面试题：Python下复杂业务场景中MongoDB连接池的定制化设计

连接池架构设计

连接池核心类：设计一个CustomMongoPool类，用于管理MongoDB连接。该类包含连接池的基本属性，如最大连接数max_connections、当前连接数current_connections，以及一个存储连接对象的列表connection_list。
连接获取与归还：在CustomMongoPool类中，实现get_connection方法用于从连接池中获取连接。如果连接池中有可用连接，则直接返回；若没有且当前连接数小于最大连接数，则创建新的连接并返回。同时实现return_connection方法，用于将使用完毕的连接归还到连接池中。
连接状态监控：可以使用一个后台线程定期检查连接池中连接的状态，对于无效连接（如已经断开的连接）进行标记并在适当时候清理。

资源管理策略

连接创建与销毁：根据最大连接数限制创建连接。当需要获取连接且连接池已满时，可根据配置选择等待一定时间或者抛出异常。对于长时间未使用的连接，可进行回收以释放资源。例如，设置一个连接闲置时间阈值idle_timeout，当连接闲置时间超过该阈值时，将其从连接池中移除并关闭。
资源限制与分配：为每个连接设置资源使用限制，比如设置单个连接的最大读写操作次数max_operations_per_connection。当一个连接达到该限制后，将其归还到连接池中并创建新的连接，以避免单个连接长时间占用资源导致性能问题。

异常处理机制

连接获取异常：在get_connection方法中，如果由于网络问题、数据库服务不可用等原因无法获取连接，捕获相应异常（如pymongo.errors.ConnectionFailure），记录日志并根据配置进行处理。可以选择重试一定次数，若重试后仍失败，则抛出一个自定义异常（如CustomPoolConnectionError），向上层业务逻辑传递错误信息。
连接使用异常：在项目中使用连接进行业务操作（如读写、事务处理）时，捕获pymongo可能抛出的各种异常（如pymongo.errors.WriteError、pymongo.errors.ReadError等）。对于写操作异常，根据事务一致性要求进行处理，如回滚事务。记录异常日志，同时将连接归还到连接池中并标记该连接可能存在问题，后续进行检查或销毁。
连接归还异常：在return_connection方法中，如果归还连接时出现异常（如连接已经关闭无法正常归还），捕获异常并记录日志，尝试进行一些恢复操作（如重新创建一个新连接加入连接池），避免因单个连接归还异常导致连接池资源泄露。

与项目其他组件协同工作

业务层调用：业务层通过调用CustomMongoPool的get_connection和return_connection方法来获取和归还连接。例如，在进行大量读写操作的函数中：

from custom_mongo_pool import CustomMongoPool

def perform_read_write_operations():
    pool = CustomMongoPool()
    connection = pool.get_connection()
    try:
        collection = connection['your_database']['your_collection']
        # 进行读写操作
        result = collection.find_one()
        collection.update_one({'_id': result['_id']}, {'$set': {'new_field': 'value'}})
    except Exception as e:
        # 处理异常
        print(f"Operation error: {e}")
    finally:
        pool.return_connection(connection)

事务处理：对于事务处理，连接池需要与事务管理机制协同工作。例如，在开始事务时获取连接，并在事务提交或回滚后归还连接。假设使用pymongo的多文档事务功能：

from custom_mongo_pool import CustomMongoPool

def perform_transaction():
    pool = CustomMongoPool()
    connection = pool.get_connection()
    session = connection.start_session()
    session.start_transaction()
    try:
        collection1 = connection['your_database']['collection1']
        collection2 = connection['your_database']['collection2']
        collection1.insert_one({'data': 'value1'}, session=session)
        collection2.insert_one({'data': 'value2'}, session=session)
        session.commit_transaction()
    except Exception as e:
        session.abort_transaction()
        print(f"Transaction error: {e}")
    finally:
        session.end_session()
        pool.return_connection(connection)

配置集成：将连接池的配置（如最大连接数、闲置时间阈值等）与项目的整体配置文件集成。这样可以方便地根据项目环境和需求进行调整。例如，在config.ini文件中设置连接池相关配置：

[mongodb]
max_connections = 10
idle_timeout = 60

在CustomMongoPool类初始化时读取这些配置：

import configparser

class CustomMongoPool:
    def __init__(self):
        config = configparser.ConfigParser()
        config.read('config.ini')
        self.max_connections = int(config.get('mongodb','max_connections'))
        self.idle_timeout = int(config.get('mongodb', 'idle_timeout'))
        # 其他初始化操作

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知识考点

面试题答案

连接池架构设计

资源管理策略

异常处理机制

与项目其他组件协同工作