使用 HTML5 IndexedDB API
HTML5 的一个重要特性是本地数据持久性，它使用户能够在线和离线访问 Web 应用程序。此外，本地数据持久性使移动应用程序更灵敏，使用的带宽更少，而且能够在低带宽场景中更高效地工作。HTML5 提供了一些本地数据持久性选项。第一个选项是 localstorage，它支持您使用一个简单的键值对来存储数据。IndexedDB（一个更加强大的选项）支持您本地存储大量对象，并使用健壮的数据访问机制检索数据。
IndexedDB API 取代了 Web Storage API，后者在 HTML5 规范中已不推荐使用。（但一些领先的浏览器仍然支持 Web Storage，其中包括苹果公司的 Safari 和 Opera Web 浏览器）与 Web Storage 相比，IndexedDB 具有多个优势，其中包括索引、事务处理和健壮的查询功能。本文将通过一系列的示例来展示如何管理 IndexedDB 数据库。（参见 下载 一节，获取示例的完整源代码。）
重要概念
一个网站可能有一个或多个 IndexedDB 数据库，每个数据库必须具有惟一的名称。
一个数据库可包含一个或多个对象存储。一个对象存储（由一个名称惟一标识）是一个记录集合。每个记录有一个键 和一个值。该值是一个对象，可拥有一个或多个属性。键可能基于某个键生成器，从一个键路径衍生出来，或者是显式设置。一个键生成器自动生成惟一的连续正整数。键路径定义了键值的路径。它可以是单个 JavaScript 标识符或多个由句点分隔的标识符。
规范中包含一个异步 API 和一个同步 API。同步 API 用于 Web 浏览器中。异步 API 使用请求和回调。
在以下示例中，输出附加到一个具有 ID result 的 div 标记上。要更新 result 元素，可在每个数据操作期间清除并设置 innerHTML 属性。每个示例 JavaScript 函数由 HTML 按钮的一个 onclick 事件调用。
处理错误或异常和调试
所有异步请求都有一个 onsuccess 回调和一个 onerror 回调，前者在数据库操作成功时调用，后者在一个操作未成功时调用。清单 1 是一个 onerror 回调的示例。
清单 1. 异步错误处理函数
request.onerror = function(e) {
// handle error
...
console.log("Database error: " + e.target.errorCode);
};
在使用 IndexedDB API 时，使用 JavaScript try/catch 块是一个不错的想法。此功能对处理可能在数据库操作之前发生的错误和异常很有用，比如在数据库未打开时尝试读取或操作数据，或者在另一个读/写事务已打开时尝试写入数据。
IndexedDB 很难调试和排除故障，因为在许多情况下，错误消息是泛泛的，缺乏信息价值。在开发应用程序时，可以使用 console.log 和 JavaScript 调试工具，比如用于 Mozilla Firefox 的 Firebug，或者 Chrome 内置的 Developer Tools。对于任何 JavaScript 密集型应用程序，这些工具的价值是无可估量的，它们尤其适用于使用 IndexedDB API 的 HTML5 应用程序。
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使用数据库
一个数据库一次只能有一个版本。在首次创建数据库时，它的初始版本编号为 0。创建数据库之后，数据库（和它的对象存储）只能通过一种称为 versionchange 的特殊类型的事务来更改。要在创建数据库后更改它，必须打开具有更高版本的数据库。此操作会触发 upgradeneeded 事件。修改数据库或对象存储的代码必须位于 upgradeneeded 事件处理函数中。
清单 2 中的代码段展示了如何创建数据库：调用 open 方法并传递数据库名称。如果不存在具有指定名称的数据库，则会创建该数据库。
清单 2. 创建一个新的数据库
function createDatabase() {
var openRequest = localDatabase.indexedDB.open(dbName);
openRequest.onerror = function(e) {
console.log("Database error: " + e.target.errorCode);
};
openRequest.onsuccess = function(event) {
console.log("Database created");
localDatabase.db = openRequest.result;
};
openRequest.onupgradeneeded = function (evt) {
...
};
}
要删除现有数据库，可以调用 deleteDatabase 方法，并传递要删除的数据库名称，如 清单 3 中所示。
清单 3. 删除现有数据库
function deleteDatabase() {
var deleteDbRequest = localDatabase.indexedDB.deleteDatabase(dbName);
deleteDbRequest.onsuccess = function (event) {
// database deleted successfully
};
deleteDbRequest.onerror = function (e) {
console.log("Database error: " + e.target.errorCode);
};
}
清单 4 中的代码段展示了如何打开与现有数据库的连接。
清单 4. 打开数据库的最新版本
function openDatabase() {
var openRequest = localDatabase.indexedDB.open("dbName");
openRequest.onerror = function(e) {
console.log("Database error: " + e.target.errorCode);
};
openRequest.onsuccess = function(event) {
localDatabase.db = openRequest.result;
};
}
创建、删除和打开数据库就是这么简单。现在是时候使用对象存储了。
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使用对象存储
对象存储是一个数据记录集合。要在现有数据库中创建一个新对象存储，则需要对现有数据库进行版本控制。为此，请打开要进行版本控制的数据库。除了数据库名称之外，open 方法还接受版本号作为第二个参数。如果希望创建数据库的一个新版本（也就是说，要创建或修改一个对象存储），只需打开具有现有数据库版本更高的数据库。这会调用 onupgradeneeded 事件处理函数。
要创建一个对象存储，可以在数据库对象上调用 createObjectStore 方法，如 清单 5 中所示。
清单 5. 创建对象存储
function createObjectStore() {
var openRequest = localDatabase.indexedDB.open(dbName, 2);
openRequest.onerror = function(e) {
console.log("Database error: " + e.target.errorCode);
};
openRequest.onsuccess = function(event) {
localDatabase.db = openRequest.result;
};
openRequest.onupgradeneeded = function (evt) {
var employeeStore = evt.currentTarget.result.createObjectStore
("employees", {keyPath: "id"});
};
}
我们已经了解了对象存储的工作原理。接下来，让我们看看索引 如何引用包含数据的对象存储。
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使用索引
除了使用键来检索对象存储中的记录，还可使用代索引的字段来检索记录。对象存储可具有一个或多个索引。索引是一种特殊的对象存储，它引用包含数据的对象存储，在更改所引用的对象存储时（也就是添加、修改或删除记录时）自动更新。
要创建一个索引，必须使用 清单 5 中所示的方法对数据库进行版本控制。索引可以是惟一的，也可以是不惟一的。惟一索引要求索引中的所有值都是惟一的，比如使用一个电子邮件地址字段。当某个值可以重复出现时，需要使用非惟一索引，比如城市、州或国家。清单 6 中的代码段展示了如何在 employee 对象的 state 字段上创建一个非惟一索引，在 ZIP code 字段上创建一个非惟一索引，并在 email address 字段上创建一个惟一索引：
清单 6. 创建索引
function createIndex() {
var openRequest = localDatabase.indexedDB.open(dbName, 2);
openRequest.onerror = function(e) {
console.log("Database error: " + e.target.errorCode);
};
openRequest.onsuccess = function(event) {
db = openRequest.result;
};
openRequest.onupgradeneeded = function (evt) {
var employeeStore = evt.currentTarget.result.objectStore("employees");
employeeStore.createIndex("stateIndex", "state", { unique: false });
employeeStore.createIndex("emailIndex", "email", { unique: true });
employeeStore.createIndex("zipCodeIndex", "zip_code", { unique: false })
};
}
接下来，您将使用事务对对象存储执行一些操作。
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使用事务
您需要使用事务在对象存储上执行所有读取和写入操作。类似于关系数据库中的事务的工作原理，IndexedDB 事务提供了数据库写入操作的一个原子集合，这个集合要么完全提交，要么完全不提交。IndexedDB 事务还拥有数据库操作的一个中止和提交工具。
表 1 列出并描述了 IndexedDB 提供的事务模式。
表 1. IndexedDB 事务模式
模式 描述
readonly 提供对某个对象存储的只读访问，在查询对象存储时使用。
readwrite 提供对某个对象存储的读取和写入访问权。
versionchange 提供读取和写入访问权来修改对象存储定义，或者创建一个新的对象存储。
默认的事务模式为 readonly。您可在任何给定时刻打开多个并发的 readonly 事务，但只能打开一个 readwrite 事务。出于此原因，只有在数据更新时才考虑使用 readwrite 事务。单独的（表示不能打开任何其他并发事务）versionchange 事务操作一个数据库或对象存储。可以在 onupgradeneeded 事件处理函数中使用 versionchange 事务创建、修改或删除一个对象存储，或者将一个索引添加到对象存储。
要在 readwrite 模式下为 employees 对象存储创建一个事务，可以使用语句：var transaction = db.transaction("employees", "readwrite");。
清单 7 中的 JavaScript 函数展示了如何使用一个事务，使用键来检索 employees 对象存储中的一条特定的员工记录。
清单 7. 使用键获取一个特定的记录
function fetchEmployee() {
try {
var result = document.getElementById("result");
result.innerHTML = "";
if (localDatabase != null && localDatabase.db != null) {
var store = localDatabase.db.transaction("employees").objectStore("employees");
store.get("E3").onsuccess = function(event) {
var employee = event.target.result;
if (employee == null) {
result.value = "employee not found";
}
else {
var jsonStr = JSON.stringify(employee);
result.innerHTML = jsonStr;
}
};
}
}
catch(e){
console.log(e);
}
}
清单 8 中的 JavaScript 函数展示了如何使用一个事务，以使用 emailIndex 索引而不是对象存储键来检索 employees 对象存储中的特定员工记录。
清单 8. 使用索引获取特定的记录
function fetchEmployeeByEmail() {
try {
var result = document.getElementById("result");
result.innerHTML = "";
if (localDatabase != null && localDatabase.db != null) {
var range = IDBKeyRange.only("[email protected]");
var store = localDatabase.db.transaction("employees")
.objectStore("employees");
var index = store.index("emailIndex");
index.get(range).onsuccess = function(evt) {
var employee = evt.target.result;
var jsonStr = JSON.stringify(employee);
result.innerHTML = jsonStr;
};
}
}
catch(e){
清单 9 是使用 readwrite 事务创建新员工记录的一个示例。
清单 9. 创建一条新员工记录
function addEmployee() {
try {
var result = document.getElementById("result");
result.innerHTML = "";
var transaction = localDatabase.db.transaction("employees", "readwrite");
var store = transaction.objectStore("employees");
if (localDatabase != null && localDatabase.db != null) {
var request = store.add({
"id": "E5",
"first_name" : "Jane",
"last_name" : "Doh",
"email" : "[email protected]",
"street" : "123 Pennsylvania Avenue",
"city" : "Washington D.C.",
"state" : "DC",
"zip_code" : "20500",
});
request.onsuccess = function(e) {
result.innerHTML = "Employee record was added successfully.";
};
request.onerror = function(e) {
console.log(e.value);
result.innerHTML = "Employee record was not added.";
};
}
}
catch(e){
console.log(e);
}
}
清单 10 是使用 readwrite 事务更新现有员工记录的一个示例。该示例更改了记录 ID 为 E3 的员工的电子邮件地址。
清单 10. 更新现有的员工记录
function updateEmployee() {
try {
var result = document.getElementById("result");
result.innerHTML = "";
var transaction = localDatabase.db.transaction("employees", "readwrite");
var store = transaction.objectStore("employees");
var jsonStr;
var employee;
if (localDatabase != null && localDatabase.db != null) {
store.get("E3").onsuccess = function(event) {
employee = event.target.result;
// save old value
jsonStr = "OLD: " + JSON.stringify(employee);
result.innerHTML = jsonStr;
// update record
employee.email = "[email protected]";
var request = store.put(employee);
request.onsuccess = function(e) {
console.log("Added Employee");
};
request.onerror = function(e) {
console.log(e.value);
};
// fetch record again
store.get("E3").onsuccess = function(event) {
employee = event.target.result;
jsonStr = "
NEW: " + JSON.stringify(employee);
result.innerHTML = result.innerHTML + jsonStr;
}; // fetch employee again
}; // fetch employee first time
}
}
catch(e){
console.log(e);
}
}
清单 11 是一个创建或删除对象存储中的所有记录的 readwrite 事务的示例。像其他异步事务一样，clear 事务根据对象存储是否已清除来调用 onsuccess 或 onerror 回调。
清单 11. 清除对象存储事务
function clearAllEmployees() {
try {
var result = document.getElementById("result");
result.innerHTML = "";
if (localDatabase != null && localDatabase.db != null) {
var store = localDatabase.db.transaction("employees", "readwrite")
.objectStore("employees");
store.clear().onsuccess = function(event) {
result.innerHTML = "'Employees' object store cleared";
};
}
}
catch(e){
console.log(e);
}
}
这些示例演示了事务的一些常见用途。接下来您将看到 IndexedDB 中游标的工作原理。
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使用游标
类似于关系数据库中游标的工作方式，IndexedDB 中的游标使您能够迭代一个对象存储中的记录。您还可以使用对象存储的索引来迭代记录。IndexedDB 中的游标是双向的，所以您可向前和向后迭代记录，还可以跳过非惟一索引中的重复记录。openCursor 方法可以打开一个游标。它接受两个可选的参数，其中包括范围和方向。
清单 12 为 employees 对象存储打开一个游标，并迭代所有员工记录。
清单 12. 迭代所有员工记录
function fetchAllEmployees() {
try {
var result = document.getElementById("result");
result.innerHTML = "";
if (localDatabase != null && localDatabase.db != null) {
var store = localDatabase.db.transaction("employees")
.objectStore("employees");
var request = store.openCursor();
request.onsuccess = function(evt) {
var cursor = evt.target.result;
if (cursor) {
var employee = cursor.value;
var jsonStr = JSON.stringify(employee);
result.innerHTML = result.innerHTML + "
" + jsonStr;
cursor.continue();
}
};
}
}
catch(e){
console.log(e);
}
}
接下来的这些示例将游标用于索引。表 2 列出并描述了 IndexedDB API 在为索引打开游标时提供的范围类型或过滤器。
表 2. IndexedDB API 在为索引打开游标时提供的范围类型或过滤器
范围类型或过滤器 描述
IDBKeyRange.bound 返回指定范围内的所有记录。这个范围有一个下边界和上边界。它还有两个可选的参数：lowerOpen 和 upperOpen，这两个参数表明下边界或上边界上的记录是否应包含在范围内。
IDBKeyRange.lowerBound 超过指定的边界值范围的所有记录。此范围有一个可选的参数 lowerOpen，表明下边界上的记录是否应包含在范围中。
IDBKeyRange.upperBound 返回指定的边界值之前的所有记录。它也有一个可选的 upperOpen 参数。
IDBKeyRange.only 仅返回与指定值匹配的记录。
清单 13 是迭代特定国家的所有员工记录的一个基本示例。这个查询最常见。它使您能够检索与特定条件匹配的所有记录。这个示例使用 stateIndex 和 IDBKeyRange.only 范围，返回与指定值（在本例中为 "New York"）匹配的所有记录。
清单 13. 迭代纽约市内的所有员工记录。
function fetchNewYorkEmployees() {
try {
var result = document.getElementById("result");
result.innerHTML = "";
if (localDatabase != null && localDatabase.db != null) {
var range = IDBKeyRange.only("New York");
var store = localDatabase.db.transaction("employees")
.objectStore("employees");
var index = store.index("stateIndex");
index.openCursor(range).onsuccess = function(evt) {
var cursor = evt.target.result;
if (cursor) {
var employee = cursor.value;
var jsonStr = JSON.stringify(employee);
result.innerHTML = result.innerHTML + "
" + jsonStr;
cursor.continue();
}
};
}
}
catch(e){
console.log(e);
}
}
清单 14 是一个使用 IDBKeyRange.lowerBound 范围的示例。它迭代邮政编码高于 92000 的所有员工。
清单 14. 使用 IDBKeyRange.lowerBound
function fetchEmployeeByZipCode1() {
try {
var result = document.getElementById("result");
result.innerHTML = "";
if (localDatabase != null && localDatabase.db != null) {
var store = localDatabase.db.transaction("employees").objectStore("employees");
var index = store.index("zipIndex");
var range = IDBKeyRange.lowerBound("92000");
index.openCursor(range).onsuccess = function(evt) {
var cursor = evt.target.result;
if (cursor) {
var employee = cursor.value;
var jsonStr = JSON.stringify(employee);
result.innerHTML = result.innerHTML + "
" + jsonStr;
cursor.continue();
}
};
}
}
catch(e){
console.log(e);
}
}
清单 15 是一个使用 IDBKeyRange.upperBound 范围的示例。它迭代邮政编码基于 93000 的所有员工。
清单 15. 使用 IDBKeyRange.upperBound
function fetchEmployeeByZipCode2() {
try {
var result = document.getElementById("result");
result.innerHTML = "";
if (localDatabase != null && localDatabase.db != null) {
var store = localDatabase.db.transaction("employees").objectStore("employees");
var index = store.index("zipIndex");
var range = IDBKeyRange.upperBound("93000");
index.openCursor(range).onsuccess = function(evt) {
var cursor = evt.target.result;
if (cursor) {
var employee = cursor.value;
var jsonStr = JSON.stringify(employee);
result.innerHTML = result.innerHTML + "
" + jsonStr;
cursor.continue();
}
};
}
}
catch(e){
console.log(e);
}
}
清单 16 是一个使用 IDBKeyRange.bound 范围的示例。它检索邮政编码值在 92000 与 92999（含）之间的所有员工。
清单 16. 使用 IDBKeyRange.bound
function fetchEmployeeByZipCode3() {
try {
var result = document.getElementById("result");
result.innerHTML = "";
if (localDatabase != null && localDatabase.db != null) {
var store = localDatabase.db.transaction("employees").objectStore("employees");
var index = store.index("zipIndex");
var range = IDBKeyRange.bound("92000", "92999", true, true);
index.openCursor(range).onsuccess = function(evt) {
var cursor = evt.target.result;
if (cursor) {
var employee = cursor.value;
var jsonStr = JSON.stringify(employee);
result.innerHTML = result.innerHTML + "
" + jsonStr;
cursor.continue();
}
};
}
}
catch(e){
console.log(e);
}
}
这些示例表明，IndexedDB 中的游标功能与关系数据库中的游标功能类似。使用 IndexedDB 游标，可迭代一个对象存储中的记录和对象存储的某个索引的记录。IndexedDB 中的游标是双向的，这提供了额外的灵活性。
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结束语
IndexedDB API 非常强大，您可以使用它创建具有丰富本地存储数据的数据密集型应用程序（尤其是离线的 HTML5 Web 应用程序）。您还可以使用 IndexedDB API 将数据缓存到本地，使传统的在线 Web 应用程序（尤其是移动 Web 应用程序）能够更快地运行和响应，从而消除每次从 Web 服务器检索数据的需求。例如，可以将选择列表的数据缓存在 IndexedDB 数据库中。
本文展示了如何管理 IndexedDB 数据库，包括创建数据库，删除数据库，以及建立与数据库的连接。本文还展示了 IndexedDB API 的许多更高级的功能，包括事务处理、索引和游标。您可以使用这些展示的概念构建利用 IndexedDB API 的离线应用或移动 Web 应用程序。