源码详解系列(二) ------ jdbc-mysql的使用和分析
简介
什么是JDBC
JDBC是一套连接和操作数据库的标准、规范。通过提供DriverManager、Connection、Statement、ResultSet等接口将开发人员与数据库提供商隔离，开发人员只需要面对JDBC接口，无需关心怎么跟数据库交互。
几个重要的类
| 类名 | 作用 |
|---|---|
DriverManager |
驱动管理器，用于注册驱动，是获取 Connection对象的入口 |
Driver |
数据库驱动，用于获取Connection对象 |
Connection |
数据库连接，用于获取Statement对象、管理事务 |
Statement |
sql执行器，用于执行sql |
ResultSet |
结果集，用于封装和操作查询结果 |
prepareCall |
用于调用存储过程 |
使用中的注意事项
- 记得释放资源。另外，
ResultSet和Statement的关闭都不会导致Connection的关闭。 - maven要引入oracle的驱动包，要把jar包安装在本地仓库或私服才行。
- 使用
PreparedStatement而不是Statement。可以避免SQL注入，并且利用预编译的特点可以提高效率。
使用例子
需求
使用JDBC对mysql数据库的用户表进行增删改查。
工程环境
JDK：1.8
maven：3.6.1
IDE：sts4
mysql driver：8.0.15
mysql：5.7
主要步骤
一个完整的JDBC保存操作主要包括以下步骤：
- 注册驱动（JDK6后会自动注册，可忽略该步骤）;
- 通过
DriverManager获得Connection对象; - 开启事务;
- 通过
Connection获得PreparedStatement对象; - 设置
PreparedStatement的参数; - 执行保存操作;
- 保存成功提交事务，保存失败回滚事务;
- 释放资源，包括
Connection、PreparedStatement。
创建表
CREATE TABLE `demo_user` (
`id` bigint(20) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT COMMENT '用户id',
`name` varchar(16) COLLATE utf8_unicode_ci NOT NULL COMMENT '用户名',
`age` int(3) unsigned DEFAULT NULL COMMENT '用户年龄',
`gmt_create` datetime DEFAULT NULL COMMENT '记录创建时间',
`gmt_modified` datetime DEFAULT NULL COMMENT '记录最近修改时间',
`deleted` bit(1) DEFAULT b'0' COMMENT '是否删除',
PRIMARY KEY (`id`),
UNIQUE KEY `uk_name` (`name`),
KEY `index_age` (`age`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=7 DEFAULT CHARSET=utf8 COLLATE=utf8_unicode_ci
创建项目
项目类型Maven Project，打包方式jar
引入依赖
<dependency>
<groupId>junitgroupId>
<artifactId>junitartifactId>
<version>4.12version>
<scope>testscope>
dependency>
<dependency>
<groupId>mysqlgroupId>
<artifactId>mysql-connector-javaartifactId>
<version>8.0.15version>
dependency>
注意：由于oracle商业版权问题，maven并不提供Oracle JDBC driver，需要将驱动包手动添加到本地仓库或私服。
编写jdbc.prperties
下面的url拼接了好几个参数，主要为了避免乱码和时区报错的异常。
路径：resources目录下
driver=com.mysql.cj.jdbc.Driver
url=jdbc:mysql://localhost:3306/github_demo?useUnicode=true&characterEncoding=utf8&serverTimezone=GMT%2B8&useSSL=true
#这里指定了字符编码和解码格式，时区，是否加密传输
username=root
password=root
#注意，xml配置是&采用&替代
如果是oracle数据库，配置如下：
driver=oracle.jdbc.driver.OracleDriver
url=jdbc:oracle:thin:@//localhost:1521/xe
username=system
password=root
获得Connection对象
private static Connection createConnection() throws Exception {
// 导入配置文件
Properties pro = new Properties();
InputStream in = JDBCUtil.class.getClassLoader().getResourceAsStream( "jdbc.properties" );
Connection conn = null;
pro.load( in );
// 获取配置文件的信息
String driver = pro.getProperty( "driver" );
String url = pro.getProperty( "url" );
String username = pro.getProperty( "username" );
String password = pro.getProperty( "password" );
// 注册驱动,JDK6后不需要再手动注册，DirverManager的静态代码块会帮我们注册
// Class.forName(driver);
// 获得连接
conn = DriverManager.getConnection( url, username, password );
return conn;
}
使用Connection对象完成保存操作
这里简单地模拟实际业务层调用持久层，并开启事务。另外，获取连接、释放资源可以通过自定义的工具类 JDBCUtil 来实现，具体见源码。
@Test
public void save() throws Exception {
UserDao userDao = new UserDaoImpl();
// 创建用户
User user = new User("zzf002", 18, new Date(), new Date());
try (Connection connection = JDBCUtil.getConnection()) {
// 开启事务
connection.setAutoCommit(false);
// 保存用户
userDao.insert(user);
// 提交事务
connection.commit();
}
}
接下来看看具体的保存操作，即DAO层方法。
public void insert(User user) throws Exception {
String sql = "insert into demo_user (name,age,gmt_create,gmt_modified) values(?,?,?,?)";
Connection connection = JDBCUtil.getConnection();
// 获取PreparedStatement对象
PreparedStatement prepareStatement = connection.prepareStatement(sql);
// 设置参数
prepareStatement.setString(1, user.getName());
prepareStatement.setInt(2, user.getAge());
prepareStatement.setDate(3, new java.sql.Date(user.getGmt_create().getTime()));
prepareStatement.setDate(4, new java.sql.Date(user.getGmt_modified().getTime()));
// 执行保存
prepareStatement.executeUpdate();
// 释放资源
JDBCUtil.release(prepareStatement, null, null);
}
源码分析
驱动注册
DriverManager.registerDriver
DriverManager主要用于管理数据库驱动，并为我们提供了获取连接对象的接口。其中，它有一个重要的成员属性registeredDrivers，是一个CopyOnWriteArrayList集合（通过ReentrantLock实现线程安全），存放的是元素是DriverInfo对象。
//存放数据库驱动包装类的集合（线程安全）
private final static CopyOnWriteArrayList<DriverInfo> registeredDrivers = new CopyOnWriteArrayList<>();
public static synchronized void registerDriver(java.sql.Driver driver)
throws SQLException {
//调用重载方法，传入的DriverAction对象为null
registerDriver(driver, null);
}
public static synchronized void registerDriver(java.sql.Driver driver,
DriverAction da)
throws SQLException {
if(driver != null) {
//当列表中没有这个DriverInfo对象时，加入列表。
//注意，这里判断对象是否已经存在，最终比较的是driver地址是否相等。
registeredDrivers.addIfAbsent(new DriverInfo(driver, da));
} else {
throw new NullPointerException();
}
println("registerDriver: " + driver);
}
为什么集合存放的是Driver的包装类DriverInfo对象，而不是Driver对象呢？
-
通过
DriverInfo的源码可知，当我们调用equals方法比较两个DriverInfo对象是否相等时，实际上比较的是Driver对象的地址，也就是说，我可以在DriverManager中注册多个MYSQL驱动。而如果直接存放的是Driver对象，就不能达到这种效果（因为没有遇到需要注册多个同类驱动的场景，所以我暂时理解不了这样做的好处）。 -
DriverInfo中还包含了另一个成员属性DriverAction，当我们注销驱动时，必须调用它的deregister方法后才能将驱动从注册列表中移除，该方法决定注销驱动时应该如何处理活动连接等（其实一般在构造DriverInfo进行注册时，传入的DriverAction对象为空，根本不会去使用到这个对象，除非一开始注册就传入非空DriverAction对象）。
综上，集合中元素不是Driver对象而DriverInfo对象，主要考虑的是扩展某些功能，虽然这些功能几乎不会用到。
注意：考虑篇幅，以下代码经过修改，仅保留所需部分。
class DriverInfo {
final Driver driver;
DriverAction da;
DriverInfo(Driver driver, DriverAction action) {
this.driver = driver;
da = action;
}
@Override
public boolean equals(Object other) {
//这里对比的是地址
return (other instanceof DriverInfo)
&& this.driver == ((DriverInfo) other).driver;
}
}
为什么Class.forName(com.mysql.cj.jdbc.Driver) 可以注册驱动？
当加载com.mysql.cj.jdbc.Driver这个类时，静态代码块中会执行注册驱动的方法。
static {
try {
//静态代码块中注册当前驱动
java.sql.DriverManager.registerDriver(new Driver());
} catch (SQLException E) {
throw new RuntimeException("Can't register driver!");
}
}
为什么JDK6后不需要Class.forName也能注册驱动？
因为从JDK6开始，DriverManager增加了以下静态代码块，当类被加载时会执行static代码块的loadInitialDrivers方法。
而这个方法会通过查询系统参数（jdbc.drivers）和SPI机制两种方式去加载数据库驱动。
注意：考虑篇幅，以下代码经过修改，仅保留所需部分。
static {
loadInitialDrivers();
}
//这个方法通过两个渠道加载所有数据库驱动：
//1. 查询系统参数jdbc.drivers获得数据驱动类名
//2. SPI机制
private static void loadInitialDrivers() {
//通过系统参数jdbc.drivers读取数据库驱动的全路径名。该参数可以通过启动参数来设置，其实引入SPI机制后这一步好像没什么意义了。
String drivers;
try {
drivers = AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<String>() {
public String run() {
return System.getProperty("jdbc.drivers");
}
});
} catch (Exception ex) {
drivers = null;
}
//使用SPI机制加载驱动
AccessController.doPrivileged(new PrivilegedAction<Void>() {
public Void run() {
//读取META-INF/services/java.sql.Driver文件的类全路径名。
ServiceLoader<Driver> loadedDrivers = ServiceLoader.load(Driver.class);
Iterator<Driver> driversIterator = loadedDrivers.iterator();
//加载并初始化类
try{
while(driversIterator.hasNext()) {
driversIterator.next();
}
} catch(Throwable t) {
// Do nothing
}
return null;
}
});
if (drivers == null || drivers.equals("")) {
return;
}
//加载jdbc.drivers参数配置的实现类
String[] driversList = drivers.split(":");
for (String aDriver : driversList) {
try {
Class.forName(aDriver, true,
ClassLoader.getSystemClassLoader());
} catch (Exception ex) {
println("DriverManager.Initialize: load failed: " + ex);
}
}
}
补充：SPI机制本质上提供了一种服务发现机制，通过配置文件的方式，实现服务的自动装载，有利于解耦和面向接口编程。具体实现过程为：在项目的META-INF/services文件夹下放入以接口全路径名命名的文件，并在文件中加入实现类的全限定名，接着就可以通过ServiceLoder动态地加载实现类。
打开mysql的驱动包就可以看到一个java.sql.Driver文件，里面就是mysql驱动的全路径名。
获得连接对象
DriverManager.getConnection
获取连接对象的入口是DriverManager.getConnection，调用时需要传入url、username和password。
获取连接对象需要调用java.sql.Driver实现类（即数据库驱动）的方法，而具体调用哪个实现类呢？
正如前面讲到的，注册的数据库驱动被存放在registeredDrivers中，所以只有从这个集合中获取就可以了。
注意：考虑篇幅，以下代码经过修改，仅保留所需部分。
public static Connection getConnection(String url, String user, String password) throws SQLException {
java.util.Properties info = new java.util.Properties();
if (user != null) {
info.put("user", user);
}
if (password != null) {
info.put("password", password);
}
//传入url、包含username和password的信息类、当前调用类
return (getConnection(url, info, Reflection.getCallerClass()));
}
private static Connection getConnection(String url, java.util.Properties info, Class<?> caller) throws SQLException {
ClassLoader callerCL = caller != null ? caller.getClassLoader() : null;
//遍历所有注册的数据库驱动
for(DriverInfo aDriver : registeredDrivers) {
//先检查这当前类加载器是否有权限加载这个驱动，如果是才进入
if(isDriverAllowed(aDriver.driver, callerCL)) {
//这一步是关键，会去调用Driver的connect方法
Connection con = aDriver.driver.connect(url, info);
if (con != null) {
return con;
}
} else {
println(" skipping: " + aDriver.getClass().getName());
}
}
}
com.mysql.cj.jdbc.Driver.connection
由于使用的是mysql的数据驱动，这里实际调用的是com.mysql.cj.jdbc.Driver的方法。
从以下代码可以看出，mysql支持支持多节点部署的策略，本文仅对单机版进行扩展。
注意：考虑篇幅，以下代码经过修改，仅保留所需部分。
//mysql支持多节点部署的策略，根据架构不同，url格式也有所区别。
private static final String REPLICATION_URL_PREFIX = "jdbc:mysql:replication://";
private static final String URL_PREFIX = "jdbc:mysql://";
private static final String MXJ_URL_PREFIX = "jdbc:mysql:mxj://";
public static final String LOADBALANCE_URL_PREFIX = "jdbc:mysql:loadbalance://";
public java.sql.Connection connect(String url, Properties info) throws SQLException {
//根据url的类型来返回不同的连接对象，这里仅考虑单机版
ConnectionUrl conStr = ConnectionUrl.getConnectionUrlInstance(url, info);
switch (conStr.getType()) {
case SINGLE_CONNECTION:
//调用ConnectionImpl.getInstance获取连接对象
return com.mysql.cj.jdbc.ConnectionImpl.getInstance(conStr.getMainHost());
case LOADBALANCE_CONNECTION:
return LoadBalancedConnectionProxy.createProxyInstance((LoadbalanceConnectionUrl) conStr);
case FAILOVER_CONNECTION:
return FailoverConnectionProxy.createProxyInstance(conStr);
case REPLICATION_CONNECTION:
return ReplicationConnectionProxy.createProxyInstance((ReplicationConnectionUrl) conStr);
default:
return null;
}
}
ConnectionImpl.getInstance
这个类有个比较重要的字段session，可以把它看成一个会话，和我们平时浏览器访问服务器的会话差不多，后续我们进行数据库操作就是基于这个会话来实现的。
注意：考虑篇幅，以下代码经过修改，仅保留所需部分。
private NativeSession session = null;
public static JdbcConnection getInstance(HostInfo hostInfo) throws SQLException {
//调用构造
return new ConnectionImpl(hostInfo);
}
public ConnectionImpl(HostInfo hostInfo) throws SQLException {
//先根据hostInfo初始化成员属性，包括数据库主机名、端口、用户名、密码、数据库及其他参数设置等等，这里省略不放入。
//最主要看下这句代码
createNewIO(false);
}
public void createNewIO(boolean isForReconnect) {
if (!this.autoReconnect.getValue()) {
//这里只看不重试的方法
connectOneTryOnly(isForReconnect);
return;
}
connectWithRetries(isForReconnect);
}
private void connectOneTryOnly(boolean isForReconnect) throws SQLException {
JdbcConnection c = getProxy();
//调用NativeSession对象的connect方法建立和数据库的连接
this.session.connect(this.origHostInfo, this.user, this.password, this.database, DriverManager.getLoginTimeout() * 1000, c);
return;
}
NativeSession.connect
接下来的代码主要是建立会话的过程，首先时建立物理连接，然后根据协议建立会话。
注意：考虑篇幅，以下代码经过修改，仅保留所需部分。
public void connect(HostInfo hi, String user, String password, String database, int loginTimeout, TransactionEventHandler transactionManager)
throws IOException {
//首先获得TCP/IP连接
SocketConnection socketConnection = new NativeSocketConnection();
socketConnection.connect(this.hostInfo.getHost(), this.hostInfo.getPort(), this.propertySet, getExceptionInterceptor(), this.log, loginTimeout);
// 对TCP/IP连接进行协议包装
if (this.protocol == null) {
this.protocol = NativeProtocol.getInstance(this, socketConnection, this.propertySet, this.log, transactionManager);
} else {
this.protocol.init(this, socketConnection, this.propertySet, transactionManager);
}
// 通过用户名和密码连接指定数据库，并创建会话
this.protocol.connect(user, password, database);
}
针对数据库的连接，暂时点到为止，另外还有涉及数据库操作的源码分析，后续再完善补充。
相关源码请移步：https://github.com/ZhangZiSheng001/jdbc-demo
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