重用。但注意:

    • 这并不能保证连接将在池中存在整整一个小时;很有可能,由于某些原因,连接变得不可用,并在此之前自动关闭。
    • 一个连接在创建后一个多小时仍然可以被使用——它只是在这个时间之后不能被重用。
    • 这不是空闲超时。连接将在第一次创建后1小时过期——而不是在最后一次空闲后1小时。
    • 每隔一秒自动运行一次清理操作,从连接池中删除“过期”的连接。

    从理论上讲,connmaxlifetime越短,连接过期的频率就越高——因此,需要从头创建连接的频率就越高。为了说明这一点,我运行了将connmaxlifetime设置为100ms、200ms、500ms、1000ms和无限(永远重用)的基准测试,默认设置为无限打开连接和2个空闲连接。这些时间段显然比您在大多数应用程序中使用的时间要短得多,但它们有助于很好地说明行为。

    benchmarkconnmaxlifetime100-8?????????????? 2000??????? 637902 ns/op??????? 2770 b/op???????? 34 allocs/op
    benchmarkconnmaxlifetime200-8?????????????? 2000??????? 576053 ns/op??????? 1612 b/op???????? 21 allocs/op
    benchmarkconnmaxlifetime500-8?????????????? 2000??????? 558297 ns/op???????? 913 b/op???????? 14 allocs/op
    benchmarkconnmaxlifetime1000-8????????????? 2000??????? 543601 ns/op???????? 740 b/op???????? 12 allocs/op
    benchmarkconnmaxlifetimeunlimited-8???????? 3000??????? 532789 ns/op???????? 412 b/op????????? 9 allocs/op
    pass

    在这些特定的基准测试中,我们可以看到,与无限生存期相比,在100ms生存期时内存使用量增加了3倍以上,而且每个insert的平均运行时也稍微长一些。

    如果您在代码中设置了connmaxlifetime,那么一定要记住连接将过期(随后重新创建)的频率。例如,如果您总共有100个连接,而connmaxlifetime为1分钟,那么您的应用程序可能每秒钟杀死和重新创建1.67个连接(平均值)。您不希望这个频率太大,最终会阻碍性能,而不是提高性能。

    连接数量超出

    最后,如果不说明超过数据库连接数量的硬限制将会发生什么,那么本文就不完整了。 为了说明这一点,我将修改postgresql.conf文件,这样总共只允许5个连接(默认是100个)…

    max_connections = 5
    

    然后在无限连接的情况下重新运行基准测试……

    benchmarkmaxopenconnsunlimited-8??? --- fail: benchmarkmaxopenconnsunlimited-8
    ??? main_test.go:14: pq: sorry, too many clients already
    ??? main_test.go:14: pq: sorry, too many clients already
    ??? main_test.go:14: pq: sorry, too many clients already
    fail

    一旦达到5个连接的硬限制,数据库驱动程序(pq)立即返回一个太多客户端连接的错误消息,而无法完成insert。为了防止这个错误,我们需要将sql.db中打开连接的最大总数(正在使用的+空闲的)设置为低于5。像这样:

    // 初始化一个新的连接池
    db, err := sql.open("postgres", "postgres://user:pass@localhost/db")
    if err != nil {
        log.fatal(err)
    }
    
    // 将打开的连接数(正在使用的连接+空闲的连接)设置为最大总数3。
     db.setmaxopenconns (3)

    现在,sql.db在任何时候最多只能创建3个连接,基准测试运行时应该不会出现任何错误。但是这样做需要注意:当达到开放连接数限制,并且所有连接都在使用时,应用程序需要执行的任何新的数据库任务都将被迫等待,直到连接标记为空闲。例如,在web应用程序的上下文中,用户的http请求看起来会“挂起”,甚至在等待数据库任务运行时可能会超时。

    为了减轻这种情况,你应该始终在一个上下文中传递。在调用数据库时,启用上下文的方法(如execcontext()),使用固定的、快速的超时上下文对象。

    总结

    1、根据经验,应该显式设置maxopenconns值。这应该小于数据库和基础设施对连接数量的硬性限制。
    2、一般来说,更高的maxopenconns和maxidleconns值将带来更好的性能。但你应该注意到效果是递减的,连接池空闲连接太多(连接没有被重用,最终会变坏)实际上会导致性能下降。
    3、为了降低上面第2点带来的风险,您可能需要设置一个相对较短的connmaxlifetime。但你也不希望它太短,导致连接被杀死或不必要地频繁重建。
    4、maxidleconns应该总是小于或等于maxopenconns。
    对于中小型web应用程序,我通常使用以下设置作为起点,然后根据实际吞吐量水平的负载测试结果进行优化。

    db.setmaxopenconns(25)
    db.setmaxidleconns(25)
    db.setconnmaxlifetime(5*time.minute)
    

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