| 2009 年 10 月 26 日 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為用戶提供了多樣的編程接口，以適用于各種應用需求。本文闡述了 DB2 中靜態(tài) SQL 和動態(tài) SQL 的區(qū)別和特點，給出兩種 SQL 在不同編程接口下的支持情況和典型應用，并通過實際案例，向讀者介紹了選擇靜態(tài)或動態(tài) SQL 及編程接口的原則。 引言 SQL 語言作為標準的查詢語言，幾乎被所有的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) (DBMS) 所支持，并成為國際標準。標準的 SQL 語言一般包括三類，即 DDL (Data Definition Language, 數(shù)據(jù)描述語言 ) 、DML (Data Manipulation Language, 數(shù)據(jù)操縱語言 ) 和 DCL(Data Control Language，數(shù)據(jù)控制語言 )。通過這些標準的 SQL 語句，使得各種數(shù)據(jù)庫能以一種較為統(tǒng)一的方式被訪問。 DB2（本文以下專指 DB2 UDB for Linux, Unix 和 Windows 版本）允許用戶通過多種編程接口發(fā)送 SQL 語句到數(shù)據(jù)庫引擎，然后由引擎統(tǒng)一編譯并且運行。SQL 語句從編譯和運行的角度可以分為兩種，靜態(tài) SQL和 動態(tài) SQL，這兩種 SQL 在使用方式、運行機制和性能表現(xiàn)等方面各有特點 : - 靜態(tài) SQL：靜態(tài) SQL 語句一般用于嵌入式 SQL 應用中，在程序運行前，SQL 語句必須是確定的，例如 SQL 語句中涉及的列名和表名必須是存在的。靜態(tài) SQL 語句的編譯是在應用程序運行前進行的，編譯的結果會存儲在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部。而后程序運行時，數(shù)據(jù)庫將直接執(zhí)行編譯好的 SQL 語句，降低運行時的開銷。
- 動態(tài) SQL：動態(tài) SQL 語句是在應用程序運行時被編譯和執(zhí)行的，例如，使用 DB2 的交互式工具 CLP 訪問數(shù)據(jù)庫時，用戶輸入的 SQL 語句是不確定的，因此 SQL 語句只能被動態(tài)地編譯。動態(tài) SQL 的應用較多，常見的 CLI 和 JDBC 應用程序都使用動態(tài) SQL。
表 1列舉了靜態(tài) SQL 和動態(tài) SQL 的比較結果。
表 1. 靜態(tài) SQL 和動態(tài) SQL 的比較
| 靜態(tài) SQL | 動態(tài) SQL | | SQL 語句直接嵌入到宿主編程語言，程序需要預編譯處理這些嵌入的 SQL 語句 | SQL 語句一般作為宿主語言的變量出現(xiàn)。嵌入式動態(tài) SQL 應用需要預編譯，非嵌入式 SQL 應用則無需預編譯 | | SQL 語句在程序被編譯時已知，涉及的數(shù)據(jù)庫對象已存在 | SQL 語句在程序被編譯時未知，涉及的數(shù)據(jù)庫對象可以是運行時才創(chuàng)建的 | | SQL 語句在程序運行前被編譯 | SQL 語句在程序運行時被編譯 | | SQL 語句的編譯結果在 DB2 的目錄 (catalog) 中持久化保存 | SQL 語句的編譯結果緩存在數(shù)據(jù)庫的內(nèi)存里 | | 運行時僅讀取目錄 (catalog) | 運行時編譯 SQL 語句需對目錄 (catalog) 加鎖 | | SQL 語句的優(yōu)化是根據(jù)編譯時的數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計信息進行的，不能完全反映運行時的情況 | SQL 語句的優(yōu)化是根運行時的數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計信息進行的 | | 對 SQL 語句所訪問的數(shù)據(jù)對象的權限檢查是在綁定時進行的 | 對 SQL 語句所訪問的數(shù)據(jù)對象的權限檢查是在運行時進行的 | | 權限控制的粒度是包（package，一組 SQL 語句的編譯結果），用戶僅需要訪問包的權限 | 權限控制的粒度是 SQL 語句，用戶需要具有訪問 SQL 語句中每個數(shù)據(jù)對象的權限 | | 如果 SQL 語句中的對象被修改，如 DDL 執(zhí)行，整個包都需要重新綁定 | 當 SQL 語句中的對象被修改時，僅執(zhí)行過的語句在下次運行時需要重新編譯 |
根據(jù)編程方法的不同，DB2 的應用程序開還可以分為嵌入式 SQL 編程和非嵌入式編程 : - 嵌入式 SQL 編程將 SQL 語句嵌入到宿主語言 (host) 的程序中，例如 C/C++ 程序。因為宿主語言不識別 SQL 語句，先要對程序進行預編譯，把 SQL 語句轉變?yōu)閷?DB2 服務的調(diào)用，并重寫源代碼，最后再使用宿主語言的編譯器對應用程序進行編譯。嵌入式 SQL 都需要被綁定到特定的數(shù)據(jù)庫中，可分為嵌入式靜態(tài) SQL 和嵌入式動態(tài) SQL。
- 非嵌入式應用程序不需要預編譯，且方法較多，如 CLI、JDBC、ODBC、ADO.NET 等等，這些方法中都使用動態(tài) SQL。表 2列舉了常見的 DB2 編程接口。
表 2. DB2 的編程接口一覽
| 編程接口 | 靜態(tài) / 動態(tài) | 是否為嵌入式 | | 嵌入式 SQL | 靜態(tài)和動態(tài) | 是 | | DB2 CLI | 動態(tài) | 否 | | SQLJ | 靜態(tài) | 是 | | JDBC | 動態(tài) | 否 | | ADO.NET，OLE DB | 動態(tài) | 否 | | Perl DBI | 動態(tài) | 否 | | PDO(PHP 數(shù)據(jù)對象 ) | 動態(tài) | 否 |
在下面的幾個章節(jié)中，我們將陸續(xù)從使用角度上描述靜態(tài)和動態(tài) SQL 在各種編程接口中的應用，并運用一些實例來介紹在具體的場景中如何選擇。 靜態(tài) SQL 應用 嵌入式靜態(tài) SQL 無論是嵌入式靜態(tài) SQL 還是嵌入式動態(tài) SQL，都需要先進行預編譯，并綁定到特定的數(shù)據(jù)庫。DB2 的嵌入式 SQL 應用程序支持以下幾種語言：C，C++，COBOL，F(xiàn)ORTRAN 和 REXX?。 對嵌入式靜態(tài) SQL 而言，只能使用編譯時確定的 SQL 語句和訪問編譯時已經(jīng)存在的數(shù)據(jù)庫對象。清單 1是一個查詢表的例子，使用 C 語言 :
清單 1. 嵌入式靜態(tài) SQL 的 C 語言片斷
//test.sqc EXEC SQL INCLUDE SQLCA; EXEC SQL BEGIN DECLARE SECTION; sqlint32 t_seq = 0; char t_name[64]={0}; EXEC SQL END DECLARE SECTION; ... t_seq = 5; EXEC SQL SELECT c_name INTO :t_name FROM test_tbl WHERE seq=:t_seq; printf("c_name = %s \n", t_name); |
使用下面的命令，對上述代碼進行預編譯和編譯：
清單 2. 嵌入式靜態(tài) SQL 的編譯命令
# 需要先連接數(shù)據(jù)庫 db2 connect to TESTDB # 使用 PREP 命令對 sqc 源文件進行預編譯，這將生成 test.c 源文件 db2 PREP test.sqc # 使用 C 編譯器對 test.c 進行編譯 xlC -q64 -I$DB2PATH/include -g -L$DB2PATH/lib -ldb2 -o test test.c |
SQLJ SQLJ 是應用于靜態(tài) SQL 的 Java 編程接口。使用 SQLJ 編寫應用程序和使用其他的語言接口相似，一個典型的 SQLJ 應用程序主要包括以下幾個方面： - 載入包含 SQLJ 和 JDBC 的 Java 包。
- 定義收發(fā)數(shù)據(jù)的載體變量。
- 連接至數(shù)據(jù)庫，運行相應的 SQL 語句并且正確處理錯誤情況，最后從數(shù)據(jù)庫斷開。
清單 3是 SQLJ 中執(zhí)行 SELECT 語句的代碼片斷。
清單 3. 簡單的 SQLJ 程序片斷
// 載入相關包 import sqlj.runtime.*; import java.sql.*; // 連接至數(shù)據(jù)庫 Connection con0 = DriverManager.getConnection(url); // 執(zhí)行相關的 SQL 語句 #sql [ctx] iter = {SELECT NAME FROM EMP}; // 得到結果 while (iter.next()) { System.out.println(iter.LASTNAME()); } |
在 SQLJ 應用程序中，可以使用 ExecutionContext 類去控制和監(jiān)控 SQL 語句的執(zhí)行，如 清單 4所示。
清單 4. 在 SQLJ 使用 ExecutionContext
// 分配存儲執(zhí)行上下文的變量 ExecutionContext exeCtx=new ExecutionContext(); // 關聯(lián)變量和要執(zhí)行的語句 #sql [connCtx, exeCtx] {DELETE FROM EMP WHERE SALARY > 10000}; // 獲取結果 System.out.println("Deleted " + exeCtx.getUpdateCount() + " rows"); |
動態(tài) SQL 應用 嵌入式動態(tài) SQL 與嵌入式靜態(tài) SQL 相同，嵌入式動態(tài) SQL 也需要預編譯。不同的是，嵌入式動態(tài) SQL 將 SQL 語句存放在宿主語言的字符型變量中，這樣的 SQL 語句在預編譯時是不被處理的，而是被當作主機變量對待，直到程序運行時才被編譯執(zhí)行。 得益于動態(tài) SQL 的優(yōu)點，嵌入式動態(tài) SQL 可以處理運行時才確定的 SQL 語句，例如由程序運行時拼接的 SQL 語句。為了處理返回結果未知的 SELECT 語句，嵌入式動態(tài) SQL 使用 SQLDA(SQL descriptor area) 結構和 DESCRIBE 語句獲取結果集的結構和屬性。SQLDA 結構如 圖 1所示。HEADER 描述整個結果集的信息，而每個 SQLVAR 結構描述結果集中一個字段的信息。
圖 1. SQLDA 結構
清單 5展示了如何使用 SQLDA 結構和 DESCRIBE 語句處理 SELECT 語句。
清單 5. 使用 SQLDA 結構和 DESCRIBE 語句的偽代碼
//test1.sqc // 聲明兩個 SQLDA 指針，minsqlda 將是一個最小的 SQLDA 結構，用于 PREPARE 語句， // 此時結果集的字段數(shù)量未知，所以只需一個最小的 SQLDA，即包含 HEADER 和一個 SQLVAR struct sqlda * minsqlda = new sqlda; struct sqlda * fulsqlda = NULL; strcpy(hostVarStmt, "SELECT name FROM TEST_TBL"); // PREPARE 將填寫 minsqlda 的 header，sqldabc 為 SQLDA 總長度，sqln 為 SQLVAR 數(shù)量，即字段數(shù)量 EXEC SQL PREPARE STMT INTO :*minsqlda FROM :hostVarStmt; // 根據(jù)從 minsqlda 中獲取的長度，分配完整的 SQLDA 結構 fulsqlda，其中將包括合適數(shù)量的 SQLVAR 結構 fulsqlda = (struct sqlda *)malloc(SQLDASIZE(minsqlda->sqln)); // 使用 DESCRIBE 語句，獲取結果集中每個字段的描述信息，包括各字段的類型 (sqltype) 和長度 (sqllen) EXEC SQL DESCRIBE STMT INTO :fulsqlda; Loop { // 根據(jù)每個字段的長度，分配內(nèi)存，將地址存儲在對應 SQLVAR 的 sqldata 中 } // 聲明游標 EXEC SQL DECLARE c1 CURSOR FOR STMT; EXEC SQL OPEN c1; // 讀取記錄，記錄中每個字段的內(nèi)容將寫入 fulsqlda 中對應 SQLVAR 結構的 sqldata 指向的內(nèi)存 EXEC SQL FETCH c1 USING DESCRIPTOR :*fulsqlda; // 循環(huán)讀取所有記錄 while (sqlca.sqlcode != 100) { EXEC SQL FETCH c1 USING DESCRIPTOR :*fulsqlda; } EXEC SQL CLOSE c1; |
DB2 CLI DB2 CLI（Call Level Interface）基于微軟的 ODBC（Open Database Connectivity）標準，同時也增加了 DB2 特有的功能。它允許開發(fā)人員使用 C/C++ 語言訪問 DB2 并通過函數(shù)調(diào)用將動態(tài) SQL 語句傳遞給 DB2。DB2 CLI 一方面在 ODBC 的環(huán)境中作為 ODBC 驅動被 ODBC 管理器加載，另一方面，應用程序也可以直接使用 DB2 CLI API，此時具有更好的性能。清單 6展示了 CLI 如何執(zhí)行一個 DELETE 語句。
清單 6. CLI 應用程序片斷
/* SQL statements to be executed */ SQLCHAR * stmt1 = (SQLCHAR *)"delete from test1 where col1 = 5"; /* directly execute statement 1 */ cliRC = SQLExecDirect(hstmt, stmt1, SQL_NTS); |
對一個返回結果未知的 SELECT 查詢語句，需要使用相關的 CLI API 函數(shù)動態(tài)地獲取對結果集的描述，并取回數(shù)據(jù)。圖 2展示了這個處理過程。
圖 2. DB2 CLI 應用程序處理 SELECT 語句流程
與嵌入式動態(tài) SQL 應用相比，CLI 程序的靈活性更強。表 3列舉了 CLI 應用程序和嵌入式動態(tài) SQL 應用程序的比較。
表 3. CLI 應用程序和嵌入式動態(tài) SQL 應用程序的比較
| CLI | 嵌入式動態(tài) SQL | | DB2 CLI 應用程序使用 API 函數(shù)發(fā)送 SQL 語句，應用程序的編譯、連接和運行獨立于特定數(shù)據(jù)庫，即無需預編譯，也不需要綁定到某個數(shù)據(jù)庫實例。 | 嵌入式動態(tài) SQL 應用程序需要預編譯，并且需要綁定到特定的數(shù)據(jù)庫實例。 | | CLI 提供的滾動游標（scroll cursor）支持前、后向移動一行或者多行記錄，而移動的起點可以是第一行、最后一行或者之前存儲的位置。 | 只支持順序前向讀取游標，并使用 FETCH 語句取得記錄。 | | 可以獲取存儲過程調(diào)用返回的結果集。并支持多種 DB2 服務器。 | 可以獲取存儲過程的輸出型或輸入 - 輸出型參數(shù)的值，但不能獲取存儲過程返回的結果集。 | | 只支持 C/C++ 語言。 | 支持 C/C++, FORTRAN、COBOL 和 Java（SQLJ）。 | | 使用 CLI API 函數(shù) SQLDescribeCol()、SQLAttribute() 描述未知 SQL 語句結果集的信息，包括結果集字段長度、類型、精度等信息。 | 使用 SQLDA 結構和 DESCRIBE 語句獲取未知 SQL 語句結果集的字段列表，包括類型、長度等信息。 |
JDBC JDBC 是 Java 編程語言訪問關系型數(shù)據(jù)庫的工業(yè)標準，類似于 ODBC，為訪問基于 SQL 的數(shù)據(jù)庫提供了一組調(diào)用級的 API。在 JDBC 規(guī)范中，存在 4 種類型的 JDBC 驅動，DB2 LUW V9.7 中支持 Type 2 和 Type 4 兩種類型。更多關于 JDBC 的信息可參考 DB2 UDB for Linux, UNIX 和 Windows 中的 Java 開發(fā)概述（參見 參考資源部分）。 JDBC 以 Java 包的形式提供了一組接口和類，用來連接數(shù)據(jù)庫和執(zhí)行 SQL 語句，這里的 SQL 語句也是動態(tài) SQL，無須預編譯和數(shù)據(jù)庫綁定。清單 7所示為 JDBC 程序片斷。
清單 7. JDBC 應用程序片斷
try{ stmt = con.prepareCall("select * from table1"); stmt.execute(); rs = stmt.getResultSet(); while (rs!=null && rs.next()) { System.out.println("output: = " + rs.getInt(1)); } }catch(SQLException sqle) { System.out.println("Error, SQLCODE = " + sqle.getSQLState()); con.rollback(); } |
除了編程語言和運行基礎架構的不同，JDBC 應用和 CLI 應用具有很多相似的特性，例如它們都支持后向游標，分布式事務等。 ADO.NET 和 OLE DB ADO.NET 是 Microsoft .NET Framework 基礎類庫的一部分，提供了訪問關系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和其他數(shù)據(jù)源的能力。ADO.NET 主要包括兩個部分：DataSet 和 DataProvider。使用 ADO.NET，有三種 DataProvider 可以用來訪問 DB2： - OLE DB .NET Data Provider 和 ODBC .NET Data Provider 是兩種橋接式 provider，它們將 ADO.NET 請求轉換為對 IBM OLE DB Provider 或 IBM ODBC Driver 的請求。
- DB2 .NET Data Provider 是訪問 DB2 時推薦使用的 .NET provider，由于沒有額外的 OLE DB 或 ODBC 層，它具有更好的性能。
OLE DB 是一種較早出現(xiàn)的數(shù)據(jù)訪問模型，它基于 Microsoft? 的 COM 技術，提供了訪問不同信息源的統(tǒng)一方法。OLE DB 定義了 OLE DB 消費者和提供者，OLE DB 消費者可以通過 IBM OLE DB Provider for DB2 訪問 DB2 中的數(shù)據(jù)。使用 OLE DB 訪問 DB2 的應用程序可能包括 Microsoft? Visual Studio C++ 應用，Microsoft Visual Basic 應用，ATL 應用等。 其他應用程序開發(fā)接口 Perl 程序員可以使用 Perl 數(shù)據(jù)庫接口 DBI 來訪問 DB2。IBM 提供的 DBI 驅動為 IBM?DB2?Database Driver for Perl DBI (the DBD::DB2 driver)。Perl DBI 同樣使用動態(tài) SQL，而且 Perl DBI 的接口與 CLI 和 JDBC 很相似，易于使用。 PHP 在 Web 應用開發(fā)領域一直占據(jù)很大份額，IBM 提供了下面兩種 PHP 擴展以訪問 DB2 數(shù)據(jù)庫： - ibm_db2，是一種過程化的應用編程接口，與 PHP 應用一起編譯，提供一系列的 PHP 函數(shù)來訪問數(shù)據(jù)庫。
- pdo_ibm，是 IBM 提供的 PHP Data Objects (PDO) 驅動。
此外，IBM 對 Python，Ruby on Rails 等編程語言都提供了相應的 DB2 訪問支持。這些開發(fā)接口同樣都使用動態(tài) SQL。 應用場景以及如何選擇 本節(jié)將結合幾個應用場景來介紹如何選擇 DB2 編程接口以及靜態(tài) / 動態(tài) SQL。 場景 1 銀行中賬目統(tǒng)計系統(tǒng)比較穩(wěn)定，一般運行在一個特定的數(shù)據(jù)庫中，其目的是整合業(yè)務數(shù)據(jù)庫上數(shù)據(jù)，并通過分析數(shù)據(jù)得到一些相關的統(tǒng)計信息。這樣的系統(tǒng)具有以下一些特點 : - 穩(wěn)定，系統(tǒng)邏輯不會有什么變化，訪問固定的數(shù)據(jù)庫以及表。
- 定時運行，賬目統(tǒng)計信息通常需要在一段時間內(nèi)進行整合。
- 數(shù)據(jù)量比較大，對性能要求較高。
針對這些特點，建議使用主要由靜態(tài) SQL 語句組成的應用程序，這樣該系統(tǒng)在建立的時候會被編譯，然后相關的編譯信息會被存儲到數(shù)據(jù)庫里，在以后的運行過程中避免重復編譯，同時，這種應用由于結構簡單使得其很容易維護。當然，由于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)變化較快，而且數(shù)據(jù)量很大，所以建議定時重新編譯程序，使得數(shù)據(jù)庫對每條 SQL 語句可以選擇最優(yōu)的運行方式。 場景 2 考慮電信運營商對用戶話單的計費場景，圖 3顯示了一個電信運行系統(tǒng)結構圖。業(yè)務系統(tǒng)產(chǎn)生的各種話單會集中存放在一個關系型數(shù)據(jù)庫中，該數(shù)據(jù)庫可能位于大規(guī)模的高可靠性服務器。而計費程序則往往作為一個單獨的應用部署在其他規(guī)模較小的 UNIX 服務器上，并作為守護程序或者批處理程序運行。另外，很多業(yè)務規(guī)則例如計費標準可能存放在單獨得小型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中。
圖 3. 電信運營系統(tǒng)結構示意圖
計費程序的工作主要包括：從話單數(shù)據(jù)庫讀新話單，從業(yè)務配置數(shù)據(jù)庫讀取計費標準，計算話單的費用和優(yōu)惠，將計費完畢的話單寫回話單數(shù)據(jù)庫。 由于計費標準的選擇經(jīng)常和日期等變化的信息相關，程序中會存在一些不固定的 SQL 語句，因此靜態(tài) SQL 應用并不適用。另外，除了訪問結構穩(wěn)定的話單數(shù)據(jù)庫，計費程序也需要訪問一些變化概率較大的小型數(shù)據(jù)庫，例如計費標準可能會因為運營商營銷策略的調(diào)整而發(fā)生變化。如果使用嵌入式 SQL，就必須將應用程序和數(shù)據(jù)庫進行綁定，這將失去靈活性。最后，為了快速對大量的話單進行計費，計費程序對性能也有較高要求，所以 CLI 應用程序比 JDBC 應用更適合計費程序。 場景 3 在基于 BS 結構的電子商務應用中，瀏覽器、應用服務器（包括 Web 服務器）和數(shù)據(jù)庫構成了系統(tǒng)的三個要素。數(shù)據(jù)庫為電子商務提供了事務管理、數(shù)據(jù)持久化、安全認證、聯(lián)機備份等各方面的支持，是電子商務系統(tǒng)中的關鍵部分。圖 4顯示了一個簡單的電子商務系統(tǒng)結構示意圖。
圖 4. 簡單的電子商務系統(tǒng)結構示意圖
在電子商務系統(tǒng)的實現(xiàn)中，數(shù)據(jù)庫訪問接口的選擇很大程度上依賴于所選擇的應用集成方案。例如傳統(tǒng)的 J2EE 應用中使用 JDBC 實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫訪問。又如開源框架 STRUTS，SPRING 和 HIBERNATE，由 HIBERNATE 完成對 JDBC 的封裝，提供對數(shù)據(jù)庫的訪問能力?；?PHP 開發(fā)的 Web 應用程序同樣非常流行，如果選擇 PHP 作為開發(fā)語言，那么使用 PDO（PHP Data Objects）和 IBM 提供的 pdo_ibm 驅動即可訪問 DB2 數(shù)據(jù)庫。對基于 .Net 框架開發(fā)的 Web 應用而言，ADO.NET 則是最合適的數(shù)據(jù)庫訪問接口。 靜態(tài) SQL 和動態(tài) SQL 的選擇原則 在以下情況下，適合選用靜態(tài) SQL： - 程序需要處理 SQL 語句頻率高，壓力較大
- SQL 語句較為簡單且已知不變
- SQL 語句訪問的數(shù)據(jù)庫對象變化很少
- 程序使用的 SQL 語句可以統(tǒng)一認證權限
- 同一條 SQL 語句重復執(zhí)行的次數(shù)很少
- 很少運行 RUNSTATS 更新統(tǒng)計信息
在以下情況下，更適合選用動態(tài) SQL： - SQL 語句在應用程序執(zhí)行時才生成
- SQL 語句訪問的對象在程序運行前不存在
- 希望 SQL 語句根據(jù)運行時的數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計信息進行最好的優(yōu)化
- 在程序運行中可能更改 SQL 語句的編譯環(huán)境，如配置參數(shù)和特殊寄存器的值
- 程序運行時，同時有較多 DDL 語句執(zhí)行
- 選用特定的應用程序框架，例如場景 3 中的電子商務案例
當然，所有的原則都是經(jīng)驗性的，真正的選擇還取決于應用的實際情況。在時間允許的情況下，對各種選擇進行比較測試也是可以考慮的方法。 | 
