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研究背景

针对多用户/高并发访问MYSQL数据库这一场景，研究不同Python并发模式(单线程/多线程)和不同MYSQL连接模式(单连接/多连接/连接池)时的程序性能。

研究手段

脚本

• 初始化MYSQL数据库

  • : 包括创建database，创建table，添加示例(example)等功能。脚本只需执行一次。如果必要，需要修改脚本中的数据库hostname, username和password。

• 并发读取数据库内容

  • : 单线程，单连接
  • : 单线程，多连接
  • : 多线程，单连接
  • : 多线程，多连接
  • : 多线程，连接池

工具

• : 一种动态分析工具，测量程序每一步的执行时间。
• : 一种Linux内置命令，测量程序总的执行时间。
• : 一种Linux第三方工具，测量程序在多次执行情况下的最大/平均/最小执行时间。

研究结果

单线程程序中，多连接的耗时显著高于单连接。

例如，单线程场景下，连续读取1000次MYSQL数据库中的数据，测量单连接和多连接时各自的执行时间：

root@hzettv53:~/workspace/github/python-mysql-examples# time python stsc.pyreal    0m0.234sroot@hzettv53:~/workspace/github/python-mysql-examples# time python stmc.pyreal    0m1.378s复制代码

可以看到，采用单连接时，程序耗时0.234秒；采用多连接(即每次访问都新建一个连接)时，程序耗时1.378秒。后者是前者的近6倍。

进一步分析后可以发现，造成这一现象的原因在于：MYSQL连接的创建是一个时间开销较大的操作。例如，执行命令python -m cProfile -s cumtime stmc.py：

ncalls  tottime  percall  cumtime  percall filename:lineno(function)        1    0.039    0.039    1.410    1.410 stmc.py:3(
    
     )     1000    0.005    0.000    1.345    0.001 stmc.py:7(read_user_from_db)     1000    0.013    0.000    0.885    0.001 __init__.py:128(connect)     1000    0.007    0.000    0.871    0.001 connection.py:53(__init__)     1000    0.004    0.000    0.856    0.001 abstracts.py:711(connect)复制代码
    

可以看到，在多连接情况下，总执行时间1.410秒，其中建立连接这一步(init.py:128(connect))就花了0.885秒，占比接近63%。这说明，创建MYSQL连接是一个时间开销相对较大的步骤。多连接情况下，每次访问MYSQL数据库都会创建一个新的连接，从而大大增加总的执行时间。

MYSQL连接不是线程安全的。

执行命令python mtsc.py，程序出现异常。

Exception in thread Thread-102:Traceback (most recent call last):  File "/usr/lib/python2.7/threading.py", line 801, in __bootstrap_inner......    if buf[0] == 251:  # \xfbIndexError: bytearray index out of range复制代码

这种异常一般是由多个线程同时操作共享数据出现冲突导致的。当然，由于冲突的多样性，异常表现并不局限于上面这种。

为什么出现异常？因为MYSQL连接不是线程安全的。这意味着，在多线程程序中，MYSQL连接不能由多个线程共享。

多线程程序中，使用连接池比使用多连接更加高效。

既然MYSQL不是线程安全的，那么在多线程程序中，我们有两种选择。

(1) 使用多连接，即每个线程使用一个自己创建的连接。

(2) 使用连接池(Connection Pool)，即维护一组创建好的数据库连接，由每个线程在需要时从中获取(而不是创建)一个空闲的连接，并且在使用完毕之后放回(而不是关闭)连接。

那么，哪一种方法效率更高呢？

root@hzettv53:~/workspace/github/python-mysql-examples# time python mtmc.pyreal    0m2.347sroot@hzettv53:~/workspace/github/python-mysql-examples# time python mtcp.pyreal    0m1.434s复制代码

通过比较我们可以发现，在多连接情况下，程序执行时间为2.347秒，而在连接池情况下，程序执行时间只要1.434秒，节省了近40%。

这是因为，使用连接池的方式能够减少数据库连接的创建次数，提高数据库连接的使用效率，因而更加高效。

总结

这篇文章针对多用户/高并发访问MYSQL数据库这一场景，研究了不同Python并发模式(单线程/多线程)和不同MYSQL连接模式(单连接/多连接/连接池)时的程序执行效率。

从文中的实验结果可以发现，为了提高MYSQL数据库访问程序的性能：

• 在能够共享连接的情况下，尽量使用共享连接
• 在不能共享连接的情况下，使用连接池

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