多年前开发过一个异步发送订单短信、邮件通知的守护程序，每次程序启动时会创建数据库连接，后续读写数据库操作就一直复用这个连接。
某一天，用户反馈下单后收不到通知了，我们登录服务器看到程序还在运行。
经过排查确认，发生问题的这天，距离上一次有用户下单超过了 8 小时，MySQL 服务端已经自动断开连接了。
解决这个问题的办法比较简单，程序只要定期给 MySQL 发送请求，表示自己还活着，MySQL 就不会触发断开连接的操作了，这就是数据库连接保活的应用场景。
今天我们来聊聊数据库连接保活的原理和方式。
本文内容基于 MySQL 8.0.29 源码。
目录
- 1. 概述
- 2. wait_timeout 超时逻辑
- 3. ping
- 4. select
- 5. 两种保活方式对比
- 6. 总结
正文
1. 概述
MySQL 系统变量 wait_timeout，默认值是 28800 秒（8 小时），用于控制客户端多长时间没有给 MySQL 发送请求，MySQL 就自动断开连接。
如果我们的业务系统不那么闲，能隔三差五的给 MySQL 发送一些请求，数据库连接会一直处于活跃状态，也就不需要专门保活了。
有一些业务系统，低峰期可能很长时间都不会有读写请求，一旦间隔时间超过 wait_timeout，数据库连接就断开了，连接保活自然不可避免。
接下来我们聊聊 2 种连接保活方式，以及它们之间有什么不一样，在这之前，我们先来看看 wait_timeout 是怎么控制超时逻辑的。
2. wait_timeout 超时逻辑
客户端和 MySQL 建立连接之后，MySQL 每次开始等待客户端发送数据之前，都会根据系统变量 wait_timeout 的值设置最长等待时间：
bool do_command(THD *thd) {
……
net = thd->get_protocol_classic()->get_net();
my_net_set_read_timeout(net, thd->variables.net_wait_timeout);
……
}
上面代码中的 net_wait_timeout 就是系统变量 wait_timeout 的化身。
设置最长等待时间之后，接下来就是安静的等待了，执行等待操作的方法是 vio_io_wait()：
int vio_socket_io_wait(Vio *vio, enum enum_vio_io_event event) {
int timeout, ret;
……
timeout = vio->read_timeout;
……
switch (vio_io_wait(vio, event, timeout)) {
……
case 0:
/* The wait timed out. */
ret = -1;
break;
……
}
return ret;
}
如果达到了最长等待时间，客户端一直没有发送数据，vio_io_wait() 会返 0 表示超时。
然后，程序会沿着调用栈一路返回到 net_read_raw_loop() 方法中，设置返回给客户端的错误码 ER_CLIENT_INTERACTION_TIMEOUT(4031)，对应的错误信息为：
The client was disconnected by the server because of inactivity.
See wait_timeout and interactive_timeout for configuring this behavior.
准备好返回给客户端的错误码和错误信息之后，就会进行一系列断开连接相关的操作，最后把错误码和错误信息发送给客户端。
如果我们用的是 MySQL 自带的交互式客户端 mysql，发生超时之后，等下次再执行 SQL 语句时，就会看到这样的错误了：
mysql> SET wait_timeout = 10;
10 秒之后......
mysql> SELECT * FROM t1 LIMIT 1;
ERROR 4031 (HY000): The client was disconnected by the server because of inactivity. See wait_timeout and interactive_timeout for configuring this behavior.
No connection. Trying to reconnect...
对 MySQL 服务端主动断开连接过程大概介绍之后，接下来看看 2 种连接保活方式。
3. ping
站在客户端的视角看，使用 ping 命令是为了判断 MySQL 服务端是否还活着。
换一个角度，在 MySQL 服务端看来，一个客户端给它发送了 ping 命令，说明这个客户端连接还活着，它就不会把这个客户端的连接关闭。
所以，ping 命令不但可以用于数据库连接探活，还可以用于保活。
MySQL 没有提供 ping 语句，如果想测试发送 ping 命令，可以使用 mysqladmin：
# 发送 ping 命令
mysqladmin -h127.0.0.1 -P 3307 -uroot ping
# 收到的结果（表示 MySQL 服务端还活着）
mysqld is alive
在数据库连接池或者业务系统中，通过程序提供的 API 也能很方便地发送 ping 命令给 MySQL 服务端。
在业务低峰期，客户端定时给 MySQL 服务端发送 ping 命令，就能给连接保活了。
4. select
另一种连接保活方式是执行 SQL 语句，一般都是 select 语句，可以有各种花样：
代码语言：javascript复制SELECT 1;
SELECT version();
SELECT @@version;
……
执行 select 语句保活，和正常执行业务 SQL 没什么区别，这里不展开了。
5. 两种保活方式对比
既然 ping 和 select 都能实现数据库连接保活，那它们之间有什么不一样？
在MySQL 源码的实现中，体现了 2 点区别：
区别 1：ping 是命令，我们只能通过 MySQL 提供的 API，或 mysqladmin 这样的工具发送 ping 命令给 MySQL 服务端。
select 是 SQL 语句，通过 MySQL API 或 mysql 交互式客户端都能执行 select 语句。
区别 2：ping 的执行流程比 select 更短，效率更高，通过对比两者的调用栈，我们能更直观的看到这一点。
两种方式都会响应客户端请求，后面给出的调用栈中，把这部分省略了。
ping 命令的主要调用栈如下：
代码语言：javascript复制| > pfs_spawn_thread(void*)
| | > handle_connection(void*)
| | | > do_command(THD*)
| | | | > dispatch_command(THD*, COM_DATA const*, enum_server_command)
ping 命令的调用栈很简单，连词法解析、语法解析过程都不需要，进入 dispatch_command() 方法之后，判断是 ping 命令，就直接给客户端返回 OK 状态，整个流程就结束了：
bool dispatch_command(THD *thd, const COM_DATA *com_data,
enum enum_server_command command) {
......
switch (command) {
......
case COM_PING:
thd->status_var.com_other ;
my_ok(thd); // Tell client we are alive
break;
......
}
......
}
接下来是 select 的调用栈，以最简单的 SELECT 1 为例，主要调用栈如下：
代码语言：javascript复制SELECT 1 的调用栈比较长，把主要调用栈都列出来是为了大家对 SELECT 1 的执行过程有更直观的了解。
| > pfs_spawn_thread(void*)
| | > handle_connection(void*)
| | | > do_command(THD*)
| | | | > dispatch_command(THD*, COM_DATA const*, enum_server_command)
| | | | | > dispatch_sql_command(THD*, Parser_state*)
| | | | | | > parse_sql(THD*, Parser_state*, Object_creation_ctx*)
| | | | | | > mysql_execute_command(THD*, bool)
| | | | | | | > Sql_cmd_dml::execute(THD*)
| | | | | | | | > Sql_cmd_dml::prepare(THD*)
| | | | | | | | | > open_tables_for_query(THD*, TABLE_LIST*, unsigned int)
| | | | | | | | | | > open_tables(...)
| | | | | | | | | | | > lock_table_names(...)
| | | | | | | | | | > open_secondary_engine_tables(THD*, unsigned int)
| | | | | | | | | > Sql_cmd_select::prepare_inner(THD*)
| | | | | | | | | | > Query_block::prepare(THD*, mem_root_deque<Item* > *)
| | | | | | | | | | | > Query_block::setup_tables(THD*, TABLE_LIST*, bool)
| | | | | | | | | | | > setup_fields(...)
| | | | | | | | | | | > Query_block::setup_conds(THD*)
| | | | | | | | | | | > Query_block::resolve_limits(THD*)
| | | | | | | | | | | > Query_block::apply_local_transforms(THD*, bool)
| | | | | | | | | | | | > Query_block::simplify_joins(...)
| | | | | | | | > lock_tables(THD*, TABLE_LIST*, unsigned int, unsigned int)
| | | | | | | | > Sql_cmd_dml::execute_inner(THD*)
| | | | | | | | | > Query_expression::optimize(THD*, TABLE*, bool, bool)
| | | | | | | | | | > Query_block::optimize(THD*, bool)
| | | | | | | | | | | > JOIN::optimize(bool)
| | | | | | | | | | | | > JOIN::make_tmp_tables_info()
| | | | | | | | | | | | > count_field_types(...)
| | | | | | | | | | | | > JOIN::create_access_paths()
| | | | | | | | | | | | | > JOIN::create_root_access_path_for_join()
| | | | | | | | | | | | | > JOIN::attach_access_paths_for_having_and_limit(AccessPath*)
| | | | | | | | | | | | | > JOIN::attach_access_path_for_delete(AccessPath*)
| | | | | | | | | > optimize_secondary_engine(THD*)
| | | | | | | | | > Query_expression::execute(THD*)
| | | | | | | | | | > Query_expression::ExecuteIteratorQuery(THD*)
| | | | | | | | | | | > Query_result_send::send_result_set_metadata(...)
| | | | | | | | | | > Query_expression::ExecuteIteratorQuery(THD*)
| | | | | | | | | | | > FakeSingleRowIterator::Read()
| | | | | | | | | | | > Query_result_send::send_eof(THD*)
| | | | | | | > trans_commit_stmt(THD*, bool)
| | | | | | | | > MYSQL_BIN_LOG::commit(THD*, bool)
| | | | | | | | | > ha_commit_low(THD*, bool, bool)
| | | | | > log_slow_statement(THD*, System_status_var*)
从上面的调用栈可以看到，SELECT 1 虽然不需要从表里查询数据，但是词法解析、语法解析、查询准备、查询优化、查询执行、事务提交、记录慢 SQL 等等这些流程一个都没落下，虽然很多方法进去之后，并不需要执行复杂的操作，但是各种 if ... else 判断是少不了要执行的。
SELECT 1 是 select 语句最简单的形式了，如果用其它 select 语句保活，调用栈只会更长。
通过上面 ping 命令 和 SELECT 1 的调用栈对比，相信大家对这两种保活方式的执行效率已经有了直观的了解。
6. 总结
本文写作的初衷就是为了对比 ping 和 select 两种数据库连接保活方式的执行效率。
经过前面的介绍，我们就可以得出结论了： ping 命令的执行效率比 select 语句高，对于追求极致性能的应用来说，使用 ping 命令给数据库连接保活是更好的方式。
