基于C++语言实现Qt框架下的数据库连接池应用

随着互联网和大数据时代的到来，数据库操作已经成为许多企业和应用程序不可或缺的重要部分。数据库连接池技术的应用，可以提高数据库使用效率，减少资源和时间的浪费。基于C++语言的Qt框架，也可以实现数据库连接池技术，本文将介绍如何使用Qt实现数据库连接池，让你的数据库操作更加高效。

一、什么是数据库连接池

数据库连接池是一种通过预先建立多个数据库连接，在应用程序的运行过程中重复利用数据库连接的技术。通俗的说，就是在应用程序中预先建立多个数据库连接，当需要访问数据库时从连接池中获取一个数据库连接，用完后还回连接池中。这种利用池化技术的方式能够降低新建连接的时间和资源消耗，提高数据库的操作效率。下面，我们将使用Qt实现数据库连接池。

二、Qt中数据库连接的建立与使用

在Qt中，数据库连接的建立与使用非常简单。首先需要创建一个QSqlDatabase实例，在该实例中设置需要连接的数据库类型、主机和用户名等信息。然后，使用QSqlDatabase::open()函数打开该数据库连接，并进行一些操作。

#include <QSqlDatabase >

#include <QSqlQuery>

#include <QDebug>

QSqlDatabase db = QSqlDatabase::addDatabase(“QMYSQL”);

db.setHostName(“localhost”);

db.setDatabaseName(“test”);

db.setUserName(“root”);

db.setPassword(“password”);

if(db.open())

{

qDebug() << “Open database success !”;

QSqlQuery query(db);

query.exec(“select * from testDB”);

while(query.next())

qDebug() << query.value(0).toString();

}

上述代码演示了在Qt中连接MySQL数据库的过程。首先使用QSqlDatabase::addDatabase(“QMYSQL”)函数创建一个QSqlDatabase实例，在该实例中设置需要连接的数据库类型、主机和用户名等信息。然后，使用QSqlDatabase::open()函数打开该数据库连接。在数据库连接成功后，使用QSqlQuery实例进行一些操作。注意，一定要在使用完QSqlQuery对象后，调用其~QSqlQuery()函数释放资源。

三、Qt实现数据库连接池

下面，我们将基于Qt实现一个简单的数据库连接池。创建一个ConnectionPool类，该类中包含了多个数据库连接对象。ConnectionPool的.h文件内容如下：

#ifndef CONNECTIONPOOL_H

#define CONNECTIONPOOL_H

#include <QtSql>

#include <QQueue>

#include <QString>

#include <QMutex>

#include <QMutexLocker>

#include<QDebug>

#include<QSettings>//配置文件

class ConnectionPool {

public:

    static void release();                                // 关闭所有的数据库连接

    static QSqlDatabase openConnection();                 // 获取数据库连接

    static void closeConnection(QSqlDatabase connection); // 释放数据库连接回连接池

    ~ConnectionPool();

private:

    static ConnectionPool& getInstance();

    ConnectionPool();

    ConnectionPool(const ConnectionPool &other);

    ConnectionPool& operator=(const ConnectionPool &other);

    QSqlDatabase createConnection(const QString &connectionName); // 创建数据库连接

    QQueue<QString> usedConnectionNames;   // 已使用的数据库连接名

    QQueue<QString> unusedConnectionNames; // 未使用的数据库连接名

    // 数据库信息

    QString hostName;

    QString databaseName;

    QString username;

    QString password;

    QString databaseType;

    bool    testOnBorrow;    // 取得连接的时候验证连接是否有效

    QString testOnBorrowSql; // 测试访问数据库的 SQL

    int maxWaitTime;         // 获取连接最大等待时间

    int waitInterval;        // 尝试获取连接时等待间隔时间

    int maxConnectionCount;  // 最大连接数

    static QMutex mutex;

    static QWaitCondition waitConnection;

    static ConnectionPool *instance;

};

#endif // CONNECTIONPOOL

SqlDatabase是Qt框架中操作数据库的重要类之一，可以通过该类实现数据库连接的建立和操作。ConnectionPool类是自定义的一个库连接池类，在该类中定义了数据库连接的各种属性，并包含了多个数据库连接对象。

在ConnectionPool类的实现文件中，我们将实现具体的方法。定义如下静态变量：

QMutex ConnectionPool::mutex;

QWaitCondition ConnectionPool::waitConnection;

ConnectionPool* ConnectionPool::instance = nullptr;

用静态变量ConnectionPool::instance来存储ConnectionPool类的唯一实例，同时使用QMutex和QWaitCondition分别保护多线程的同步和条件变量的使用。

接着，实现单态模式中的getInstance()方法。该方法用于返回ConnectionPool类的唯一实例：

ConnectionPool& ConnectionPool::getInstance() {

    if (nullptr == instance) {

        QMutexLocker locker(&mutex);

        if (nullptr == instance) {

            instance = new ConnectionPool();

        }

    }

    return *instance;

}

在getInstance ()方法中，使用互斥锁QMutexLocker保证了多线程同步，使用双重检查锁定机制确保了ConnectionPool类的唯一实例。

然后，我们可以实现如下连接的建立与关闭方法openConnection()和closeConnection()。openConnection()方法用于从连接池中获取一个数据库连接，closeConnection()方法用于还回这个数据库连接：

QSqlDatabase ConnectionPool::openConnection() {

    ConnectionPool& pool = ConnectionPool::getInstance();

    QString connectionName;

    QMutexLocker locker(&mutex);

    // 已创建连接数

    int connectionCount = pool.unusedConnectionNames.size() + pool.usedConnectionNames.size();

    // 如果连接已经用完，等待 waitInterval 毫秒看看是否有可用连接，最长等待 maxWaitTime 毫秒

    for (int i = 0;

         i < pool.maxWaitTime

         && pool.unusedConnectionNames.size() == 0 && connectionCount == pool.maxConnectionCount;

         i += pool.waitInterval) {

        waitConnection.wait(&mutex, pool.waitInterval);

        // 重新计算已创建连接数

        connectionCount = pool.unusedConnectionNames.size() + pool.usedConnectionNames.size();

    }

    if (pool.unusedConnectionNames.size() > 0) {

        // 有已经回收的连接，复用它们

        connectionName = pool.unusedConnectionNames.dequeue();

    } else if (connectionCount < pool.maxConnectionCount) {

        // 没有已经回收的连接，但是没有达到最大连接数，则创建新的连接

        connectionName = QString("Connection-%1").arg(connectionCount + 1);

    } else {

        // 已经达到最大连接数

        qDebug() << "Cannot create more connections.";

        return QSqlDatabase();

    }

    // 创建连接

    QSqlDatabase db = pool.createConnection(connectionName);

    // 有效的连接才放入 usedConnectionNames

    if (db.isOpen()) {

        pool.usedConnectionNames.enqueue(connectionName);

    }

    return db;

}

void ConnectionPool::closeConnection(QSqlDatabase connection) {

    ConnectionPool& pool = ConnectionPool::getInstance();

    QString connectionName = connection.connectionName();

    // 如果是我们创建的连接，从 used 里删除，放入 unused 里

    if (pool.usedConnectionNames.contains(connectionName)) {

        QMutexLocker locker(&mutex);

        pool.usedConnectionNames.removeOne(connectionName);

        pool.unusedConnectionNames.enqueue(connectionName);

        waitConnection.wakeOne();

    }

}

在openConnection()方法中，首先获取互斥锁QMutexLock，在连接池中查找是否有空闲连接。如果有，直接返回该连接，否则查看可用的连接数是否达到上限，如果没有，则创建新的连接。当新连接创建成功后，检查该连接是否打开，如果打开，则更新连接数。最后释放互斥锁。

closeConnection()方法用于还回连接到连接池中，并检查连接池中连接数量是否超过设定的更大值，如果超过，则移除最早的连接。程序执行完该方法后，也应该释放互斥锁。

我们实现ConnectionPool的构造函数和析构函数：

ConnectionPool::ConnectionPool() {

    hostName     = "127.0.0.1";//主机名

    databaseName = "DRIVER={SQL SERVER};SERVER=127.0.0.1;DATABASE=testDB";//需要访问的数据库

    username     = "sa";      //用户名

    password     = "123456";  //密码

    databaseType = "QODBC";   //数据库类型

    testOnBorrow = true;

    testOnBorrowSql = "SELECT 1";

    maxWaitTime  = 1000;

    waitInterval = 200;

    maxConnectionCount  = 1000;

}

ConnectionPool::~ConnectionPool() {

    // 销毁连接池的时候删除所有的连接

    foreach(QString connectionName, usedConnectionNames) {

        QSqlDatabase::removeDatabase(connectionName);

    }

    foreach(QString connectionName, unusedConnectionNames) {

        QSqlDatabase::removeDatabase(connectionName);

    }

}

void ConnectionPool::release() {

    QMutexLocker locker(&mutex);

    delete instance;

    instance = nullptr;

}

QSqlDatabase ConnectionPool::createConnection(const QString &connectionName) {

    // 连接已经创建过了，复用它，而不是重新创建

    if (QSqlDatabase::contains(connectionName)) {

        QSqlDatabase db1 = QSqlDatabase::database(connectionName);

        if (testOnBorrow) {

            // 返回连接前访问数据库，如果连接断开，重新建立连接

            qDebug() << "Test connection on borrow, execute:" << testOnBorrowSql << ", for" << connectionName;

            QSqlQuery query(testOnBorrowSql, db1);

            if (query.lastError().type() != QSqlError::NoError && !db1.open()) {

                qDebug() << "Open datatabase error:" << db1.lastError().text();

                return QSqlDatabase();

            }

        }

        return db1;

    }

    // 创建一个新的连接  注意：如果需要跨线程操作时这里需要连接时需要设置个静态连接数据库

    QSqlDatabase db = QSqlDatabase::addDatabase(databaseType, connectionName);

    db.setHostName(hostName);

    db.setDatabaseName(databaseName);

    db.setUserName(username);

    db.setPassword(password);

    db.setPort(3306);

    if (!db.open()) {

        qDebug() << "Open datatabase error:" << db.lastError().text();

        return QSqlDatabase();

    }

    return db;

}

在ConnectionPool类的构造函数中，预先创建maxConnectionCount个数据库连接，并存储在usedConnectionNames中。在该构造函数调用后，用户可以直接通过openConnection()方法获取连接，加快数据库操作的速度。

数据库连接长时间不操作是可能会断开，检查数据库的配置连接时间，一般会有时间限制，建议你程序启动需要和数据库交互时，先判断数据库是否是连接状态，未连接时重新连接。

关于qt中数据库连接池的介绍到此就结束了。

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