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從今天開始，我們將進(jìn)入 Spring Boot 另一個(gè)核心技術(shù)體系的討論，即數(shù)據(jù)訪問技術(shù)體系。無論是互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用還是傳統(tǒng)軟件，對(duì)于任何一個(gè)系統(tǒng)而言，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和訪問都是不可缺少的。

數(shù)據(jù)訪問層的構(gòu)建可能會(huì)涉及多種不同形式的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)媒介，本課程關(guān)注的是最基礎(chǔ)也是最常用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)媒介，即關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，針對(duì)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，Java 中應(yīng)用最廣泛的就是 JDBC 規(guī)范，今天我們將對(duì)這個(gè)經(jīng)典規(guī)范展開討論。

JDBC 是 Java Database Connectivity 的全稱，它的設(shè)計(jì)初衷是提供一套能夠應(yīng)用于各種數(shù)據(jù)庫(kù)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，這套標(biāo)準(zhǔn)需要不同數(shù)據(jù)庫(kù)廠家之間共同遵守，并提供各自的實(shí)現(xiàn)方案供 JDBC 應(yīng)用程序調(diào)用。

作為一套統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，JDBC 規(guī)范具備完整的架構(gòu)體系，如下圖所示：

從上圖中可以看到，Java 應(yīng)用程序通過 JDBC 所提供的 API 進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問，而這些 API 中包含了開發(fā)人員所需要掌握的各個(gè)核心編程對(duì)象，下面我們一起來看下。

JDBC 規(guī)范中有哪些核心編程對(duì)象？

對(duì)于日常開發(fā)而言，JDBC 規(guī)范中的核心編程對(duì)象包括 DriverManger、DataSource、Connection、Statement，及 ResultSet。

DriverManager

正如前面的 JDBC 規(guī)范整體架構(gòu)圖中所示，JDBC 中的 DriverManager 主要負(fù)責(zé)加載各種不同的驅(qū)動(dòng)程序（Driver），并根據(jù)不同的請(qǐng)求向應(yīng)用程序返回相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)連接（Connection），應(yīng)用程序再通過調(diào)用 JDBC API 實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作。

JDBC 中的 Driver 定義如下，其中最重要的是第一個(gè)獲取 Connection 的 connect 方法：

public interface Driver {
    //獲取數(shù)據(jù)庫(kù)連接
    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;
}

針對(duì) Driver 接口，不同的數(shù)據(jù)庫(kù)供應(yīng)商分別提供了自身的實(shí)現(xiàn)方案。例如，MySQL 中的 Driver 實(shí)現(xiàn)類如下代碼所示：

public class Driver extends NonRegisteringDriver implements java.sql.Driver {
    // 通過 DriverManager 注冊(cè) Driver
    static {
        try {
            java.sql.DriverManager.registerDriver(new Driver());
        } catch (SQLException E) {
            throw new RuntimeException("Can't register driver!");
        }
}
…
}

這里就使用用了 DriverManager，而 DriverManager 除提供了上述用于注冊(cè) Driver 的 registerDriver 方法之外，還提供了 getConnection 方法用于針對(duì)具體的 Driver 獲取 Connection 對(duì)象。

DataSource

通過前面的介紹，我們知道在 JDBC 規(guī)范中可直接通過 DriverManager 獲取 Connection，我們也知道獲取 Connection 的過程需要建立與數(shù)據(jù)庫(kù)之間的連接，而這個(gè)過程會(huì)產(chǎn)生較大的系統(tǒng)開銷。

為了提高性能，通常我們首先會(huì)建立一個(gè)中間層將 DriverManager 生成的 Connection 存放到連接池中，再?gòu)某刂蝎@取 Connection。

而我們可以認(rèn)為 DataSource 就是這樣一個(gè)中間層，它作為 DriverManager 的替代品而推出，是獲取數(shù)據(jù)庫(kù)連接的首選方法。

DataSource 在 JDBC 規(guī)范中代表的是一種數(shù)據(jù)源，核心作用是獲取數(shù)據(jù)庫(kù)連接對(duì)象 Connection。在日常開發(fā)過程中，我們通常會(huì)基于 DataSource 獲取 Connection。DataSource 接口的定義如下代碼所示：

public interface DataSource  extends CommonDataSource, Wrapper {
  Connection getConnection() throws SQLException;
  Connection getConnection(String username, String password)
    throws SQLException;
}

從上面我們可以看到，DataSource 接口提供了兩個(gè)獲取 Connection 的重載方法，并繼承了 CommonDataSource 接口。CommonDataSource 是 JDBC 中關(guān)于數(shù)據(jù)源定義的根接口，除了 DataSource 接口之外，它還有另外兩個(gè)子接口，如下圖所示：

其中，DataSource 是官方定義的獲取 Connection 的基礎(chǔ)接口，XADataSource 用來在分布式事務(wù)環(huán)境下實(shí)現(xiàn) Connection 的獲取，而 ConnectionPoolDataSource 是從連接池 ConnectionPool 中獲取 Connection 的接口。

所謂的 ConnectionPool 相當(dāng)于預(yù)先生成一批 Connection 并存放在池中，從而提升 Connection 獲取的效率。

請(qǐng)注意 DataSource 接口同時(shí)還繼承了一個(gè) Wrapper 接口。從接口的命名上看，我們可以判斷該接口起到一種包裝器的作用。事實(shí)上，因?yàn)楹芏鄶?shù)據(jù)庫(kù)供應(yīng)商提供了超越標(biāo)準(zhǔn) JDBC API 的擴(kuò)展功能，所以 Wrapper 接口可以把一個(gè)由第三方供應(yīng)商提供的、非 JDBC 標(biāo)準(zhǔn)的接口包裝成標(biāo)準(zhǔn)接口。

以 DataSource 接口為例，如果我們想自己實(shí)現(xiàn)一個(gè)定制化的數(shù)據(jù)源類 MyDataSource，就可以提供一個(gè)實(shí)現(xiàn)了 Wrapper 接口的 MyDataSourceWrapper 類來完成包裝和適配，如下圖所示：

在 JDBC 規(guī)范中，除了 DataSource 之外，Connection、Statement、ResultSet 等核心對(duì)象也都繼承了這個(gè) Wrapper 接口。

作為一種基礎(chǔ)組件，它同樣不需要開發(fā)人員自己實(shí)現(xiàn) DataSource，因?yàn)闃I(yè)界已經(jīng)存在了很多優(yōu)秀的實(shí)現(xiàn)方案，如 DBCP、C3P0 和 Druid 等。

例如 Druid 提供了 DruidDataSource，它不僅提供了連接池的功能，還提供了諸如監(jiān)控等其他功能，它的類層結(jié)構(gòu)如下圖所示：

Connection

DataSource 的目的是獲取 Connection 對(duì)象。我們可以把 Connection 理解為一種會(huì)話（Session）機(jī)制，Connection 代表一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)連接，負(fù)責(zé)完成與數(shù)據(jù)庫(kù)之間的通信。

所有 SQL 的執(zhí)行都是在某個(gè)特定 Connection 環(huán)境中進(jìn)行的，同時(shí)它還提供了一組重載方法分別用于創(chuàng)建 Statement 和 PreparedStatement。另一方面，Connection 也涉及事務(wù)相關(guān)的操作。

Connection 接口中定義的方法很豐富，其中最核心的幾個(gè)方法如下代碼所示：

public interface Connection  extends Wrapper, AutoCloseable {
//創(chuàng)建 Statement
Statement createStatement() throws SQLException;
//創(chuàng)建 PreparedStatement
PreparedStatement prepareStatement(String sql) throws SQLException;
//提交
void commit() throws SQLException;
//回滾
void rollback() throws SQLException;
//關(guān)閉連接
void close() throws SQLException;
}

這里涉及具體負(fù)責(zé)執(zhí)行 SQL 語句的 Statement 和 PreparedStatement 對(duì)象，我們接著往下看。

Statement/PreparedStatement

JDBC 規(guī)范中的 Statement 存在兩種類型，一種是普通的 Statement，一種是支持預(yù)編譯的 PreparedStatement。

所謂預(yù)編譯，是指數(shù)據(jù)庫(kù)的編譯器會(huì)對(duì) SQL 語句提前編譯，然后將預(yù)編譯的結(jié)果緩存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，下次執(zhí)行時(shí)就可以通過替換參數(shù)并直接使用編譯過的語句，從而大大提高 SQL 的執(zhí)行效率。

當(dāng)然，這種預(yù)編譯也需要一定成本，因此在日常開發(fā)中，如果對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)只執(zhí)行一次性讀寫操作時(shí)，用 Statement 對(duì)象進(jìn)行處理會(huì)比較合適；而涉及 SQL 語句的多次執(zhí)行時(shí)，我們可以使用 PreparedStatement。

如果需要查詢數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，我們只需要調(diào)用 Statement 或 PreparedStatement 對(duì)象的 executeQuery 方法即可。

這個(gè)方法以 SQL 語句作為參數(shù)，執(zhí)行完后返回一個(gè) JDBC 的 ResultSet 對(duì)象。當(dāng)然，Statement 或 PreparedStatement 還提供了一大批執(zhí)行 SQL 更新和查詢的重載方法，我們無意一一展開。

以 Statement 為例，它的核心方法如下代碼所示：

public interface Statement extends Wrapper, AutoCloseable {
//執(zhí)行查詢語句
ResultSet executeQuery(String sql) throws SQLException; 
//執(zhí)行更新語句
int executeUpdate(String sql) throws SQLException; 
//執(zhí)行 SQL 語句
boolean execute(String sql) throws SQLException; 
//執(zhí)行批處理
    int[] executeBatch() throws SQLException;
}

這里我們同樣引出了 JDBC 規(guī)范中最后一個(gè)核心編程對(duì)象，即代表執(zhí)行結(jié)果的 ResultSet。

ResultSet

一旦我們通過 Statement 或 PreparedStatement 執(zhí)行了 SQL 語句并獲得了 ResultSet 對(duì)象，就可以使用該對(duì)象中定義的一大批用于獲取 SQL 執(zhí)行結(jié)果值的工具方法，如下代碼所示：

public interface ResultSet extends Wrapper, AutoCloseable {
//獲取下一個(gè)結(jié)果
boolean next() throws SQLException;
//獲取某一個(gè)類型的結(jié)果值
Value getXXX(int columnIndex) throws SQLException;
…
}

ResultSet 提供了 next() 方法便于開發(fā)人員實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)結(jié)果集的遍歷。如果 next() 方法返回為 true，意味著結(jié)果集中存在數(shù)據(jù)，可以調(diào)用 ResultSet 對(duì)象的一系列 getXXX() 方法來取得對(duì)應(yīng)的結(jié)果值。

如何使用 JDBC 規(guī)范訪問數(shù)據(jù)庫(kù)？

對(duì)于開發(fā)人員而言，JDBC API 是我們?cè)L問數(shù)據(jù)庫(kù)的主要途徑，如果我們使用 JDBC 開發(fā)一個(gè)訪問數(shù)據(jù)庫(kù)的執(zhí)行流程，常見的代碼風(fēng)格如下所示（省略了異常處理）：

// 創(chuàng)建池化的數(shù)據(jù)源
PooledDataSource dataSource = new PooledDataSource ();
// 設(shè)置 MySQL Driver
dataSource.setDriver ("com.mysql.jdbc.Driver");
// 設(shè)置數(shù)據(jù)庫(kù) URL、用戶名和密碼
dataSource.setUrl ("jdbc:mysql://localhost:3306/test");
dataSource.setUsername("root");
dataSource.setPassword("root");
// 獲取連接
Connection connection = dataSource.getConnection();
// 執(zhí)行查詢
PreparedStatement statement = connection.prepareStatement ("select * from user");
// 獲取查詢結(jié)果進(jìn)行處理
ResultSet resultSet = statement.executeQuery();
while (resultSet.next()) {
…
}
// 關(guān)閉資源
statement.close();
resultSet.close();
connection.close();

這段代碼中完成了對(duì)基于前面介紹的 JDBC API 中的各個(gè)核心編程對(duì)象的數(shù)據(jù)訪問。上述代碼主要面向查詢場(chǎng)景，而針對(duì)用于插入數(shù)據(jù)的處理場(chǎng)景，我們只需要在上述代碼中替換幾行代碼，即將“執(zhí)行查詢”和“獲取查詢結(jié)果進(jìn)行處理”部分的查詢操作代碼替換為插入操作代碼就行。

最后，我們梳理一下基于 JDBC 規(guī)范進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)訪問的整個(gè)開發(fā)流程，如下圖所示：

針對(duì)前面所介紹的代碼示例，我們明確地將基于 JDBC 規(guī)范訪問關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的操作分成兩大部分：一部分是準(zhǔn)備和釋放資源以及執(zhí)行 SQL 語句，另一部分則是處理 SQL 執(zhí)行結(jié)果。

而對(duì)于任何數(shù)據(jù)訪問而言，前者實(shí)際上都是重復(fù)的。在上圖所示的整個(gè)開發(fā)流程中，事實(shí)上只有“處理 ResultSet ”部分的代碼需要開發(fā)人員根據(jù)具體的業(yè)務(wù)對(duì)象進(jìn)行定制化處理。這種抽象為整個(gè)執(zhí)行過程提供了優(yōu)化空間。諸如 Spring 框架中 JdbcTemplate 這樣的模板工具類就應(yīng)運(yùn)而生了，我們會(huì)在 07 講中會(huì)詳細(xì)介紹這個(gè)模板工具類。

小結(jié)與預(yù)告

JDBC 規(guī)范是 Java EE 領(lǐng)域中進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)訪問的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，在業(yè)界應(yīng)用非常廣泛。今天的課程中，我們分析了該規(guī)范的核心編程對(duì)象，并梳理了使用 JDBC 規(guī)范訪問數(shù)據(jù)庫(kù)的開發(fā)流程。希望你能熟練掌握這部分知識(shí)，因?yàn)槭炀氄莆?JDBC 規(guī)范是我們理解后續(xù)內(nèi)容的基礎(chǔ)。

這里給你留一道思考題：在使用 JDBC 規(guī)范時(shí)，開發(fā)人員主要應(yīng)用哪些編程對(duì)象完成對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問？

盡管 JDBC 規(guī)范非常經(jīng)典，但其所提供的 API 過于面向底層，對(duì)于開發(fā)人員來說并不友好。因此 07 講中，我們將引入 Spring 框架中提供的 JdbcTemplate 模板工具類來簡(jiǎn)化 JDBC 規(guī)范的使用方法。