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Java语言编程，通过阿里云mongo数据库监控实现数据库的连接池优化

一、背景

线上程序连接mongos超时，mongo监控显示连接数已使用100%。

java程序报错信息：

org.mongodb.driver.connection: Closed connection [connectionId{localValue:1480}] to 192.168.10.16:3717 because there was a socket exception raised by this connection

org.springframework.data.mongodb.UncategorizedMongoDbException: Prematurely reached end of stream; nested exception is com.mongodb.MongoSocketReadException: Prematurely reached end of stream
	at org.springframework.data.mongodb.core.MongoExceptionTranslator.translateExceptionIfPossible(MongoExceptionTranslator.java:138)
	at org.springframework.data.mongodb.core.MongoTemplate.potentiallyConvertRuntimeException(MongoTemplate.java:2902)
	at org.springframework.data.mongodb.core.MongoTemplate.executeFindMultiInternal(MongoTemplate.java:2810)
	at org.springframework.data.mongodb.core.MongoTemplate.doFind(MongoTemplate.java:2532)
	at org.springframework.data.mongodb.core.MongoTemplate.doFind(MongoTemplate.java:2515)
	at org.springframework.data.mongodb.core.MongoTemplate.find(MongoTemplate.java:876)

此时java应用程序的监控指标是，接口超时。

在这里插入图片描述

走过的弯路是，怀疑出现了慢查询，数据量剧增的同时没有索引。

所以，前期解决方向着重在优化Mongodb查询速度，增加索引。

但是，接口还是报错，超时；服务健康检测时，还是进入了不健康状态。

而进一步查看Mongodb数据库并没有很慢（超过500毫秒）的慢查询。

再查看Mongodb的内存、CPU、网络流量等指标本身也没有异常，唯独遗漏了连接数指标。

通过本文，希望读者也有同感，连接数指标很重要。

二、连接池配置

  • 最小连接数
  • 最大连接数
  • 连接的空闲时间
  • 连接的存活时间
  • 等待队列的长度
  • 等待可用的超时

参考链接：
mongo connection-string

因为不同语言的Mongo驱动实现不同，本文从java实现看一看其源码。

  • 阿里云数据库监控

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
从上图也可以看到，mongo数据库总共创建的连接数多达1189个，活跃的只有12个。

所以需要配置连接的空闲时间，及时释放连接，才不会导致有效请求无法连接mongodb。

而我们每个mongos能创建的连接数上限是2000，从监控信息可以看出，见下图：
在这里插入图片描述
当这里的连接使用率为100%时，程序后面想创建新的mongo连接，就会失败了。

既然知道这些指标重要，所以需要设置报警规则。

在这里插入图片描述

  • mongos配置及使用
    在这里插入图片描述
    购买的mongos，规格显示是最大3K，最后却只有2K。这是个大坑么？
    所以当我们的程序节点越来越多，只好购买多个mongos，截止目前，我们都已买了4个Mongos

在这里插入图片描述
在配置spring.data.mongodb.uri的值时，格式如下：

//指定连某个mongos
mongodb://{用户名}:{密码}@{域名信息}:3717/db_name

//配置多个mongos
mongodb://{用户名}:{密码}@{域名信息1}:3717,{域名信息2}:3717,{域名信息3}:3717,{域名信息4}:3717/db_name

三、源码spring.boot.autoconfigure

1、入口类MongoAutoConfiguration.java

见jar包spring.boot.autoconfigure-2.2.4.RELEASE.jar

在这里插入图片描述
主要代码：

    @Bean
	@ConditionalOnMissingBean(type = { "com.mongodb.MongoClient", "com.mongodb.client.MongoClient" })
	public MongoClient mongo(MongoProperties properties, ObjectProvider<MongoClientOptions> options,
			Environment environment) {
		return new MongoClientFactory(properties, environment).createMongoClient(options.getIfAvailable());
	}

使用MongoClientFactory工厂模式创建并实例化类MongoClient。

下一步看一看工厂类MongoClientFactory的主要实现。

2、工厂类MongoClientFactory.java

在这里插入图片描述
读取MongoProperties配置以及MongoClientOptions配置，前者是通过application.yaml配置，后者是通过uri追加参数的方式。

下面看一看这两个配置类里都有哪些配置项，着重分析是否有针对连接池相关的。

3、MongoProperties.java

在这里插入图片描述

这里就不一一贴出来，发现并没有连接池相关的配置。

那么进一步查看com.mongodb.MongoClientOptions.java类有哪些属性。

4、MongoClientOptions.java

在这里插入图片描述
可以看到，连接池配置相关参数，是在这个类中。

那么，他们是在什么哪里赋值的呢？

它们跟Mongodb驱动有关，让我们跳到jar包momgo-java-driver-3.11.2.jar

四、源码momgo-java-driver

数据库驱动使用jdni技术，避免了程序与数据库之间的紧耦合，使应用更加易于配置、易于部署。

在这里插入图片描述
找到类com.mongodb.client.jndi.MongoClientFactory.java
在这里插入图片描述

1、工厂类MongoClientFactory.java

package com.mongodb.client.jndi;

import com.mongodb.MongoClient;
import com.mongodb.MongoClientURI;
import com.mongodb.MongoException;
import com.mongodb.diagnostics.logging.Logger;
import com.mongodb.diagnostics.logging.Loggers;
import java.util.Enumeration;
import java.util.Hashtable;
import javax.naming.Context;
import javax.naming.Name;
import javax.naming.RefAddr;
import javax.naming.Reference;
import javax.naming.spi.ObjectFactory;

public class MongoClientFactory implements ObjectFactory {
    private static final Logger LOGGER = Loggers.getLogger("client.jndi");
    private static final String CONNECTION_STRING = "connectionString";

    public MongoClientFactory() {
    }

    public Object getObjectInstance(Object obj, Name name, Context nameCtx, Hashtable<?, ?> environment) throws Exception {
        String connectionString = null;
        if (environment.get("connectionString") instanceof String) {
            connectionString = (String)environment.get("connectionString");
        }

        if (connectionString == null || connectionString.isEmpty()) {
            LOGGER.debug(String.format("No '%s' property in environment.  Casting 'obj' to java.naming.Reference to look for a javax.naming.RefAddr with type equal to '%s'", "connectionString", "connectionString"));
            if (obj instanceof Reference) {
                Enumeration props = ((Reference)obj).getAll();

                while(props.hasMoreElements()) {
                    RefAddr addr = (RefAddr)props.nextElement();
                    if (addr != null && "connectionString".equals(addr.getType()) && addr.getContent() instanceof String) {
                        connectionString = (String)addr.getContent();
                        break;
                    }
                }
            }
        }

        if (connectionString != null && !connectionString.isEmpty()) {
            MongoClientURI uri = new MongoClientURI(connectionString);
            return new MongoClient(uri);
        } else {
            throw new MongoException(String.format("Could not locate '%s' in either environment or obj", "connectionString"));
        }
    }
}

这里引入了一个关键类MongoClientURI.java

2、MongoClientURI.java

它有一个属性：ConnectionString对象，也就是说，MongoClientURI是用来解析数据库连接参数。

在这里插入图片描述
见关键代码： new ConnectionString(uri)

3、连接参数类com.mongodb.ConnectionString.java

该类的代码行数比较多，首要看的是其构造函数。（写出了从mongo.uri中解析数据库连接池参数的全过程）

spring:
  data:
    mongodb:
      uri: mongodb://192.168.10.16:3717/db_name?maxPoolSize=50
  • 构造函数

主要围绕着解析数据库连接相关参数来说明，其他的可以自行看源码。

在这里插入图片描述

  • 解析配置项 private Map<String, List> parseOptions(String optionsPart)

在这里插入图片描述

  • 赋值给当前类ConnectionString的属性
   private void translateOptions(Map<String, List<String>> optionsMap) {
        boolean tlsInsecureSet = false;
        boolean tlsAllowInvalidHostnamesSet = false;
        Iterator var4 = GENERAL_OPTIONS_KEYS.iterator();

        while(var4.hasNext()) {
            String key = (String)var4.next();
            String value = this.getLastValue(optionsMap, key);
            if (value != null) {
                if (key.equals("maxpoolsize")) {
                    this.maxConnectionPoolSize = this.parseInteger(value, "maxpoolsize");
                } else if (key.equals("minpoolsize")) {
                    this.minConnectionPoolSize = this.parseInteger(value, "minpoolsize");
                } else if (key.equals("maxidletimems")) {
                    this.maxConnectionIdleTime = this.parseInteger(value, "maxidletimems");
                } else if (key.equals("maxlifetimems")) {
                    this.maxConnectionLifeTime = this.parseInteger(value, "maxlifetimems");
                } else if (key.equals("waitqueuemultiple")) {
                    this.threadsAllowedToBlockForConnectionMultiplier = this.parseInteger(value, "waitqueuemultiple");
                } else if (key.equals("waitqueuetimeoutms")) {
                    this.maxWaitTime = this.parseInteger(value, "waitqueuetimeoutms");
                } else if (key.equals("connecttimeoutms")) {
                    this.connectTimeout = this.parseInteger(value, "connecttimeoutms");
                } else if (key.equals("sockettimeoutms")) {
                    this.socketTimeout = this.parseInteger(value, "sockettimeoutms");
                } else if (key.equals("tlsallowinvalidhostnames")) {
                    this.sslInvalidHostnameAllowed = this.parseBoolean(value, "tlsAllowInvalidHostnames");
                    tlsAllowInvalidHostnamesSet = true;
                } else if (key.equals("sslinvalidhostnameallowed")) {
                    this.sslInvalidHostnameAllowed = this.parseBoolean(value, "sslinvalidhostnameallowed");
                    tlsAllowInvalidHostnamesSet = true;
                } else if (key.equals("tlsinsecure")) {
                    this.sslInvalidHostnameAllowed = this.parseBoolean(value, "tlsinsecure");
                    tlsInsecureSet = true;
                } else if (key.equals("ssl")) {
                    this.initializeSslEnabled("ssl", value);
                } else if (key.equals("tls")) {
                    this.initializeSslEnabled("tls", value);
                } else if (key.equals("streamtype")) {
                    this.streamType = value;
                    LOGGER.warn("The streamType query parameter is deprecated and support for it will be removed in the next major release.");
                } else if (key.equals("replicaset")) {
                    this.requiredReplicaSetName = value;
                } else if (key.equals("readconcernlevel")) {
                    this.readConcern = new ReadConcern(ReadConcernLevel.fromString(value));
                } else if (key.equals("serverselectiontimeoutms")) {
                    this.serverSelectionTimeout = this.parseInteger(value, "serverselectiontimeoutms");
                } else if (key.equals("localthresholdms")) {
                    this.localThreshold = this.parseInteger(value, "localthresholdms");
                } else if (key.equals("heartbeatfrequencyms")) {
                    this.heartbeatFrequency = this.parseInteger(value, "heartbeatfrequencyms");
                } else if (key.equals("appname")) {
                    this.applicationName = value;
                } else if (key.equals("retrywrites")) {
                    this.retryWrites = this.parseBoolean(value, "retrywrites");
                } else if (key.equals("retryreads")) {
                    this.retryReads = this.parseBoolean(value, "retryreads");
                }
            }
        }

        if (tlsInsecureSet && tlsAllowInvalidHostnamesSet) {
            throw new IllegalArgumentException("tlsAllowInvalidHostnames or sslInvalidHostnameAllowed set along with tlsInsecure is not allowed");
        } else {
            this.writeConcern = this.createWriteConcern(optionsMap);
            this.readPreference = this.createReadPreference(optionsMap);
            this.compressorList = this.createCompressors(optionsMap);
        }
    }

这个方法揭示了mongodb驱动所支持的全部参数，而且它读取的key字符都是小写字母。

而我们在实际配置mongodb.uri连接参数的时候，一般都会采用驼峰格式。

这是因为在方法parseOptions()解析的时候，强制把所有的key都转换为小写了。
在这里插入图片描述

五、参数的默认值

至此，我们已知道了mongodb连接支持哪些参数，但是，当缺省未配置时，它们的默认值分别是多少呢？

这就得看另一个jar包mongodb-driver-core-3.11.2.jar， package为com.mongodb.connection下，有一个类ConnectionPoolSettings采用builder构造模式，可以看到，在构建对象的时候有进行默认赋值。

在这里插入图片描述
所以，如果你没有对属性maxConnectionIdleTimeMS进行设置，默认是0，不会释放空闲连接。

前面4个属性都可以不管，属性maxConnectionIdleTimeMS是一定要设置的。

否则不活跃的连接都一直占据着mongo的连接，随着服务节点增多，就会影响到所有依赖Mongo集群的服务。

体现出来的报错就是连接超时，你还以为是服务的qps过高导致服务挂了呢。

而mongodb的慢查询又没有，服务的qps很低的时候，仍旧报连接mongo超时错误。（真的是要怀疑人生）

使出重启大法，服务也无法健康。

如果你想对节点扩容，那就离曙光越来越远了。

文末，我这里给出Mongo连接池相关的参数：

spring:
  data:
    mongodb:
      uri: mongodb://192.168.10.16:3717/db_name?maxPoolSize=50&minPoolSize=10&maxIdleTimeMS=60000

六、总结

本文的内容比较长，既描述了阿里云对mongodb数据库的监控（着重是连接数指标），以及Mongos的使用及购买的坑，也从Java语言的 Mongo驱动程序作为切入点，分析并总结了支持哪些数据库连接池的配置项。

本案例是基于生产实际中遇到的一个棘手问题，希望可以帮助到你。

通过本文，让我们对连接数这个指标有更深的体会，它是一个很冷的指标，却非常致命。

说它致命，是说我们在遇到程序报错的时候，极容易陷入平常思维，以为是有慢查询，或者程序QPS过高导致程序挂了。

当你想去扩容程序的节点数，或者创建数据库索引的时候，服务不健康的问题并不能得到丝毫解决。

当没有找到问题的根本时，就像一个病人感冒去看医生，结果CT和心电图等一大推检查，只会起到拖延的作用。

悦读

道可道，非常道；名可名，非常名。 无名，天地之始，有名，万物之母。 故常无欲，以观其妙，常有欲，以观其徼。 此两者，同出而异名，同谓之玄，玄之又玄，众妙之门。

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