原文:http://www.cubrid.org/blog/dev-platform/understanding-jdbc-internals-and-timeout-configuration/
恰當的JDBC超時設置能夠有效地減少服務失效的時間。本文將對數據庫的各種超時設置及其設置方法做介紹。
真實案例：應用服務器在遭到DDos攻擊後無法響應
在遭到DDos攻擊後，整個服務都垮掉了。由於第四層交換機不堪重負，網絡變得無法連接，從而導致業務系統也無法正常運轉。安全組很快屏蔽了所有的DDos攻擊，並恢復了網絡，但業務系統卻還是無法工作。 通過分析系統的thread dump發現，業務系統停在了JDBC API的調用上。20分鐘後，系統仍處於WAITING狀態，無法響應。30分鐘後，系統拋出異常，服務恢復正常。
爲什麼我們明明將query timeout設置成了3秒，系統卻持續了30分鐘的WAITING狀態？爲什麼30分鐘後系統又恢復正常了？
當你對理解了JDBC的超時設置後，就能找到問題的答案。
爲什麼我們要了解JDBC
當遇到性能問題或系統出錯時，業務系統和數據庫通常是我們最關心的兩個部分。在公司裏，這兩個部分是交由兩個不同的部門來負責的，因此各個部門都會集中精力地在自身領域內尋找問題，這樣的話，在業務系統和數據庫之間的部分就會成爲一個盲區。對於Java應用而言，這個盲區就是DBCP數據庫連接池和JDBC，本文將集中介紹JDBC。
什麼是JDBC
JDBC是Java應用中用來連接關係型數據庫的標準API。Sun公司一共定義了4種類型的JDBC，我們主要使用的是第4種，該類型的Driver完全由Java代碼實現，通過使用socket與數據庫進行通信。
圖1 JDBC Type 4.
第4種類型的JDBC通過socket對字節流進行處理，因此也會有一些基本網絡操作，類似於HttpClient這種用於網絡操作的代碼庫。當在網絡操作中遇到問題的時候，將會消耗大量的cpu資源，並且失去響應超時。如果你之前用過HttpClient，那麼你一定遇到過未設置timeout造成的錯誤。同樣，第4種類型的JDBC，若沒有合理地設置socket timeout，也會有相同的錯誤——連接被阻塞。
接下來，就讓我們來學習一下如何正確地設置socket timeout，以及需要考慮的問題。
**應用與數據庫間的timeout層級 **
圖2 Timeout Class.
上圖展示了簡化後應用與數據庫間的timeout層級。（譯者注：WAS/BLOC是作者公司的具體應用名稱，無需深究） 高級別的timeout依賴於低級別的timeout，只有當低級別的timeout無誤時，高級別的timeout才能確保正常。例如，當socket timeout出現問題時，高級別的statement timeout和transaction timeout都將失效。
我們收到的很多評論中提到：
即使設置了statement timeout，當網絡出錯時，應用也無法從錯誤中恢復。
statement timeout無法處理網絡連接失敗時的超時，它能做的僅僅是限制statement的操作時間。網絡連接失敗時的timeout必須交由JDBC來處理。
JDBC的socket timeout會受到操作系統socket timeout設置的影響，這就解釋了爲什麼在之前的案例中，JDBC連接會在網絡出錯後阻塞30分鐘，然後又奇蹟般恢復，即使我們並沒有對JDBC的socket timeout進行設置。
DBCP連接池位於圖2的左側，你會發現timeout層級與DBCP是相互獨立的。DBCP負責的是數據庫連接的創建和管理，並不干涉timeout的處理。當連接在DBCP中創建，或是DBCP發送校驗query檢查連接有效性的時候，socket timeout將會影響這些過程，但並不直接對應用造成影響。
當在應用中調用DBCP的getConnection()方法時，你可以設置獲取數據庫連接的超時時間，但是這和JDBC的timeout毫不相關。
圖3 Timeout for Each Levels.
什麼是Transaction Timeout
transaction timeout一般存在於框架（Spring, EJB）或應用級。
transaction timeout或許是個相對陌生的概念，簡單地說，transaction timeout就是“Statement Timeout * N（需要執行的statement數量） + @（垃圾回收等其他時間）”。transaction timeout用來限制執行statement的總時長。
例如，假設執行一個statement需要0.1秒，那麼執行少量statement不會有什麼問題，但若是要執行100,000個statement則需要10,000秒（約7個小時）。這時，transaction timeout就派上用場了。EJB CMT (Container Managed Transaction)就是一種典型的實現，它提供了多種方法供開發者選擇。但我們並不使用EJB，Spring的transaction timeout設置會更常用一些。在Spring中，你可以使用下面展示的XML或是在源碼中使用@Transactional註解來進行設置。
<tx:attributes>
<tx:method name=“…” timeout=“3″/>
</tx:attributes>
Spring提供的transaction timeout配置非常簡單，它會記錄每個事務的開始時間和消耗時間，當特定的事件發生時就會對消耗時間做校驗，當超出timeout值時將拋出異常。
Spring中，數據庫連接被保存在ThreadLocal裏，這被稱爲事務同步（Transaction Synchronization），與此同時，事務的開始時間和消耗時間也被保存下來。當使用這種代理連接創建statement時，就會校驗事務的消耗時間。
EJB CMT的實現方式與之類似，其結構本身也十分簡單。 當你選用的容器或框架並不支持transaction timeout這一特性，你可以考慮自己來實現。transaction timeout並沒有標準的API。Lucy框架的1.5和1.6版本都不支持transaction timeout，但是你可以通過使用Spring的Transaction Manager來達到與之同樣的效果。 假設某個事務中包含5個statement，每個statement的執行時間是200ms，其他業務邏輯的執行時間是100ms，那麼transaction timeout至少應該設置爲1,100ms（200 * 5 + 100）。
什麼是Statement Timeout？
statement timeout用來限制statement的執行時長，timeout的值通過調用JDBC的java.sql.Statement.setQueryTimeout(int timeout) API進行設置。不過現在開發者已經很少直接在代碼中設置，而多是通過框架來進行設置。 以iBatis爲例，statement timeout的默認值可以通過sql-map-config.xml中的defaultStatementTimeout 屬性進行設置。同時，你還可以設置sqlmap中select，insert，update標籤的timeout屬性，從而對不同sql語句的超時時間進行獨立的配置。 如果你使用的是Lucy1.5或1.6版本，通過設置queryTimeout屬性可以在datasource層面對statement timeout進行設置。 statement timeout的具體值需要依據應用本身的特性而定，並沒有可供推薦的配置。
JDBC的statement timeout處理過程
不同的關係型數據庫，以及不同的JDBC驅動，其statement timeout處理過程會有所不同。其中，Oracle和MS SQLServer的處理相類似，MySQL和CUBRID類似。
Oracle JDBC Statement的QueryTimeout處理過程
- 通過調用Connection的createStatement()方法創建statement
- 調用Statement的executeQuery()方法
- statement通過自身connection將query發送給Oracle數據庫
- statement在OracleTimeoutPollingThread（每個classloader一個）上進行註冊
- 達到超時時間
- OracleTimeoutPollingThread調用OracleStatement的cancel()方法
- 通過connection向正在執行的query發送cancel消息
圖4 Query Timeout Execution Process for Oracle JDBC Statement.
JTDS (MS SQLServer) Statement的QueryTimeout處理過程
- 通過調用Connection的createStatement()方法創建statement
- 調用Statement的executeQuery()方法
- statement通過自身connection將query發送給MS SqlServer數據庫
- statement在TimerThread上進行註冊
- 達到超時時間
- TimerThread調用JtdsStatement實例中的
TsdCore.cancel()方法 - 通過ConnectionJDBC向正在執行的query發送cancel消息
圖5 QueryTimeout Execution Process for JTDS (MS SQLServer) Statement.
MySQL JDBC Statement的QueryTimeout處理過程（5.0.8）
- 通過調用
Connection.createStatement()方法創建statement
- 調用
Statement.executeQuery()方法 - statement通過自身connection將query發送給MySQL數據庫
- statement創建一個新的timeout-execution線程用於超時處理
- 5.1版本後改爲每個connection分配一個timeout-execution線程
- 向timeout-execution線程進行註冊
- 達到超時時間
- timeout-execution線程創建一個和statement配置相同的connection
- 使用新創建的connection向超時query發送cancel query（
KILL QUERY“connectionId”）
圖6 QueryTimeout Execution Process for MySQL JDBC Statement (5.0.8).
CUBRID JDBC Statement的QueryTimeout處理過程
- 通過調用Connection的createStatement()方法創建statement
- 調用Statement的executeQuery()方法
- statement通過自身connection將query發送給CUBRID數據庫
- statement創建一個新的timeout-execution線程用於超時處理
- 5.1版本後改爲每個connection分配一個timeout-execution線程 6. 向timeout-execution線程進行註冊
- 達到超時時間
- TimerThread調用JtdsStatement實例中的TsdCore.cancel()方法
- timeout-execution線程創建一個和statement配置相同的connection
- 使用新創建的connection向超時query發送cancel消息
圖7 QueryTimeout Execution Process for CUBRID JDBC Statement.
什麼是JDBC的socket timeout？
第4種類型的JDBC使用socket與數據庫連接，數據庫並不對應用與數據庫間的連接超時進行處理。 JDBC的socket timeout在數據庫被突然停掉或是發生網絡錯誤（由於設備故障等原因）時十分重要。由於TCP/IP的結構原因，socket沒有辦法探測到網絡錯誤，因此應用也無法主動發現數據庫連接斷開。如果沒有設置socket timeout的話，應用在數據庫返回結果前會無期限地等下去，這種連接被稱爲dead connection。 爲了避免dead connections，socket必須要有超時配置。socket timeout可以通過JDBC設置，socket timeout能夠避免應用在發生網絡錯誤時產生無休止等待的情況，縮短服務失效的時間。
不推薦使用socket timeout來限制statement的執行時長，因此socket timeout的值必須要高於statement timeout，否則，socket timeout將會先生效，這樣statement timeout就變得毫無意義，也無法生效。
下面展示了socket timeout的兩個設置項，不同的JDBC驅動其配置方式會有所不同。
- socket連接時的timeout：通過Socket.connect(SocketAddress endpoint, int timeout)設置
- socket讀寫時的timeout：通過Socket.setSoTimeout(int timeout)設置
通過查看CUBRID，MySQL，MS SQL Server (JTDS)和Oracle的JDBC驅動源碼，我們發現所有的驅動內部都是使用上面的2個API來設置socket timeout的。
下面是不同驅動的socket timeout配置方式。
| JDBC Driver | connectTimeout配置項 | socketTimeout配置項 | url格式 | 示例 |
|---|---|---|---|---|
| MySQL Driver | connectTimeout（默認值：0，單位：ms） | socketTimeout（默認值：0，單位：ms） | jdbc:mysql://[host:port],[host:port]…/[database][?propertyName1][=propertyValue1][&propertyName2][=propertyValue2]… | jdbc:mysql://xxx.xx.xxx.xxx:3306/database?connectTimeout=60000&socketTimeout=60000 |
| MS-SQL DriverjTDS Driver | loginTimeout（默認值：0，單位：s） | socketTimeout（默認值：0，單位：s） | jdbc:jtds:<server_type>://<server>[:<port>][/<database>][;<property>=<value>[;...]] | jdbc:jtds:sqlserver://server:port/database;loginTimeout=60;socketTimeout=60 |
| Oracle Thin Driver | oracle.net.CONNECT_TIMEOUT （默認值：0，單位：ms） | oracle.jdbc.ReadTimeout（默認值：0，單位：ms） | 不支持通過url配置，只能通過OracleDatasource.setConnectionProperties() API設置，使用DBCP時可以調用BasicDatasource.setConnectionProperties()或BasicDatasource.addConnectionProperties()進行設置 | - |
| CUBRID Thin Driver | 無獨立配置項（默認值：5,000，單位：ms） | 無獨立配置項（默認值：5,000，單位：ms） | - | - |
connectTimeout和socketTimeout的默認值爲0時，timeout不生效。- 除了調用DBCP的API以外，還可以通過properties屬性進行配置。
通過properties屬性進行配置時，需要傳入key爲“connectionProperties”的鍵值對，value的格式爲“[propertyName=property;]*”。下面是iBatis中的properties配置。
Xml代碼
<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>
操作系統的socket timeout配置
如果不設置socket timeout或connect timeout，應用多數情況下是無法發現網絡錯誤的。因此，當網絡錯誤發生後，在連接重新連接成功或成功接收到數據之前，應用會無限制地等下去。但是，通過本文開篇處的實際案例我們發現，30分鐘後應用的連接問題奇蹟般的解決了，這是因爲操作系統同樣能夠對socket timeout進行配置。公司的Linux服務器將socket timeout設置爲了30分鐘，從而會在操作系統的層面對網絡連接做校驗，因此即使JDBC的socket timeout設置爲0，由網絡錯誤造成的數據庫連接問題的持續時間也不會超過30分鐘。
通常，應用會在調用Socket.read()時由於網絡問題被阻塞住，而很少在調用Socket.write()時進入waiting狀態，這取決於網絡構成和錯誤類型。當Socket.write()被調用時，數據被寫入到操作系統內核的緩衝區，控制權立即回到應用手上。因此，一旦數據被寫入內核緩衝區，Socket.write()調用就必然會成功。但是，如果系統內核緩衝區由於某種網絡錯誤而滿了的話，Socket.write()也會進入waiting狀態。這種情況下，操作系統會嘗試重新發包，當達到重試的時間限制時，將產生系統錯誤。在我們公司，重新發包的超時時間被設置爲15分鐘。
至此，我已經對JDBC的內部操作做了講解，希望能夠讓大家學會如何正確的配置超時時間，從而減少錯誤的發生。
最後，我將列出一些常見的問題。
FAQ
Q1. **我已經使用Statement.setQueryTimeout()方法設置了查詢超時，但在網絡出錯時並沒有產生作用。 **
➔ 查詢超時僅在socket timeout生效的前提下才有效，它並不能用來解決外部的網絡錯誤，要解決這種問題，必須設置JDBC的socket timeout。
Q2. ** transaction timeout，statement timeout和socket timeout和DBCP的配置有什麼關係？ **
➔ 當通過DBCP獲取數據庫連接時，除了DBCP獲取連接時的waitTimeout配置以外，其他配置對JDBC沒有什麼影響。
Q3. 如果設置了JDBC的socket timeout，那DBCP連接池中處於IDLE狀態的連接是否也會在達到超時時間後被關閉？
➔ 不會。socket的設置只會在產生數據讀寫時生效，而不會對DBCP中的IDLE連接產生影響。當DBCP中發生新連接創建，老的IDLE連接被移除，或是連接有效性校驗的時候，socket設置會對其產生一定的影響，但除非發生網絡問題，否則影響很小。
Q4. **socket timeout應該設置爲多少？ **
➔ 就像我在正文中提的那樣，socket timeout必須高於statement timeout，但並沒有什麼推薦值。在發生網絡錯誤的時候，socket timeout將會生效，但是再小心的配置也無法避免網絡錯誤的發生，只是在網絡錯誤發生後縮短服務失效的時間（如果網絡恢復正常的話）。
作者：九都散人
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來源：簡書
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