Tomcat数据库连接泄漏排查：解决连接池耗尽导致的服务不可用

在现代的Web应用开发中，数据库连接是至关重要的一环。然而，数据库连接泄漏问题却常常困扰着开发者，它可能导致连接池耗尽，进而使得服务不可用。下面我们就来详细探讨一下如何排查和解决这个问题。

一、问题背景与应用场景

在很多Web应用里，Tomcat作为常用的Servlet容器，负责处理客户端的请求。而应用往往需要和数据库进行交互，比如查询用户信息、存储订单数据等。为了提高性能，通常会使用连接池来管理数据库连接。连接池可以预先创建一定数量的数据库连接，当应用需要和数据库交互时，直接从连接池中获取连接，使用完后再归还到连接池中。

举个例子，一个电商网站，用户在浏览商品、下单等操作时，应用程序都需要和数据库进行通信。如果在代码中存在数据库连接泄漏的问题，随着时间的推移，连接池中的连接会被不断占用而无法释放，最终导致连接池耗尽。当新的请求到来时，无法获取到数据库连接，就会出现服务不可用的情况，比如用户无法正常下单、查看订单信息等。

二、技术优缺点分析

连接池技术的优点

• 提高性能：连接池预先创建好数据库连接，避免了每次和数据库交互时都要创建新连接的开销，大大提高了应用程序的响应速度。例如，在一个高并发的论坛应用中，大量用户同时发帖、回帖，如果每次操作都创建新的数据库连接，会严重影响性能。使用连接池后，应用可以快速从连接池中获取连接，处理用户请求。

// 示例：使用Apache DBCP连接池获取数据库连接
import org.apache.commons.dbcp2.BasicDataSource;
import java.sql.Connection;
import java.sql.SQLException;

public class ConnectionPoolExample {
    private static BasicDataSource dataSource;

    static {
        dataSource = new BasicDataSource();
        dataSource.setUrl("jdbc:mysql://localhost:3306/mydb");
        dataSource.setUsername("root");
        dataSource.setPassword("password");
        dataSource.setInitialSize(5); // 初始连接数
        dataSource.setMaxTotal(10); // 最大连接数
    }

    public static Connection getConnection() throws SQLException {
        return dataSource.getConnection();
    }
}

• 资源管理：连接池可以对数据库连接进行统一管理，控制连接的数量，避免了连接过多导致数据库资源耗尽。

连接池技术的缺点

• 配置复杂：连接池有很多配置参数，如初始连接数、最大连接数、最小空闲连接数等，需要根据应用的实际情况进行合理配置。如果配置不当，可能会影响应用的性能。例如，如果最大连接数设置得太小，在高并发情况下，可能会导致连接池耗尽；如果设置得太大，会占用过多的数据库资源。
• 连接泄漏风险：如果代码中存在连接泄漏的问题，连接池无法自动检测和修复，会导致连接池中的连接不断被占用，最终耗尽连接池。

三、排查数据库连接泄漏的方法

1. 代码审查

仔细检查代码中获取和释放数据库连接的部分。在Java中，通常使用try-with-resources语句来确保数据库连接在使用完后被正确关闭。

import java.sql.Connection;
import java.sql.DriverManager;
import java.sql.ResultSet;
import java.sql.Statement;

public class DatabaseExample {
    public static void main(String[] args) {
        try (Connection connection = DriverManager.getConnection("jdbc:mysql://localhost:3306/mydb", "root", "password");
             Statement statement = connection.createStatement();
             ResultSet resultSet = statement.executeQuery("SELECT * FROM users")) {
            while (resultSet.next()) {
                System.out.println(resultSet.getString("username"));
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

在上面的代码中，使用try-with-resources语句，Connection、Statement和ResultSet会在代码块执行完毕后自动关闭，避免了连接泄漏。如果没有使用try-with-resources语句，需要手动在finally块中关闭连接。

import java.sql.Connection;
import java.sql.DriverManager;
import java.sql.ResultSet;
import java.sql.Statement;

public class ManualCloseExample {
    public static void main(String[] args) {
        Connection connection = null;
        Statement statement = null;
        ResultSet resultSet = null;
        try {
            connection = DriverManager.getConnection("jdbc:mysql://localhost:3306/mydb", "root", "password");
            statement = connection.createStatement();
            resultSet = statement.executeQuery("SELECT * FROM users");
            while (resultSet.next()) {
                System.out.println(resultSet.getString("username"));
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                if (resultSet != null) resultSet.close();
                if (statement != null) statement.close();
                if (connection != null) connection.close();
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

2. 日志监控

在代码中添加日志记录，记录数据库连接的获取和释放情况。可以使用日志框架，如Log4j或SLF4J。

import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
import java.sql.Connection;
import java.sql.DriverManager;

public class LoggingExample {
    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(LoggingExample.class);

    public static void main(String[] args) {
        Connection connection = null;
        try {
            logger.info("Trying to get a database connection...");
            connection = DriverManager.getConnection("jdbc:mysql://localhost:3306/mydb", "root", "password");
            logger.info("Database connection obtained successfully.");
            // 执行数据库操作
        } catch (Exception e) {
            logger.error("Failed to get database connection: ", e);
        } finally {
            try {
                if (connection != null) {
                    logger.info("Closing database connection...");
                    connection.close();
                    logger.info("Database connection closed.");
                }
            } catch (Exception e) {
                logger.error("Failed to close database connection: ", e);
            }
        }
    }
}

通过查看日志，可以了解数据库连接的使用情况，判断是否存在连接泄漏。

3. 连接池监控工具

很多连接池都提供了监控功能，可以查看连接池的状态，如当前连接数、空闲连接数等。例如，Apache DBCP连接池可以通过BasicDataSource对象的方法获取连接池的状态信息。

import org.apache.commons.dbcp2.BasicDataSource;
import java.sql.SQLException;

public class ConnectionPoolMonitoringExample {
    private static BasicDataSource dataSource;

    static {
        dataSource = new BasicDataSource();
        dataSource.setUrl("jdbc:mysql://localhost:3306/mydb");
        dataSource.setUsername("root");
        dataSource.setPassword("password");
        dataSource.setInitialSize(5);
        dataSource.setMaxTotal(10);
    }

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Active connections: " + dataSource.getNumActive());
        System.out.println("Idle connections: " + dataSource.getNumIdle());
    }
}

如果发现活动连接数不断增加，而空闲连接数不断减少，可能存在连接泄漏问题。

四、解决连接池耗尽问题的方法

1. 修复代码中的连接泄漏问题

根据前面排查的结果，修改代码中存在连接泄漏的部分。确保在每次获取数据库连接后，都能正确释放连接。

2. 调整连接池配置

根据应用的实际情况，调整连接池的配置参数。例如，如果应用的并发量比较大，可以适当增加最大连接数；如果应用的访问量比较稳定，可以减少初始连接数。

import org.apache.commons.dbcp2.BasicDataSource;
import java.sql.Connection;
import java.sql.SQLException;

public class AdjustConnectionPoolConfigExample {
    private static BasicDataSource dataSource;

    static {
        dataSource = new BasicDataSource();
        dataSource.setUrl("jdbc:mysql://localhost:3306/mydb");
        dataSource.setUsername("root");
        dataSource.setPassword("password");
        dataSource.setInitialSize(3); // 减少初始连接数
        dataSource.setMaxTotal(20); // 增加最大连接数
    }

    public static Connection getConnection() throws SQLException {
        return dataSource.getConnection();
    }
}

3. 定期清理无效连接

有些连接可能因为网络故障、数据库异常等原因变得无效，连接池可以配置定期清理这些无效连接的功能。例如，在Apache DBCP连接池中，可以设置testWhileIdle、timeBetweenEvictionRunsMillis等参数。

import org.apache.commons.dbcp2.BasicDataSource;
import java.sql.Connection;
import java.sql.SQLException;

public class CleanInvalidConnectionsExample {
    private static BasicDataSource dataSource;

    static {
        dataSource = new BasicDataSource();
        dataSource.setUrl("jdbc:mysql://localhost:3306/mydb");
        dataSource.setUsername("root");
        dataSource.setPassword("password");
        dataSource.setInitialSize(5);
        dataSource.setMaxTotal(10);
        dataSource.setTestWhileIdle(true); // 开启空闲连接测试
        dataSource.setTimeBetweenEvictionRunsMillis(3600000); // 每小时检查一次
    }

    public static Connection getConnection() throws SQLException {
        return dataSource.getConnection();
    }
}

五、注意事项

• 异常处理：在代码中处理数据库操作的异常时，要确保连接能够正确释放。如果在异常处理中没有关闭连接，也会导致连接泄漏。
• 多线程环境：在多线程环境下，要注意对数据库连接的同步操作，避免多个线程同时操作同一个连接导致连接泄漏。
• 数据库配置：要确保数据库的配置和连接池的配置相匹配，比如数据库的最大连接数限制等。

六、文章总结

数据库连接泄漏是一个常见但又容易被忽视的问题，它可能会导致连接池耗尽，进而影响服务的可用性。通过代码审查、日志监控和连接池监控工具等方法，可以有效地排查数据库连接泄漏问题。一旦发现问题，要及时修复代码中的连接泄漏部分，调整连接池配置，并定期清理无效连接。同时，在开发过程中要注意异常处理、多线程环境和数据库配置等问题，避免出现连接泄漏。只有这样，才能保证应用程序的稳定性和可靠性。