在Python中使用连接池
在数据库操作中，频繁地打开和关闭连接会消耗大量的资源和时间，在一些需要高并发的场景，我们就需要连接池技术优化这一问题。本文以 Python 中的 SQLite 数据库为例，介绍如何使用连接池来提升数据操作的效率。
对于使用 SQLite 这样的轻量级数据库，虽然连接的开销相对较小，但在高并发或要求快速响应的应用场景中，优化连接过程仍然非常重要。
import sqlite3
# Connect to database ( 这里会很耗时 )
conn = sqlite3.connect('mydatabase.db')
# Create a cursor object
cursor = conn.cursor()
# Create a table (if it doesn't exist)
cursor.execute('''sql statement''')
首先，我们来理解一下什么是连接池。在数据库操作中，每次访问数据库都需要和数据库服务器建立一个连接（conn = sqlite3.connect('mydatabase.db')），这个过程包括创建连接对象、与数据库建立通信、验证等多个步骤。连接池，顾名思义，就是预创建并存储一系列连接对象，当程序需要与数据库交互时，直接从池中取用，用完了再放回池中，避免了频繁创建和销毁连接的开销。
使用数据库连接池的步骤：
1.安装必要的 Python 库
首先确保已经安装了 sqlite3 模块，虽然 SQLite 在 Python 标准库中自带了 sqlite3 接口，但是没有实现连接池的功能，为此我们需要自行编写连接池，或使用第三方库，例如 sqlalchemy. 通过 pip 可以轻松安装 :
pip install sqlalchemy
接下来分别介绍这两种方法。
2.自行编写连接池
自行编写连接池，可以更好的理解连接池到底做了什么。
import sqlite3
from queue import Queue
class SQLiteConnectionPool:
"""
SQLite 连接池类，用于管理数据库连接，避免频繁创建和关闭连接的开销。
"""
def __init__(self, db_path, max_connections=10):
"""
初始化连接池。
Args:
db_path (str): 数据库文件路径。
max_connections (int): 连接池允许的最大连接数，默认为 10。
"""
self.db_path = db_path # 数据库文件路径
self.max_connections = max_connections # 最大连接数
self.free_connections = Queue(maxsize=max_connections) # 存储空闲连接的队列
def get_connection(self):
"""
从连接池获取一个数据库连接。
Returns:
sqlite3.Connection: 一个 SQLite 数据库连接对象。
"""
if self.free_connections.empty(): # 如果队列为空，则创建新的连接
conn = sqlite3.connect(self.db_path)
else: # 否则从队列中获取一个空闲连接
conn = self.free_connections.get()
return conn
def put_connection(self, conn):
"""
将一个数据库连接放回连接池。
Args:
conn (sqlite3.Connection): 要放回的数据库连接对象。
"""
self.free_connections.put(conn) # 将连接放回队列
代码解释 :
SQLiteConnectionPool 类 : 定义了连接池类，用于管理数据库连接。
构造函数 : 接收 db_path ( 数据库文件路径 ) 和 max_connections ( 最大连接数 ) 参数。创建了一个 Queue 对象来存储空闲连接，最大容量为 max_connections。
get_connection() 方法 :尝试从 free_connections 队列获取一个空闲连接。如果队列为空，则创建一个新的连接。返回获取到的连接。
put_connection() 方法 :将用完的连接放回 free_connections 队列，以便后续复用。
该连接池的使用方法：
pool = SQLiteConnectionPool('yoursqlite.db')
def concurrent_access(pool):
conn = pool.get_connection()
cur = conn.cursor()
# 参数化查询
cur.execute("sql")
rows = cur.fetchall()
pool.put_connection(conn)
return rows
函数 concurrent_access 可以在高频场景下调用，本质上，连接池相当于一个全局变量。
3.使用 sqlalchemy 创建连接池
使用 sqlalchemy 的 create_engine 函数，我们可以创建一个 SQLite 连接池。
from sqlalchemy import create_engine
engine = create_engine('sqlite:///my_database.db', pool_size=10)
使用方法也比较简单 :
from sqlalchemy import create_engine,text
engine = create_engine('sqlite:///my_database.db', pool_size=10)
def concurrent_access():
with engine.connect() as conn:
result = conn.execute(text("select * from reply"))
for row in result:
print(row)
函数 concurrent_access 可以在高频场景下调用，with 语句会自动处理连接的回收事宜。相当于以下代码：
conn = engine.connect()
# 数据库操作 ...
conn.close()
conn.close() 关闭连接，实际上这是将连接放回连接池中。
4.连接池的进阶使用
sqlalchemy 也支持许多高级功能，例如事务管理、ORM 模型等，这些可以帮助你更好地管理数据库操作。
