JDBC的超时原理

1.什么是JDBC

jdbc是业务系统连接数据的标准API。SUN公司一共定义了4中类型的JDBC:JDBC-ODBC桥；Native-API 驱动；Network-Protocol 驱动；Database-Protocol 驱动；我们主要使用的是第4种，该类型的Driver完全由Java代码实现，通过使用socket与数据库进行通信。

JDBC通过socket对字节流进行处理，因此也会有一些基本网络操作，类似于HttpClient这种用于网络操作的代码库。当在网络操作中遇到问题的时候，将会消耗大量的cpu资源，并且失去响应超时。如果你之前用过HttpClient，那么你一定遇到过未设置timeout造成的错误。同样，第4种类型的JDBC，若没有合理地设置socket timeout，也会有相同的错误——连接被阻塞。 接下来，就让我们来学习一下如何正确地设置socket timeout，以及需要考虑的问题。

上图展示了简化后应用与数据库间的timeout层级。高级别的timeout依赖于低级别的timeout，只有当低级别的timeout无误时，高级别的timeout才能确保正常。例如，当socket timeout出现问题时，高级别的statement timeout和transaction timeout都将失效。 statement timeout无法处理网络连接失败时的超时，它能做的仅仅是限制statement的操作时间。网络连接失败时的timeout必须交由JDBC来处理。 JDBC的socket timeout会受到操作系统socket timeout设置的影响。

DBCP连接池位于图2的左侧，你会发现timeout层级与DBCP是相互独立的。DBCP负责的是数据库连接的创建和管理，并不干涉timeout的处理。当连接在DBCP中创建，或是DBCP发送校验query检查连接有效性的时候，socket timeout将会影响这些过程，但并不直接对应用造成影响。 当在应用中调用DBCP的getConnection()方法时，你可以设置获取数据库连接的超时时间，但是这和JDBC的timeout毫不相关。

2.什么是Transaction TimeOut

transaction timeout一般存在于框架（Spring, EJB）或应用级。transaction timeout或许是个相对陌生的概念，简单地说，transaction timeout就是“statement Timeout * N（需要执行的statement数量） + @（垃圾回收等其他时间）”。transaction timeout用来限制执行statement的总时长。在Spring中，你可以使用下面展示的XML或是在源码中使用@Transactional注解来进行设置。

<tx:attributes>
        <tx:method name=“…” timeout=“3″/>
</tx:attributes>

Spring提供的transaction timeout配置非常简单，它会记录每个事务的开始时间和消耗时间，当特定的事件发生时就会对消耗时间做校验，当超出timeout值时将抛出异常。
Spring中，数据库连接被保存在ThreadLocal里，这被称为事务同步（Transaction Synchronization），与此同时，事务的开始时间和消耗时间也被保存下来。当使用这种代理连接创建statement时，就会校验事务的消耗时间。

3.什么Statement TimeOut

statement timeout用来限制statement的执行时长，timeout的值通过调用JDBC的java.sql.Statement.setQueryTimeout(int timeout) API进行设置。不过现在开发者已经很少直接在代码中设置，而多是通过框架来进行设置。 
以iBatis为例，statement timeout的默认值可以通过sql-map-config.xml中的defaultStatementTimeout 属性进行设置。同时，你还可以设置sqlmap中select，insert，update标签的timeout属性，从而对不同sql语句的超时时间进行独立的配置。

4.JDBC的Timeout实现机制

Oracle：

• 通过调用Connection的createStatement()方法创建statement
  
  调用Statement的executeQuery()方法

  statement通过自身connection将query发送给Oracle数据库

  statement在OracleTimeoutPollingThread（每个classloader一个）上进行注册

  达到超时时间

  OracleTimeoutPollingThread调用OracleStatement的cancel()方法

  通过connection向正在执行的query发送cancel消息

SQLServer:与oracle类似

MySql:

• 通过调用Connection的createStatement()方法创建statement
  
  调用Statement的executeQuery()方法

  statement通过自身connection将query发送给MySQL数据库

  statement创建一个新的timeout-execution线程用于超时处理

  5.1版本后改为每个connection分配一个timeout-execution线程

  向timeout-execution线程进行注册

  达到超时时间

  TimerThread调用JtdsStatement实例中的TsdCore.cancel()方法

  timeout-execution线程创建一个和statement配置相同的connection

  使用新创建的connection向超时query发送cancel query（KILL QUERY “connectionId”）

CUBRID：与MYSQL类似

5.JDBC的Socket TimeOut

第4种类型的JDBC使用socket与数据库连接，数据库并不对应用与数据库间的连接超时进行处理。 
JDBC的socket timeout在数据库被突然停掉或是发生网络错误（由于设备故障等原因）时十分重要。由于TCP/IP的结构原因，socket没有办法探测到网络错误，因此应用也无法主动发现数据库连接断开。如果没有设置socket timeout的话，应用在数据库返回结果前会无期限地等下去，这种连接被称为dead connection。 
为了避免dead connections，socket必须要有超时配置。socket timeout可以通过JDBC设置，socket timeout能够避免应用在发生网络错误时产生无休止等待的情况，缩短服务失效的时间。

不推荐使用socket timeout来限制statement的执行时长，因此socket timeout的值必须要高于statement timeout，否则，socket timeout将会先生效，这样statement timeout就变得毫无意义，也无法生效。

下面展示了socket timeout的两个设置项，不同的JDBC驱动其配置方式会有所不同。

• socket连接时的timeout：通过Socket.connect(SocketAddress endpoint, int timeout)设置
• socket读写时的timeout：通过Socket.setSoTimeout(int timeout)设置

通过查看CUBRID，MySQL，MS SQL Server (JTDS)和Oracle的JDBC驱动源码，我们发现所有的驱动内部都是使用上面的2个API来设置socket timeout的。

除了调用DBCP的API以外，还可以通过properties属性进行配置。

通过properties属性进行配置时，需要传入key为“connectionProperties”的键值对，value的格式为“[propertyName=property;]*”。下面是iBatis中的properties配置。

<transactionManager type=“JDBC”>
  <dataSource type=“com.nhncorp.lucy.db.DbcpDSFactory”>
     ….
     <property name=“connectionProperties” value=“oracle.net.CONNECT_TIMEOUT=6000;oracle.jdbc.ReadTimeout=6000″/>
  </dataSource>
</transactionManager>

6.操作系统级的Socket TimeOut

如果不设置socket timeout或connect timeout，应用多数情况下是无法发现网络错误的。因此，当网络错误发生后，在连接重新连接成功或成功接收到数据之前，应用会无限制地等下去。30分钟后应用的连接问题奇迹般的解决了，这是因为操作系统同样能够对socket timeout进行配置。Linux服务器将socket timeout设置为了30分钟，从而会在操作系统的层面对网络连接做校验，因此即使JDBC的socket timeout设置为0，由网络错误造成的数据库连接问题的持续时间也不会超过30分钟。

通常，应用会在调用Socket.read()时由于网络问题被阻塞住，而很少在调用Socket.write()时进入waiting状态，这取决于网络构成和错误类型。当Socket.write()被调用时，数据被写入到操作系统内核的缓冲区，控制权立即回到应用手上。因此，一旦数据被写入内核缓冲区，Socket.write()调用就必然会成功。但是，如果系统内核缓冲区由于某种网络错误而满了的话，Socket.write()也会进入waiting状态。这种情况下，操作系统会尝试重新发包，当达到重试的时间限制时，将产生系统错误。在我们公司，重新发包的超时时间被设置为15分钟。