Java数据库持久层框架基础：jdbc原理和使用综述

前言

    目前java web项目流行的各种数据库持久层框架，如mybatis以及mybatis plus等mybatis各种变体、ORM框架包括Hibernate、spring data JPA等，底层的数据库访问都是依托于jdbc。虽然成熟项目中使用上述的持久层框架，并不能感知到jdbc的存在，但实际上很多项目中数据库访问的问题，本身都能够从jdbc的基础原理中找到依据或答案。

jdbc基础架构

    jdbc最初的设计是面向Java应用层提供数据库查询的API（如上图所示），简化应用层的数据查询流程。虽然后续由于jdbc不够简便，现在直接和应用层交互的是数据持久层的框架，但底层依然是依赖jdbc提供的API接口。

    在JDBC层，使用DriverManager来获取驱动、创建和管理连接Connection，每一个Connection对应着一个数据库连接，通过这个连接创建会话Statement，执行sql语句，获得数据查询返回的结果集ResultSet。在驱动层，jdbc可以使用数据库厂商提供给JDBC的驱动（JDBC Driver）访问数据库。对于windows下常用的ODBC，可以通过JDBC-ODBC bridge模式使用ODBC Driver。

jbdc的使用

    在介绍更深层次的原理之前，首先需要对jdbc的使用有感性的认识。以下代码展示了jdbc使用的简要流程。

/**************1. 加载驱动************/
try{
    Class.forName("com.mysql.cj.jdbc.Driver") ;
}catch(ClassNotFoundException e){
    System.out.println("加载驱动失败！");
    e.printStackTrace() ;
    return null;
}
/************************************/

Connection connection = null;
Statement statement = null;
ResultSet resultSet = null;
try{
/********2. 获取连接Connection ********/
     //访问本地mysql的test库
     String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/test" ;
     String username = "root" ;
     String password = "root" ;
     connection = DriverManager.getConnection(url , username , password ) ;
/************************************/

//3.获取会话Statement
     statement = connection.createStatement() ;
//4.执行查询、获取结果集ResultSet
     resultSet = statement.executeQuery("SELECT * FROM movie") ;
//5.打印结果
    while(resultSet.next()){
        String name = resultSet.getString("name") ;
        String year = resultSet.getString(1) ;
        System.out.println("电影："+ name +"上映于"+year+"年.");
    }
}catch(SQLException se){
    System.out.println("数据库访问失败！");
    se.printStackTrace() ;
} finally {

/*******6.依次关闭结果集、会话和连接*******/
    if(resultSet !=null){
        try {
            resultSet.close();
        } catch (SQLException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    if(statement !=null){
        try {
            statement.close();
        } catch (SQLException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    if(connection !=null){
        try {
            connection.close();
        } catch (SQLException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
/**************************************/
}
return null;

jdbc的主要接口

驱动

    在获取连接之前，要保证对应数据的驱动已经被加载。驱动的正确选用由DriveManager自动管理，用户不需要关心。（com.mysql.cj.jdbc.Driver是Mysql的最新jdbc驱动，之前使用的驱动com.mysql.jdbc.Driver现在官方已经不建议使用。）

连接

    Jdbc使用DriverManager管理驱动、获取连接。获取连接的必要条件是数据库路径、用户名和密码。数据库路径的书写分为两类：

• JDBC源：jdbc:子协议:<主机名:[端口号]/数据源名><参数>，如上例的jdbc:mysql://localhost:3306/test，访问是数据库是本地mysql的test库。
• ODBC源:使用ODBC桥，jdbc:odbc:<主机名:[端口号]/数据源名><参数>

    DriverManager.getConnection(url , username , password )获取连接，即创建的一个连接只能对应一个数据源，如果想要访问多个数据库，需要创建多个连接。

连接池

    需要注意的是jdbc方式创建连接的方式比较慢。如果对于大量数据的数据库访问，单连接查询的效率受限，但即时创建多个连接并发，一方面存在时间问题，另一方面面临创建后如何管理的问题（使用、回收销毁），所以现在普遍的解决方案是使用连接池。目前使用常用的连接池有hikariCP、druid、dbcp、c3p0等。
    根据上文对连接池的使用目的的解释，可知每一个连接池实例中所有连接都对应相同的数据源连接配置，这意味着如果需要增加新的数据库访问，就需要新建相应配置的连接池。如果是spring mvc或者更成熟的spring boot的项目，每一个DataSource包含的也就是数据源、用户名、密码、数据访问设置相关的配置，每一个DataSource也都对应一个连接池实例。
    连接池会有几个比较重要的配置。首先是连接数，包括最大连接数、最大空闲数。最大连接数定义了连接池中最多可以持有多少个连接，最大空闲数定义了连接池中最多可以有多少个空闲连接，这两个参数主要影响了数据库访问的并发量。其次是时间值，主要包括超时时间和最长空闲时间。超时时间用来指定数据库访问多久未返回则报超时，最长空闲时间用来定义连接最大空闲多久则会被连接池回收。
    这里有一个著名的坑：mysql数据库本身能够设置连接超时时间wait_timeout，如果连接池的连接的最大空闲时间大于这个阈值，则连接可能已经被因数据库断掉而失效了，但该连接在池中还能够被使用。此时使用此连接时就会报错。对于这种情况有三种解决方式：

1. 设置最大空闲时间小于数据库的连接超时时间，在数据库连接超时之前该连接就能够被连接池回收；
2. 使用空闲连接检测，有些连接池会有testOnBorrow或者testOnReturn配置，在使用或者放回连接时检测连接时候有效。
3. keep alive机制，可以设置一个无意义的查询，比如SELECT 1,每过一段时间执行查询保持连接有效，这样做会损失一定性能。

会话Statement

    jdbc使用Statement来执行sql语句，可以使用三种类型的Statement，对应三种类型的sql执行机制。

1. 普通Statement：即上文例子中由connection.createStatement()创建的Statement，用来执行普通静态sql。
2. PreparedStatement：由connection.prepareStatement(sql)创建。

• PreparedStatement和普通Statement的不同之处在于，创建Statement需要传入sql语句，sql语句支持传入占位符，类似于 WHERE id=?，后续需要设置占位符的值，然后执行。
• 这样做的好处是，在创建Statement后，数据库系统会对sql语句进行预编译处理（如果JDBC驱动支持的话），预处理语句将被预先编译好，这条预编译的sql查询语句能在将来的查询中重用，因此比PreparedStatement要比Statement对象生成的查询速度更快。

3. CallableStatement：由connection.prepareCall("{call show_movies()}")创建。

• show_movies()是自主定义的数据库的存储过程函数，存储过程可以一次性执行多条SQL语句的目的。在使用之前，首先需要在数据库中创建一个存储过程，比如使用数据库命令行创建show_usertbl()：“create procedure sp_movies () select * from movie；”

结果集ResultSet

    对于更新、插入和查询的语句执行结果是不一样的，比如普通Statement的更新语句的执行int executeUpdate(String sqlString)，返回更新条目的计数，插入语句返回的结果为布尔值是否成功。返回结果中比较复杂的是结果集，可以使用上例中resultSet.next()对结果集中的每条记录进行遍历，使用字段名或者字段索引index获取字段值。

最后，在流程上，当完成所有查询或者查询中遭遇异常，需要依次关闭结果集、会话和连接，回收资源。正如上例代码第6步所做的那样，需要使用接口的close方法，完成关闭和资源回收。