使用 C 实现并发访问数据库的方法 (c 并发访问数据库)
在现代计算机系统中，数据库是维护数据的主要工具。由于实际工作中可能有多个用户需要同时访问数据库，因此实现并发访问数据库是非常必要的。在本文中，我们将介绍如何使用 C 编程语言实现并发访问数据库的方法。
1. 数据库和并发
在了解如何实现并发访问数据库之前，我们首先需要了解数据库和并发之间的关系。具体来说，一个数据库是一个存储和管理数据的系统，它需要支持多个用户同时访问和操作数据。在这种情况下，我们称这些操作为并发操作。在并发操作中，我们需要确保多个用户操作之间的数据一致性和完整性，以避免出现数据冲突和错误。
2. 并发访问数据库的方法
为了实现并发访问数据库，我们需要考虑以下几个方面：
2.1. 数据库连接
在使用 C 实现并发访问数据库之前，我们需要确保已经建立了数据库连接。一旦有多个用户同时访问数据库，这些用户将共享同一个数据库连接。因此，我们需要确保每个用户获得的都是一个独立的数据库连接，并且这些连接之间不会相互干扰。
2.2. 数据库操作
在多个用户同时访问数据库时，每个用户将执行自己的数据库操作。在这种情况下，我们需要确保每个用户执行的数据库操作是正确的，并且不会影响其他用户的操作。为此，我们可以使用锁定机制（mutex）或事务（transaction）来确保数据库的正确性和完整性。
2.3. 线程
当我们使用 C 实现并发访问数据库时，我们通常会使用线程来实现并发操作。在这种情况下，我们需要确保每个线程都能够独立运行，并且它们之间不会相互干扰。为了避免竞争条件和错误，我们可以使用线程同步机制，如互斥锁（mutex）和条件变量（condition variable），来确保线程之间的正确的序列和顺序执行。
3. 使用 C 实现并发访问数据库的示例
下面是一个使用 C 实现并发访问数据库的简单示例。
3.1. 数据库连接
我们可以使用以下代码片段来建立一个数据库连接：
“`c
#include
#include
#include
// 定义数据库连接
sqlite3 *db;
// 建立数据库连接
int open_database(const char *filename) {
int rc = sqlite3_open(filename, &db);
if (rc != SQLITE_OK) {
fprintf(stderr, “无法打开数据库: %s\n”, sqlite3_errmsg(db));
sqlite3_close(db);
return rc;
}
return SQLITE_OK;
}
“`
3.2. 数据库操作
在多个用户同时访问数据库时，我们需要确保每个用户执行的数据库操作是正确的，并且不会影响其他用户的操作。下面是一个使用事务来实现并发访问数据库的示例：
“`c
// 开始事务
sqlite3_exec(db, “BEGIN;”, NULL, NULL, NULL);
// 执行数据库操作
int rc = sqlite3_exec(db, “UPDATE table SET column1 = value1 WHERE id = 1;”, NULL, NULL, NULL);
if (rc != SQLITE_OK) {
fprintf(stderr, “执行数据库操作出错: %s\n”, sqlite3_errmsg(db));
sqlite3_exec(db, “ROLLBACK;”, NULL, NULL, NULL);
return rc;
}
// 提交事务
sqlite3_exec(db, “COMMIT;”, NULL, NULL, NULL);
“`
3.3. 线程
当我们使用 C 实现并发访问数据库时，我们通常会使用线程来实现并发操作。下面是一个使用线程实现并发访问数据库的示例：
“`c
#include
#include
#include
#include
// 定义数据库连接
sqlite3 *db;
// 建立数据库连接
int open_database(const char *filename) {
int rc = sqlite3_open(filename, &db);
if (rc != SQLITE_OK) {
fprintf(stderr, “无法打开数据库: %s\n”, sqlite3_errmsg(db));
sqlite3_close(db);
return rc;
}
return SQLITE_OK;
}
// 线程函数
void *thread_function(void *arg) {
// 开始事务
sqlite3_exec(db, “BEGIN;”, NULL, NULL, NULL);
// 执行数据库操作
int rc = sqlite3_exec(db, “UPDATE table SET column1 = value1 WHERE id = 1;”, NULL, NULL, NULL);
if (rc != SQLITE_OK) {
fprintf(stderr, “执行数据库操作出错: %s\n”, sqlite3_errmsg(db));
sqlite3_exec(db, “ROLLBACK;”, NULL, NULL, NULL);
return (void *)rc;
}
// 提交事务
sqlite3_exec(db, “COMMIT;”, NULL, NULL, NULL);
return (void *)rc;
}
int mn() {
// 建立数据库连接
open_database(“test.db”);
// 创建线程
pthread_t thread_id;
pthread_create(&thread_id, NULL, thread_function, NULL);
// 等待线程完成
pthread_join(thread_id, NULL);
// 关闭数据库连接
sqlite3_close(db);
return 0;
}
“`
4.
相关问题拓展阅读：
大型网站数据库系统，怎么连接那么多并发数量的?
现象
Syench对MySQL进行压测, 并发数过大(>5k)时, Syench建立连接的步骤会超时.
猜想
猜想: 直觉上这很简单, Syench每建立一个连接, 都要消耗一个线程, 资源消耗过大导致超时.
验证: 修改Syench源码, 调大超时时间, 仍然会发生超时.
检查环境
猜想失败, 回到常规的环境检查:
MySQL error log 未见异常.
syslog 未见异常.
tcpdump 观察网络包未见异常, 连接能完成正常的三次握手; 只观察到在出问题的连接中, 有一部分的TCP握手的之一个SYN包发生了重传, 另一梁轿迅部分没有发生重传.
自己写一个简单的并发发生器, 替换syench, 可重现场景. 排除syench的影响
猜想2
怀疑 MySQL 在应用层因为某种原因, 没有发送握手包, 比如卡在某一个流程上:
检查MySQL堆栈未见异常, 仿佛MySQL在应用层没有看到新连接进入.
通过strace检查MySQL, 发现 accept() 调用确实没有感知到新连接.
怀疑是OS的原因, Google之, 得到参考文档: A TCP “stuck” connection mystery【
分析
参考文档中的现象跟目前的状况很类似, 简述如下:
正常的TCP连接流程:
Client 向 Server 发起连接请求, 发送SYN.
Server 预留连接资源, 向 Client 回复SYN-ACK.
Client 向 Server 回复ACK.
Server 收到 ACK, 连接建立.
在业务层上, Client和Server间进行通讯.
当发生类似SYN-flood的现象时, TCP连接的流程会使用SYN-cookie, 变为:
Client 向 Server 发起连接请求, 发送SYN.
Server 不预留连接资源, 向 Client 回复SYN-ACK, 包中附带有帆陪签名A.
Client 向 Server 回复ACK, 附带 f(签名A) (对签名进行运算的结果).
Server 验证签名, 分配连接资源, 连接建立.
在业务层上, Client和Server间进行通讯.
当启用SYN-cookie时, 第3步的ACK包因为 某种原因 丢失, 那么:
从Client的视角, 连接已经建立.
从Server的视角, 连接并不存在, 既没有建立, 也没有”即将建立” (若不启用SYN-cookie, Server会知道某个连接”即将建立”)
发生这种情况时:
若业务层的之一个包应是从 Client 发往 Server, 则会进行重发或抛出连接错误
若业务层的之一个包应是从 Server 发往 Client的, Server不会发出之一个包. MySQL的故障就属于这种情况.
TCP握手的第三步ACK包为什么丢失
参考文档中, 对于TCP握手的第三橡此步ACK包的丢失原因, 描述为:
Some of these packets get lost because some buffer somewhere overflows.
我们可以通过Systemtap进一步探究原因. 通过一个简单的脚本:
probe kernel.function(“cookie_v4_check”).return
{
source_port = @cast($skb->head + $skb->transport_header, “struct tcphdr”)->source
printf(“source=%d, return=%d\n”,readable_port(source_port), $return)
}
function readable_port(port) {
return (port & ((1> 8)
}
观察结果, 可以确认cookie_v4_check (syn cookie机制进行包签名检查的函数)会返回 NULL(0). 即验证是由于syn cookie验证不通过, 导致TCP握手的第三步ACK包不被接受.
之后就是对其中不同条件进行观察, 看看是哪个条件不通过. 最终原因是accept队列满(sk_acceptq_is_full):
static inline bool sk_acceptq_is_full(const struct sock *sk){ return sk->sk_ack_backlog > sk- >sk_max_ack_backlog;}
恢复故障与日志的正关联
在故障处理的一开始, 我们就检查了syslog, 结论是未见异常.
当整个故障分析完成, 得知了故障与syn cookie有关, 回头看syslog, 里面是有相关的信息, 只是和故障发生的时间不匹配, 没有正关联, 因此被忽略.
检查Linux源码:
if (!queue->synflood_warned &&
sysctl_tcp_syncookies != 2 &&
xchg(&queue->synflood_warned, 1) == 0)
pr_info(“%s: Possible SYN flooding on port %d. %s.
Check SNMP counters.\n”,
proto, ntohs(tcp_hdr(skb)->dest), msg);
可以看到日志受到了抑制, 因此日志与故障的正关联被破坏.
粗看源码, 每个listen socket只会发送一次告警日志, 要获得日志与故障的正关联, 必须每次测试重启MySQL.
解决方案
这种故障一旦形成, 难以检测; 系统日志中只会出现一次, 在下次重启MySQL之前就不会再出现了; Client如果没有合适的超时机制, 万劫不复.
解决方案:
1. 修改MySQL的协议, 让Client先发握手包. 显然不现实.
2. 关闭syn_cookie. 有安全的人又要跳出来了.
3. 或者调高syn_cookie的触发条件 (syn backlog长度). 降低系统对syn flood的敏感度, 使之可以容忍业务的syn波动.
有多个系统参数混合影响syn backlog长度, 参看【
下图为精华总结
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按我个人经验有以下几种方法：1.在连接数据库的时候可以优化，使用连接池。主要就是不要频繁地创建，销毁连接。这是很费时的一个操作。因此，使用连接池来代替普通的建立连接操作，能提高并发度。2. 使用缓存技术。并不是每次都需要去数据库里面查询的，我们其实可以把前一次的查询结果放在内存里，如果下凯巧一次盯凯键用户来查询相同的内容，直接内存返回即可，不需要再次查询。这样可以大大降低查询频率。3.使用分布式技术，将数据库分布在多台服务孙穗器上，同时也将用户分区（如根据用户ID的哈希值分区），不同的服务器负责不同用户群，这样就能大大减少单台服务器的负载，使得整体的吞吐量提高。这几样技术可以同时使用，你的并发数量将获得非常大的提高。
在连接数据库的时候可以优化，使用连接池。主要就是不要频繁地创建，销毁连接。这是很费时的一个操作。因此，使用连接池来代替普通的建立连接操作，能提高并发度。
使用缓存技术，并不是每次都需要去数据库里面查询的，我们其实可以把前一次的查询结果放在内存里，如果下一次用户来查询相同的内容，直接内存返回即可，不需要再次查询。这样可以大大降低查询频率。
使用分布式技术，将数据库分布在多台服务器上，同时也将用户分区（如根据用户ID的哈希值分区），不同的服务器负责不同用户群，这样就能大大减少单台服务器的负载，使得整体的吞吐量提高。这几样技术可以同时使用，你的并发数量将获得非常大的提高。
大型数据库介绍：
1 SQL Server
概括地说，SQL Server具有如下特点：
A客户/服务器体系结构；
B图形化的用户界面，使系统的管理更加直观和简单。
C丰富的编程接口，为用户进行应用程序设计提拱了更大的选择余地。
D与Windows NT操作系统的有机集成，多线程体系结构设计，提供了系统对用户并发访问的速度。
E对Web技术的支持，使用户能够很容易地将数据库中的数据发布到网上。
F价格上的优势。与其他一些大型数据库系统。如Oracle、Sybase等相比，SQL Server的价格非常便宜。
G作为微软在Windows系列平台上开发的数据库，SQL Server一经推出就以其易用性和兼容性得到了很多用户的青睐，是Windows环境商业应用的首选数据库。
2 Oracle
甲骨文公司（Oracle）的产品，可以运行于很多操作系统之上（包括Windows），是大型企业级数据库。Oracle它是以高级结构化查询语言为基础的大型关系型数据库，是目前更流行的客户/服务器体系机构的数据库之一。提供对Internet全面支持的管亩樱闭理平台和系统集成工具，完全支持所有的工业标准，占有相当大的市场份额。因其专业性较强，操作繁杂，不易上手，价格较高，一般作为UNIX下的应用较多，适于大型网站选用。
3 DB2
IBM公司的产品，可以运行于很多操作系统上（包括Windows），是大型企业级数据库。DB2具有很好的并行性。把数据库管理扩充到了并行的、多节点的环境。其操作简单、兼容性好，广泛应用于大型企业。
DB2是内嵌于IBM的AS/400系统上的数据库管理系统，直接由硬件支持。它支持标准的SQL语言，具有与异种数据库相连的GATEWAY。因此他具有速度快、可考性好的优点。但是，只有硬件平台选择了IBM的AS/400，才能选择使用DB2数据库管理系统。
4 MySQL
MySQL是当今UNIX或Linux类服务器上广泛使用的Web数据库系统。也可以运行于Windows平台。它是一个多用户、多线程、跨平台的SQL数据库系统，同时是具有客户/服务器体系结构的分布式数据库管理系统，属自由数据库系统，开放源代码数据库产品。
MySQL于1996年诞生于瑞典的TcX公司。其设计思想为快捷、高效、实用。虽然它对ANSI SQL标准的支持并不完善，但支持所有常用的内容，迅裂完全可以胜任一般Web数据库的工作。由于它不支持事务处理，MySQL的速度比一些商业数据库块2-3倍，并且MySQL还针对很多操作平台做了优化，完全支持多CPU系统的多线程方式。
在编程方面，MySQL也提供了C、C++、Java、Perl、Python和TCL等API接口，而且有MyODBC接口，任何可以使用ODBC接口的语言都可以使用它。
MySQL是中小企业网站Linux平台的首选。MySQL在Linux下应用较多，Linux+MySQL+PHP是基于Linux的更佳组合。由于属开放源代码自由软件，性价比较高，是中小企业网站、个人颂芦网站不错的选择。
怎样在C语言中编写多个程序并发执行的程序
要实现完全的并发执行，在一个CPU下实际上是不可能的
所说的并发，都是在同一个时间段内
多个任务开始，交判氏掘替占用CPU，最终结束。
也就是前一个任务还没结束，后一个任掘核务就开始了，一种并发的形式而已。
所以 要么使用多线程
要核启么 手动模拟这种多线程。
前者更常用。
多线程就可以
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