[译]配置 sql.DB 获得更好的性能

原文: Configuring sql.DB for Better Performance

网上有很多教程介绍sql.DB, 以及如何使用它来执行SQL数据库查询和语句, 但是大部分都没有介绍SetMaxOpenConns()SetMaxIdleConns()SetConnmaxLifetime()方法。事实上你可以使用这些方法来配置sql.DB的行为并改善其性能。

在这篇文章中,我想准确地解释这些设置的作用,并演示它们可能产生的(正面和负面)影响。

打开和空闲连接

首先说一点背景知识。

sql.db对象是包含多个openidle数据库连接的连接池。当使用连接执行数据库任务(如执行SQL语句或查询数据)时,该连接被标记为open(打开)。任务完成后,连接将变为idle(空闲)。

当您指示sql.db执行数据库任务时,它将首先检查池中是否有空闲连接可用。如果有可用的连接,Go将重用现有连接,并在任务期间将其标记为打开。如果在需要连接时池中没有空闲连接的话,go将创建一个新的附加连接并打开它。

SetMaxOpenConns 方法

默认情况下,可以同时打开的连接数没有限制。但您可以通过setMaxOpenConns()方法实现自己的限制,如下所示:

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// 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)
}
// 设置最大的并发打开连接数为5。
// 设置这个数小于等于0则表示没有显示,也就是默认设置。
db.SetMaxOpenConns(5)

在此示例代码中,池中最多有5个并发打开的连接。如果5个连接都已经打开被使用,并且应用程序需要另一个连接的话,那么应用程序将被迫等待,直到5个打开的连接其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,将最大开放连接设置为1、2、5、10和无限制。基准测试在PostgreSQL数据库上执行并行的insert语句,您可以在这个gist中找到代码。结果如下:

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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

准确地说,此基准的目的不是模拟应用程序的“真实”行为。它只是帮助说明SQL.DB在幕后的行为,以及更改MaxOpenConns对该行为的影响。

对于这个基准,我们可以看到允许的开放连接越多,在数据库上执行插入操作所花费的时间就越少(3129633 ns/op,其中1个开放连接,而无限连接为531030 ns/op,大约快6倍)。这是因为存在的开放连接越多,基准代码等待开放连接释放并再次空闲(准备使用)所需的时间(平均值)就越少。

SetMaxIdleConns

默认情况下,sql.DB允许在连接池中最多保留2个空闲连接。您可以通过SetMaxIdleConns()方法进行更改,如下所示:

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// 初始化连接池
db, err := sql.Open("postgres", "postgres://user:pass@localhost/db")
if err != nil {
log.Fatal(err)
}
// 设置最大的空闲连接数为5。
// 设置小于等于0的数意味着不保留空闲连接。
db.SetMaxIdleConns(5)

理论上,在池中允许更多的空闲连接将提高性能,因为这样可以减少从头开始建立新连接的可能性,从而有助于节省资源。

让我们来看看相同的基准,最大空闲连接设置为无、1、2、5和10(并且开放连接的数量是无限的):

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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

MaxIdleConns设置为none时,必须为每个插入操作创建新的连接,从基准中我们可以看到平均运行时间和内存分配相对较高。

只允许保留和重用一个空闲连接,在我们这个特定的基准测试中有很大的不同——它将平均运行时间减少了8倍左右,并将内存分配减少了20倍左右。继续增加空闲连接池的大小会使性能更好,尽管这些改进不那么明显。

那么我们应该维护一个大的空闲连接池吗?答案是它取决于应用程序。

重要的是要认识到保持空闲连接的存活是要付出代价的——它会占用内存,否则这些内存可以同时用于应用程序和数据库。

也有一种可能,如果一个连接空闲太久,那么它也可能会变得不可用。例如,MySQL的wait_timeout设置将自动关闭8小时内未使用的任何连接(默认情况下)。

当发生这种情况时,sql.DB会优雅地处理它。在放弃之前,将自动重试两次坏连接,之后Go将从池中删除坏连接并创建新连接。因此,将MaxIdleConns设置得太高实际上可能会导致连接变得不可用,并且使用的资源比使用较小的空闲连接池(使用的连接更少,使用频率更高)的情况下要多。所以只有你很可能马上再次使用浙西连接,你才会保持这些连接空闲。

最后要指出的一点是,MaxIdleConns应该始终小于或等于MaxOpenConns。Go会检查并在必要时自动减少MaxIdleConns StackOverflow上的一个解释很好地描述了原因:

设置比MaxOpenConns更多的空闲连接数是没有意义的,因为你最多也就能拿到所有打开的连接,剩余的空闲连接依然保持的空闲。这就像一座四车道的桥,但是只允许三辆车同时通过。

SetConnMaxLifetime 方法

现在让我们来看一下SetConnMaxLifetime()方法,它设置了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的连接生存期,或者(例如)您希望在负载均衡器后面方便地切换数据库,那么这将非常有用。

您可以这样使用它:

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// 初始化连接池
db, err := sql.Open("postgres", "postgres://user:pass@localhost/db")
if err != nil {
log.Fatal(err)
}
// 设置连接的最大生命周期为一小时。
// 设置为0的话意味着没有最大生命周期,连接总是可重用(默认行为)。
db.SetConnMaxLifetime(time.Hour)

在这个例子中,我们的所有连接将在第一次创建后1小时“过期”,并且在它们过期后无法重用。但是注意:

  • 这并不能保证连接将在池中存在完整的一小时;很可能由于某种原因连接将变得不可用,并且在此之前自动关闭。
  • 一个连接在创建后仍可以使用一个多小时,只是说一个小时后不能再被重用了。
  • 这不是空闲超时。连接将在第一次创建后1小时后过期,而不是1小时后变成空闲。
  • 每秒自动运行一次清理操作以便从池中删除“过期”连接。

理论上,ConnMaxLifetime越短,从零开始创建连接的频率就越高。

为了说明这一点,我运行了基准测试,将ConnMaxLifetime设置为100ms、200ms、500ms、1000ms和unlimited(永远重复使用),默认设置为unlimited open connections和2个idle connections。这些时间段显然比您在大多数应用程序中使用的要短得多,但它们有助于很好地说明连接库的行为。

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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100毫秒的内存分配要比unlimited的内存分配多三倍,而且每个插入的操作的平均运行时间也稍长一些。

超出连接限制

最后,如果不提及超过了数据库连接数的硬限制的话,那么本文就不算一个完整的教程了。

如图所示,我将更改postgresql.conf文件,因此只允许总共5个连接(默认值为100)…

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max_connections = 5

使用 unlimited open connections 的配置进行基准测试:

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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,我的数据库驱动程序(PQ)立即返回一条sorry, too many clients already错误信息,而不是完成插入操作。

为了避免这个错误,我们需要将sql.DB中打开和空闲连接的最大总数设置为5以下。像这样:

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// 初始化连接池
db, err := sql.Open("postgres", "postgres://user:pass@localhost/db")
if err != nil {
log.Fatal(err)
}
//设置open和idle的总连接数为3
db.SetMaxOpenConns(2)
db.SetMaxIdleConns(1)

现在,由sql.DB创建的连接数最多只能有3个,基准测试运行时应该没有错误。

但是这样也会给我们带来一个很大的警示:当达到开放连接限制时,应用程序需要执行的任何新数据库任务都将被强制等待,直到连接变为空闲。

对于某些应用程序,该行为可能很好,但对于其他应用程序,则可能不好。例如,在Web应用程序中,最好立即记录错误消息并向用户发送500 Internal Server Error,而不是让他们的HTTP请求挂起,并可能在等待空闲连接时超时。