大揭秘：池式结构与IO多路复用结构，两者竟有这些惊人的共同点！

目录

• 1. 池化技术介绍
  
• 2.连接池
  
  
  
  • 数据库连接池
    
  
  
• 3.线程池
  
• 4.IO多路复用机制（以redis为例）
  
  
  
  • 原理
    
  • 作用
    
  
  
• 5.共同点
  

本文通过介绍常见的池式结构（数据库连接池、线程池）和IO多路复用结构（redis)，对比其中的作用以及原理，探索其中底层的设计思路的共同点

1. 池化技术介绍

池化技术能够减少资源对象的创建次数，提⾼程序的响应性能，特别是在⾼并发下这种提⾼更加明显。使用池化技术缓存的资源对象有如下共同特点：

• 对象创建时间长；
  
• 对象创建需要大量资源；
  
• 对象创建后可被重复使用像常见的线程池、内存池、连接池、对象池都具有以上的共同特点。
  

2.连接池

数据库连接池

定义：数据库连接池（Connection pooling）是程序启动时建立足够的数据库连接，并将这些连接组成一个连接池，由程序动态地对池中的连接进行申请，使用，释放。

创建数据库连接是⼀个很耗时的操作，也容易对数据库造成安全隐患。所以，在程序初始化的时候，集中创建多个数据库连接，并把他们集中管理，供程序使用，可以保证较快的数据库读写速度，还更加安全可靠。 这里讲的数据库，不单只是指Mysql，也同样适用于Redis。

对比不使用连接池的流程图

• TCP建立连接的三次握手（客户端与MySQL服务器的连接基于TCP协议）
  
• MySQL认证的三次握手
  
• 真正的SQL执行
  
• MySQL的关闭
  
• TCP的四次握手关闭
  
  
  
  

使用连接池的流程图

作用:

• 资源复用：由于数据库连接得到复用，避免了频繁的创建、释放连接引起的性能开销，在减少系统消耗的基础上，另一方面也增进了系统运行环境的平稳性（减少内存碎片以及数据库临时进程/线程的数量）。
  
• 更快的系统响应速度：数据库连接池在初始化过程中，往往已经创建了若干数据库连接置于池中备用。此时连接的初始化工作均已完成。对于业务请求处理而言，直接利用现有可用连接，避免了从数据库连接初始化和释放过程的开销，从而缩减了系统整体响应时间。
  
• 统⼀的连接管理：避免数据库连接泄露，在较为完备的数据库连接池实现中，可根据预先的连接占用超时设定，强制收回被占用连接。从而避免了常规数据库连接操作中可能出现的资源泄露。
  

3.线程池

定义：线程池是一个预先创建并启动的线程集合，这些线程可以被反复地重新利用，从而避免重复创建和销毁线程的开销。当需要执行任务时，线程池只需从缓存的任务中调用线程即可，从而提高程序的效率和稳定性。
总体来说，线程池有如下的优势：

• 资源优化：通过预先创建和缓存线程，线程池可以避免频繁地创建和销毁线程，从而减少了系统资源的浪费和消耗。
  
• 性能优化：线程池可以复用已经执行完毕或失败的线程，避免了资源的浪费和消耗，提高了程序的性能和响应速度。
  
• 高效利用CPU：通过批量处理任务，线程池可以提高CPU的使用率，减少了系统的响应时间。
  
• 并发控制：线程池提供了并发处理的能力，可以在多线程环境下同时处理多个任务，提高系统的处理能力。
  
• 任务调度：线程池可以预先安排好任务的执行顺序和时间，避免了频繁地创建和销毁线程带来的混乱和延迟。
  

Java中线程池工作原理图：

4.IO多路复用机制（以redis为例）

定义：Redis 的 IO 多路复用设计是一种基于事件驱动的非阻塞模型，它允许 Redis 同时处理多个客户端请求，而无需为每个请求创建一个新的线程。通过 IO 多路复用，Redis 可以有效地利用系统资源，提高并发处理能力。
其中我们来介绍几个概念：

• I/O
  网络I/O，尤其在操作系统层面指数据在内核态和用户态之间的读写操作
  
• 多路
  多个客户端连接（连接就是套接字描述符，即socket或者channel）
  
• 复用
  复用一个或者几个线程连接
  
• IO多路复用
  也就是说一个或者一组线程处理多个TCP，使用单进程就能实现同时处理多个客户端的连接，无需创建或者维护过多的进程/线程
  

redisIO多路复用模型

原理

Redis 的 IO 多路复用模型基于非阻塞的文件描述符注册和事件通知机制。当有新的请求到达时，Redis 会将相关的请求信息注册到文件描述符上。然后，Redis 可以通过监视文件描述符的状态来获取是否有新的请求到达，从而避免了频繁的线程切换和上下文切换。
此外，Redis 的 IO 多路复用模型还支持异步处理。当有新的请求到达时，Redis 不会阻塞当前线程的执行，而是将请求放入队列中，由后台线程进行处理。这种设计可以进一步提高系统的并发处理能力，并降低系统的响应时间。
作用

• 资源优化：通过非阻塞的文件描述符注册和事件通知机制，Redis 可以避免频繁的线程创建和销毁，从而减少了系统资源的浪费和消耗。
  
• 高效并发处理：IO 多路复用模型允许 Redis 同时处理多个客户端请求，避免了线程切换和上下文切换的开销，提高了系统的并发能力和吞吐量。
  
• 可扩展性：Redis 的 IO 多路复用模型具有很好的可扩展性，可以根据系统的需求动态调整并发处理能力。
  
• 降低响应时间：通过异步处理和队列机制，Redis 可以更快地响应用户请求，提高了系统的响应速度和用户体验。
  

5.共同点

数据库连接池、线程池等池式结构和 Redis 的 IO 多路复用结构在设计思路上有一些相似之处。以下是一些共同点：

• 资源复用：池式结构（如数据库连接池、线程池）和 IO 多路复用结构都实现了资源的复用。它们都预先创建了一定数量的资源（如数据库连接、线程），并在需要时从池中获取，使用完毕后再放回池中供其他请求使用，避免了频繁创建和销毁资源的开销。
  
• 高效处理并发：池式结构和 IO 多路复用结构都通过高效地管理并发请求来提高系统的性能。它们通过预先分配的资源池，可以同时处理多个请求，避免了线程切换和上下文切换的开销。
  
• 减少资源管理开销：池式结构和 IO 多路复用结构都简化了资源管理。在池式结构中，连接、线程等资源的创建、销毁和分配都是由系统自动完成的，减少了开发者手动管理资源的负担。在 IO 多路复用结构中，通过非阻塞的 I/O 操作，可以避免频繁的同步和阻塞，提高了系统的响应速度和吞吐量。
  
• 异步处理：池式结构和 IO 多路复用结构都支持异步处理。它们允许一个请求在等待资源的过程中继续执行其他任务，从而提高系统的并发能力和吞吐量。
  
• 可扩展性：池式结构和 IO 多路复用结构都具有可扩展性，可以根据系统的需求动态调整资源池的大小和性能。
  

tips:虽然数据库连接池、线程池等池式结构和 Redis 的 IO 多路复用结构在设计思路上有相似之处，但它们在具体实现和使用上还是有所区别的。Redis 的 IO 多路复用结构是基于事件驱动的，而数据库连接池、线程池等池式结构是基于线程的。此外，Redis 还提供了其他一些特性，如数据缓存、数据结构存储等，因此它们的适用场景也有所不同。

参考文章：https://zhuanlan.zhihu.com/p/642712057

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