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Java 数据持久化系列之JDBC

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你的关注意义重大!

前段时间小冰在工作中遇到了一系列关于数据持久化的问题，在排查问题时发现自己对 Java 后端的数据持久化框架的原理都不太了解，只有不断试错，因此走了很多弯路。于是下定决心，集中精力学习了持久化相关框架的原理和实现，总结出这个系列。

Java 数据持久化系列之JDBC

上图是我根据相关源码和网上资料总结的有关 Java 数据持久化的架构图(只代表本人想法，如有问题，欢迎留言指出)。最下层就是今天要讲的 JDBC，上一层是数据库连接池层，包括 HikariCP 和 Druid等；再上一层是分库分表中间件，比如说 ShardingJDBC；再向上是对象关系映射层，也就是 ORM，包括 Mybatis 和 JPA；最上边是 Spring 的事务管理。

本系列的文章会依次讲解图中各个开源框架的基础使用，然后描述其原理和代码实现，最后会着重分析它们之间是如何相互集成和配合的。

废话不多说，我们先来看 JDBC。

JDBC 定义

JDBC是Java Database Connectivity的简称，它定义了一套访问数据库的规范和接口。但它自身不参与数据库访问的实现。因此对于目前存在的数据库（譬如Mysql、Oracle）来说，要么数据库制造商本身提供这些规范与接口的实现，要么社区提供这些实现。

Java 数据持久化系列之JDBC

如上图所示，Java 程序只依赖于 JDBC API，通过 DriverManager 来获取驱动，并且针对不同的数据库可以使用不同的驱动。这是典型的桥接的设计模式，把抽象 Abstraction 与行为实现Implementation 分离开来，从而可以保持各部分的独立性以及应对他们的功能扩展。

JDBC 基础代码示例

单纯使用 JDBC 的代码逻辑十分简单，我们就以最为常用的MySQL 为例，展示一下使用 JDBC 来建立数据库连接、执行查询语句和遍历结果的过程。

代码中有详细的注释描述每一步的过程，相信大家也都对这段代码十分熟悉。

唯一要提醒的是使用完之后的资源释放顺序。按照 JDBC 规范，应该依次释放 ResultSet，Statement 和 Connection。当然这只是规范，很多开源框架都没有严格的执行，但是 HikariCP却严格遵守了，它可以带来很多优势，这些会在之后的文章中讲解。

Java 数据持久化系列之JDBC

上图是 JDBC 中核心的 5 个类或者接口的关系，它们分别是 DriverManager、Driver、Connection、Statement 和 ResultSet。

DriverManager 负责管理数据库驱动程序，根据 URL 获取与之匹配的 Driver 具体实现。Driver 则负责处理与具体数据库的通信细节，根据 URL 创建数据库连接 Connection。

Connection 表示与数据库的一个连接会话，可以和数据库进行数据交互。Statement 是需要执行的 SQL 语句或者存储过程语句对应的实体，可以执行对应的 SQL 语句。ResultSet 是 Statement 执行后获得的结果集对象，可以使用迭代器从中遍历数据。

不同数据库的驱动都会实现各自的 Driver、Connection、Statement 和 ResultSet。而更为重要的是，众多数据库连接池和分库分表框架也都是实现了自己的 Connection、Statement 和 ResultSet，比如说 HikariCP、Druid 和 ShardingJDBC。我们接下来会经常看到它们的身影。

Java 数据持久化系列之JDBC

接下来，我们依次看一下这几个类及其涉及的操作的原理和源码实现。

载入 Driver 实现

可以直接使用 Class#forName的方式来载入驱动实现，或者在 JDBC 4.0 后则基于 SPI 机制来导入驱动实现，通过在 META-INF/services/java.sql.Driver 文件中指定实现类的方式来导入驱动实现，下面我们就来看一下两种方式的实现原理。

Class#forName 作用是要求 JVM 查找并加载指定的类，如果在类中有静态初始化器的话，JVM 会执行该类的静态代码段。加载具体 Driver 实现时，就会执行 Driver 中的静态代码段，将该 Driver 实现注册到 DriverManager 中。我们来看一下 MySQL 对应 Driver 的具体代码。它就是直接调用了 DriverManager的 registerDriver 方法将自己注册到其维护的驱动列表中。

SPI 机制使用 ServiceLoader 类来提供服务发现机制，动态地为某个接口寻找服务实现。当服务的提供者提供了服务接口的一种实现之后，必须根据 SPI 约定在 META-INF/services 目录下创建一个以服务接口命名的文件，在该文件中写入实现该服务接口的具体实现类。当服务调用 ServiceLoader 的 load 方法的时候，ServiceLoader 能够通过约定的目录找到指定的文件，并装载实例化，完成服务的发现。

DriverManager 中的 loadInitialDrivers 方法会使用 ServiceLoader 的 load 方法加载目前项目路径下的所有 Driver 实现。

比如说，项目引用了 MySQL 的 jar包 mysql-connector-java，在这个 jar 包的 META-INF/services 文件夹下有一个叫 java.sql.Driver 的文件，文件的内容为 com.mysql.cj.jdbc.Driver。而 ServiceLoader 的 load 方法找到这个文件夹下的文件，读取文件的内容，然后加载出文件内容所指定的 Driver 实现。而正如之前所分析的，这个 Driver 类被加载时，会调用 DriverManager 的 registerDriver 方法，从而完成了驱动的加载。

Connection、Statement 和 ResultSet

当程序加载完具体驱动实现后，接下来就是建立与数据库的连接，执行 SQL 语句并且处理返回结果了，其过程如下图所示。

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建立 Connection

创建 Connection 连接对象，可以使用 Driver 的 connect 方法，也可以使用 DriverManager 提供的 getConnection 方法，此方法通过 url 自动匹配对应的驱动 Driver 实例，然后还是调用对应的 connect 方法返回 Connection 对象实例。

建立 Connection 会涉及到与数据库进行网络请求等大量费时的操作，为了提升性能，往往都会引入数据库连接池，也就是说复用 Connection，免去每次都创建 Connection 所消耗的时间和系统资源。

Connection 默认情况下，对于创建的 Statement 执行的 SQL 语句都是自动提交事务的，即在 Statement 语句执行完后，自动执行 commit 操作，将事务提交，结果影响到物理数据库。为了满足更好地事务控制需求，我们也可以手动地控制事务，手动地在Statement 的 SQL 语句执行后进行 commit 或者rollback。

Statement

Statement 的功能在于根据传入的 SQL 语句，将传入 SQL 经过整理组合成数据库能够识别的执行语句(对于静态的 SQL 语句，不需要整理组合；而对于预编译SQL 语句和批量语句，则需要整理)，然后传递 SQL 请求，之后会得到返回的结果。对于查询 SQL，结果会以 ResultSet 的形式返回。

当你创建了一个 Statement 对象之后，你可以用它的三个执行方法的任一方法来执行 SQL 语句。

boolean execute(String SQL) : 如果 ResultSet 对象可以被检索，则返回的布尔值为 true ，否则返回 false 。当你需要使用真正的动态 SQL 时，可以使用这个方法来执行 SQL DDL 语句。
int executeUpdate(String SQL) : 返回执行 SQL 语句影响的行的数目。使用该方法来执行 SQL 语句，是希望得到一些受影响的行的数目，例如，INSERT，UPDATE 或 DELETE 语句。
ResultSet executeQuery(String SQL) : 返回一个 ResultSet 对象。当你希望得到一个结果集时使用该方法，就像你使用一个 SELECT 语句。

对于不同类型的 SQL 语句，Statement 有不同的接口与其对应。

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