06 | 基础规范:如何理解 JDBC 关系型数据库访问规范?
从今天开始,我们将进入 Spring Boot 另一个核心技术体系的讨论,即数据访问技术体系。无论是互联网应用还是传统软件,对于任何一个系统而言,数据的存储和访问都是不可缺少的。
数据访问层的构建可能会涉及多种不同形式的数据存储媒介,本课程关注的是最基础也是最常用的数据存储媒介,即关系型数据库,针对关系型数据库,Java 中应用最广泛的就是 JDBC 规范,今天我们将对这个经典规范展开讨论。
JDBC 是 Java Database Connectivity 的全称,它的设计初衷是提供一套能够应用于各种数据库的统一标准,这套标准需要不同数据库厂家之间共同遵守,并提供各自的实现方案供 JDBC 应用程序调用。
作为一套统一标准,JDBC 规范具备完整的架构体系,如下图所示:
JDBC 规范整体架构图
从上图中可以看到,Java 应用程序通过 JDBC 所提供的 API 进行数据访问,而这些 API 中包含了开发人员所需要掌握的各个核心编程对象,下面我们一起来看下。
JDBC 规范中有哪些核心编程对象?
对于日常开发而言,JDBC 规范中的核心编程对象包括 DriverManger、DataSource、Connection、Statement,及 ResultSet。
DriverManager
正如前面的 JDBC 规范整体架构图中所示,JDBC 中的 DriverManager 主要负责加载各种不同的驱动程序(Driver),并根据不同的请求向应用程序返回相应的数据库连接(Connection),应用程序再通过调用 JDBC API 实现对数据库的操作。
JDBC 中的 Driver 定义如下,其中最重要的是第一个获取 Connection 的 connect 方法:
public interface Driver {
//获取数据库连接
Connection connect(String url, java.util.Properties info)
throws SQLException;
boolean acceptsURL(String url) throws SQLException;
DriverPropertyInfo[] getPropertyInfo(String url, java.util.Properties info)
throws SQLException;
int getMajorVersion();
int getMinorVersion();
boolean jdbcCompliant();
public Logger getParentLogger() throws SQLFeatureNotSupportedException;
}
针对 Driver 接口,不同的数据库供应商分别提供了自身的实现方案。例如,MySQL 中的 Driver 实现类如下代码所示:
复制代码
public class Driver extends NonRegisteringDriver implements java.sql.Driver {
// 通过 DriverManager 注册 Driver
static {
try {
java.sql.DriverManager.registerDriver(new Driver());
} catch (SQLException E) {
throw new RuntimeException("Can't register driver!");
}
}
…
}
这里就使用用了 DriverManager,而 DriverManager 除提供了上述用于注册 Driver 的 registerDriver 方法之外,还提供了 getConnection 方法用于针对具体的 Driver 获取 Connection 对象。
DataSource
通过前面的介绍,我们知道在 JDBC 规范中可直接通过 DriverManager 获取 Connection,我们也知道获取 Connection 的过程需要建立与数据库之间的连接,而这个过程会产生较大的系统开销。
为了提高性能,通常我们首先会建立一个中间层将 DriverManager 生成的 Connection 存放到连接池中,再从池中获取 Connection。
而我们可以认为 DataSource 就是这样一个中间层,它作为 DriverManager 的替代品而推出,是获取数据库连接的首选方法。
DataSource 在 JDBC 规范中代表的是一种数据源,核心作用是获取数据库连接对象 Connection。在日常开发过程中,我们通常会基于 DataSource 获取 Connection。DataSource 接口的定义如下代码所示:
复制代码
public interface DataSource extends CommonDataSource, Wrapper {
Connection getConnection() throws SQLException;
Connection getConnection(String username, String password)
throws SQLException;
}
从上面我们可以看到,DataSource 接口提供了两个获取 Connection 的重载方法,并继承了 CommonDataSource 接口。CommonDataSource 是 JDBC 中关于数据源定义的根接口,除了 DataSource 接口之外,它还有另外两个子接口,如下图所示:
DataSource 类层结构图
其中,DataSource 是官方定义的获取 Connection 的基础接口,XADataSource 用来在分布式事务环境下实现 Connection 的获取,而 ConnectionPoolDataSource 是从连接池 ConnectionPool 中获取 Connection 的接口。
所谓的 ConnectionPool 相当于预先生成一批 Connection 并存放在池中,从而提升 Connection 获取的效率。
请注意 DataSource 接口同时还继承了一个 Wrapper 接口。从接口的命名上看,我们可以判断该接口起到一种包装器的作用。事实上,因为很多数据库供应商提供了超越标准 JDBC API 的扩展功能,所以 Wrapper 接口可以把一个由第三方供应商提供的、非 JDBC 标准的接口包装成标准接口。
以 DataSource 接口为例,如果我们想自己实现一个定制化的数据源类 MyDataSource,就可以提供一个实现了 Wrapper 接口的 MyDataSourceWrapper 类来完成包装和适配,如下图所示:
通过 Wrapper 接口扩展 JDBC 规范示意图
在 JDBC 规范中,除了 DataSource 之外,Connection、Statement、ResultSet 等核心对象也都继承了这个 Wrapper 接口。
作为一种基础组件,它同样不需要开发人员自己实现 DataSource,因为业界已经存在了很多优秀的实现方案,如 DBCP、C3P0 和 Druid 等。
例如 Druid 提供了 DruidDataSource,它不仅提供了连接池的功能,还提供了诸如监控等其他功能,它的类层结构如下图所示:
DruidDataSource 的类层结构
Connection
DataSource 的目的是获取 Connection 对象。我们可以把 Connection 理解为一种会话(Session)机制,Connection 代表一个数据库连接,负责完成与数据库之间的通信。
所有 SQL 的执行都是在某个特定 Connection 环境中进行的,同时它还提供了一组重载方法分别用于创建 Statement 和 PreparedStatement。另一方面,Connection 也涉及事务相关的操作。
Connection 接口中定义的方法很丰富,其中最核心的几个方法如下代码所示:
复制代码
public interface Connection extends Wrapper, AutoCloseable {
//创建 Statement
Statement createStatement() throws SQLException;
//创建 PreparedStatement
PreparedStatement prepareStatement(String sql) throws SQLException;
//提交
void commit() throws SQLException;
//回滚
void rollback() throws SQLException;
//关闭连接
void close() throws SQLException;
}
这里涉及具体负责执行 SQL 语句的 Statement 和 PreparedStatement 对象,我们接着往下看。
Statement/PreparedStatement
JDBC 规范中的 Statement 存在两种类型,一种是普通的 Statement,一种是支持预编译的 PreparedStatement。
所谓预编译,是指数据库的编译器会对 SQL 语句提前编译,然后将预编译的结果缓存到数据库中,下次执行时就可以通过替换参数并直接使用编译过的语句,从而大大提高 SQL 的执行效率。
当然,这种预编译也需要一定成本,因此在日常开发中,如果对数据库只执行一次性读写操作时,用 Statement 对象进行处理会比较合适;而涉及 SQL 语句的多次执行时,我们可以使用 PreparedStatement。
如果需要查询数据库中的数据,我们只需要调用 Statement 或 PreparedStatement 对象的 executeQuery 方法即可。
这个方法以 SQL 语句作为参数,执行完后返回一个 JDBC 的 ResultSet 对象。当然,Statement 或 PreparedStatement 还提供了一大批执行 SQL 更新和查询的重载方法,我们无意一一展开。
以 Statement 为例,它的核心方法如下代码所示:
复制代码
public interface Statement extends Wrapper, AutoCloseable {
//执行查询语句
ResultSet executeQuery(String sql) throws SQLException;
//执行更新语句
int executeUpdate(String sql) throws SQLException;
//执行 SQL 语句
boolean execute(String sql) throws SQLException;
//执行批处理
int[] executeBatch() throws SQLException;
}
这里我们同样引出了 JDBC 规范中最后一个核心编程对象,即代表执行结果的 ResultSet。
ResultSet
一旦我们通过 Statement 或 PreparedStatement 执行了 SQL 语句并获得了 ResultSet 对象,就可以使用该对象中定义的一大批用于获取 SQL 执行结果值的工具方法,如下代码所示:
复制代码
public interface ResultSet extends Wrapper, AutoCloseable {
//获取下一个结果
boolean next() throws SQLException;
//获取某一个类型的结果值
Value getXXX(int columnIndex) throws SQLException;
…
}
ResultSet 提供了 next() 方法便于开发人员实现对整个结果集的遍历。如果 next() 方法返回为 true,意味着结果集中存在数据,可以调用 ResultSet 对象的一系列 getXXX() 方法来取得对应的结果值。
如何使用 JDBC 规范访问数据库?
对于开发人员而言,JDBC API 是我们访问数据库的主要途径,如果我们使用 JDBC 开发一个访问数据库的执行流程,常见的代码风格如下所示(省略了异常处理):
复制代码
// 创建池化的数据源
PooledDataSource dataSource = new PooledDataSource ();
// 设置 MySQL Driver
dataSource.setDriver ("com.mysql.jdbc.Driver");
// 设置数据库 URL、用户名和密码
dataSource.setUrl ("jdbc:mysql://localhost:3306/test");
dataSource.setUsername("root");
dataSource.setPassword("root");
// 获取连接
Connection connection = dataSource.getConnection();
// 执行查询
PreparedStatement statement = connection.prepareStatement ("select * from user");
// 获取查询结果进行处理
ResultSet resultSet = statement.executeQuery();
while (resultSet.next()) {
…
}
// 关闭资源
statement.close();
resultSet.close();
connection.close();
这段代码中完成了对基于前面介绍的 JDBC API 中的各个核心编程对象的数据访问。上述代码主要面向查询场景,而针对用于插入数据的处理场景,我们只需要在上述代码中替换几行代码,即将“执行查询”和“获取查询结果进行处理”部分的查询操作代码替换为插入操作代码就行。
最后,我们梳理一下基于 JDBC 规范进行数据库访问的整个开发流程,如下图所示:
基于 JDBC 规范进行数据库访问的开发流程图
针对前面所介绍的代码示例,我们明确地将基于 JDBC 规范访问关系型数据库的操作分成两大部分:一部分是准备和释放资源以及执行 SQL 语句,另一部分则是处理 SQL 执行结果。
而对于任何数据访问而言,前者实际上都是重复的。在上图所示的整个开发流程中,事实上只有“处理 ResultSet ”部分的代码需要开发人员根据具体的业务对象进行定制化处理。这种抽象为整个执行过程提供了优化空间。诸如 Spring 框架中 JdbcTemplate 这样的模板工具类就应运而生了,我们会在 07 讲中会详细介绍这个模板工具类。
小结与预告
JDBC 规范是 Java EE 领域中进行数据库访问的标准规范,在业界应用非常广泛。今天的课程中,我们分析了该规范的核心编程对象,并梳理了使用 JDBC 规范访问数据库的开发流程。希望你能熟练掌握这部分知识,因为熟练掌握 JDBC 规范是我们理解后续内容的基础。
这里给你留一道思考题:在使用 JDBC 规范时,开发人员主要应用哪些编程对象完成对数据库的访问?
尽管 JDBC 规范非常经典,但其所提供的 API 过于面向底层,对于开发人员来说并不友好。因此 07 讲中,我们将引入 Spring 框架中提供的 JdbcTemplate 模板工具类来简化 JDBC 规范的使用方法。