12.4　Java Database Connectivity（JDBC）

12.4　Java Database Connectivity（JDBC）
- 12.4.1　H2数据库
- 12.4.2　创建内存数据库

Java Database Connectivity（JDBC）是一种标准，让你能够在JVM应用程序中访问数据库管理系统（DBMS）服务器。流行的企业级DBMS服务器包括：

Oracle Database；
Oracle MySQL；
MariaDB；
Microsoft SQL Server；
IBM DB2；
PostgreSQL。

要在JVM应用程序中使用JDBC连接到DBMS服务器，需要为目标数据库系统定制的JDBC驱动程序。应用程序将加载JDBC驱动程序，并提供一个通常包含服务器的主机名和端口以及凭证的连接字符串。JDBC系统将确保合适的驱动程序得以妥善地初始化，而该驱动程序将连接到数据库并返回一个Connection对象，供应用程序用来与数据库通信。

　JDBC类似于Microsoft开发环境中的ADO.NET和ODBC标准。

JDBC标准并不要求DBMS服务器本身是使用Java或JVM实现的，但JDBC驱动程序通常是使用Java（或其他JVM语言）编写的。JDBC标准允许JDBC驱动程序使用原生（特定于平台的）驱动程序或库。使用原生软件的JDBC驱动程序安装起来可能更复杂，可能并非与所有JVM兼容平台都兼容。

JDBC驱动器分4类。

类型	描述
第1类：JDBC-ODBC bridge	在幕后使用基于ODBC的驱动程序与数据库服务器通信的JDBC驱动程序
第2类：原生API驱动程序	使用本地安装的原生驱动程序与数据库服务器通信的JDBC驱动程序
第3类：网络协议	连接到管理数据库连接的中间层（中间件）的JDBC驱动程序。中间件通常运行在独立的服务器上。与数据库通信的逻辑是在中间层实现的，因此客户端不需要针对特定数据库的驱动程序
第4类：数据库协议驱动程序	完全使用Java（或其他JVM语言）实现，因此独立于平台的JDBC驱动程序。这种驱动程序直接连接到数据库服务器

JDBC驱动程序通常可随JVM应用程序一起安装，为此只需将所需的文件放在JVM的应用程序类路径中即可。在有些情况下，驱动程序必须与JVM应用程序分开安装，这通常是因为需要随驱动程序安装平台特定的软件，或许可条款要求这样做。数据库厂商或开源小组负责为其产品开发和维护JDBC驱动程序。由于Java的市场影响力巨大，大多数流行的DBMS系统都有相应的JDBC驱动程序，Microsoft甚至免费提供用于其Microsoft SQL Server产品线的JDBC驱动程序。

创建、更新和删除记录（也被称为CRUD）的操作是使用流行的SQL查询语言来完成的。大多数数据库系统都支持通过SQL来新建数据库以及创建或更新表、索引和视图等。在很大程度上说，SQL查询语言已标准化，因此只要小心行事，编写的应用程序就能与各种不同的数据库服务器交互。由于每种数据库都有其独特的SQL语言扩展（包括定制的函数名、特殊的数据类型以及自定义查询语法），因此实际上前述目标很难实现。数据库系统可自由决定要支持哪些SQL语句和功能；JDBC标准对此并没有明确的规定。

12.4.1　H2数据库

本章将使用H2数据库。H2是一种独立的开源DBMS系统，它相对较小，完全是使用Java编写的。这个数据库系统将文件写入本地文件系统，甚至将整个数据库都加载到内存中。它不像MySQL和PostgreSQL那样需要安装，同时它创建的数据库也不需要过多的维护。你只需将一些JAR文件添加到ClassPath中，JVM应用程序就能访问H2数据库系统及其属于第4类的JDBC驱动程序。

　从某种程度上说，H2类似于流行的无版权（public domain）SQLite数据库。虽然有针对SQLite的开源包装器和JDBC驱动程序，但在Groovy等JVM语言中，H2使用起来更方便，因为编写它时全面考虑到了JVM。。

诸如H2等独立的数据库系统非常适合用于单用户应用程序，但对于需要向数百名同时读写数据库的用户提供服务，因此需要存储数GB数据或需要其他企业级可靠性或功能的多线程应用程序来说，这可能不是最佳的选择。然而，千万不要低估了H2这样的数据库系统的威力。例如，H2支持运行数据库服务器，这在多个应用程序需要访问同一个数据库时很方便；它还提供了高级集群选项。另外，它还自带了一个命令行工具，可用于通过方便的操作系统命令行界面来查询、分析、备份和恢复数据库。

建议你在阅读本章时随时参考H2数据库项目的主页（http://www.h2database.com）。

12.4.2　创建内存数据库

在这个项目中，我们将创建一个内存数据库，它在应用程序终止时将被立即删除。在原型阶段，这样做很方便，因为修改数据库结构后，手动更新数据库中的数据不会遇到任何麻烦。另一个优点是无需跟踪数据库存储路径。

要使用JDBC连接到数据库，必须提供一个连接字符串，它告诉JDBC应使用哪个驱动程序、数据库的位置以及访问数据库所需的凭证，它还包含随DBMS而异的配置选项。

　在较旧的JDBC版本中，必须使用代码手动注册JDBC驱动程序。当前，较新的JDBC驱动程序会自动注册，因此通常只需将驱动程序的JAR文件放到应用程序的类路径中，它们就可供应用程序使用。

在这个示例中，我们将使用H2的嵌入模式，这意味着将整个H2数据库系统嵌入到应用程序中，因此无需运行外部服务器应用程序。我们将创建一个应用程序终止后就将消失的内存数据库。要访问这种H2数据库，必须向JDBC提供的连接字符串类似于下面这样：

String connectionString = "jdbc:h2:mem:blogs;DB_CLOSE_DELAY=-1"

连接字符串是一个用冒号分隔的列表，下面来看看其中的各个部分。

JDBC连接字符串的第一项都是jdbc。
第二项是标识数据库系统的名称。JDBC驱动程序在加载期间注册其名称。由于Ivy已经将H2 JDBC驱动程序添加到项目的ClassPath中，因此JDBC系统能够识别名称h2。
第三项是数据库的名称。H2并不要求内存数据库有名称，但正如你将在下一项中看到的，在这个示例中实际上必须有名称。
第四项让H2将数据库保留在内存中，即便没有活动的连接亦如此。通常，对于没有活动连接的内存数据库，H2会将其删除，但我们希望只要应用程序在运行，就能访问这个数据库。为此，我们指定了选项DB_CLOSE_DELAY=-1。

在连接字符串中，只有前两项是标准的，其他项通常因JDBC驱动程序而异。

下面来编写一些代码。在Eclipse IDE中，打开文件Main.groovy。我们将创建一个打开新建数据库连接的方法，为此请在Main类中添加如下方法：

def createDatabaseConnection() {
  def connection = DriverManager.getConnection("jdbc:h2:mem:test;
                                                DB_CLOSE_DELAY=-1")
  return connection
}

　请使用Eclipse IDE快捷键Ctrl +空格来补全类名DriverManager，这样Eclipse IDE将自动替你编写导入java.sql.DriverManager的语句。

变量connection包含的对象指向创建的数据库连接，可用来向数据库系统发布命令。变量connection所属类型的全限定名为java.sql.Connection，这是一个Java接口，但由于我们编写的是Groovy代码，因此无需指定类型。DriverManager是JDBC系统提供的一个类，知道如何访问已注册的JDBC驱动程序。

在这个示例中，我们使用的是嵌入的数据库系统，当H2的JDBC驱动程序将连接字符串传递给嵌入的H2数据库引擎时，H2将新建一个临时的内存数据库。应用程序终止时，这个数据库将被自动删除，因为我们在连接字符串中指定了选项DB_CLOSE_DELAY=-1。

我们在本章开头创建的是基于控制台的应用程序，但后面将修改其实现，使其变成Web服务。因此，下面来重写方法main()，使其调用刚创建的方法createDatabaseConnection()：

static void main(String[] args) {
  def app = new Main()
  def connection = app.createDatabaseConnection()
  connection.close()
}

方法main()是静态的，不能直接访问Main类的实例变量和实例方法。有鉴于此，我们创建Main类的一个实例，并使用这个实例来调用Main类的实例方法。

这里必须指出一个常见问题。必须将可打开的JDBC对象关闭，以防泄露宝贵的系统资源。打开数据库连接后，即便引发了异常，连接依然将处于打开状态，直到你将其关闭。这可能导致无法预料的问题和程序崩溃，因为数据库资源是有限的。因此，推荐使用try…catch块来使用JDBC对象，这样可在finally块中将连接关闭，这在第4章介绍过。通过这样做，可确保连接始终得以妥善地关闭，即便引发了异常。

现在可以创建数据库了，但空的数据库不是很有趣。我们需要创建一些用于存储数据的表，这些数据在关系型数据库中被称为记录。我们先直接使用JVM的JDBC类，然后再换成Groovy内置的JDBC包装类，这旨在让你明白使用Groovy与关系型数据库系统通信更容易。

我们将创建一个微型博客应用程序。首先来创建一个用于存储应用程序用户的表，为此在Main类中添加如下方法：

def createDatabaseStructure(connection) {
  def statement = connection.createStatement()
  def sqlUsers = """
    CREATE TABLE user (
        id INT AUTO_INCREMENT NOT NULL,
        name VARCHAR(255),
        PRIMARY KEY (id)
    )
  """
  statement.executeUpdate(sqlUsers)
}

方法createStatement()返回一个实现了接口java.sql.Statement的对象。为执行SQL语句，使用了一个Statement对象。

SQL语句就是包含SQL代码的普通字符串。在这里，我们执行了SQL查询CREATE TABLE，它新建一个表。这个表包含两个字段：id和name，其中id是主键，其值必须是独一无二的，可用来快速识别记录。通过指定选项AUTO_INCREMENT，我们告诉H2数据库，它必须自己生成id值。每次创建记录时，都自动将id加1。字段name是一个简单的文本字段，最多可包含255个字符。

　即便是直接使用JDBC类，使用Groovy来编写程序也可节省大量的时间。在Java中，JDBC类的方法通常可能引发checked异常，因此必须在try…catch块中调用它们，或在调用它们的方法中添加throws语句。Groovy不关心方法是否会引发checked或unchecked异常。

接下来需要创建一个用于存储博文的表，为此在方法createDatabaseStructure()末尾添加如下代码：

def sqlBlog = """
    CREATE TABLE blog (
        id INT AUTO_INCREMENT NOT NULL,
        title VARCHAR(255) NOT NULL,
        user INT NOT NULL,
        post CLOB,
        PRIMARY KEY (id),
        FOREIGN KEY(user) REFERENCES user(id))
"""
statement.executeUpdate(sqlBlog)
statement.close()

数据表blog包含字段user，它指向数据表user中的一条记录。user字段是一个外键。外键指向一条记录，这条记录通常位于数据库中的另一个表中。在这里，它使用用户的id字段来标识创建博文的用户。

别忘了在方法main()中调用方法createDatabaseStructure()，为此在调用createDatabaseConnection()的代码后面添加调用它的代码：

static void main(String[] args) {
  def app = new Main()
  def connection = app.createDatabaseConnection()
  app.createDatabaseStructure(connection)
  connection.close()
}

现在可以运行这个应用程序了。如果一切正常，你将看不到任何输出，因为我们还没有在代码中添加print()语句。如果看到了栈跟踪，请复查代码和SQL语句。

下面来添加一些硬编码的记录。这次我们将使用Groovy类Sql的实例来与数据库通信。请在Main类中添加如下方法：

def addDemoRecords(connection) {
  def sql = new Sql(connection)
  def createdUsers = sql.executeInsert("INSERT INTO user (name)
                                        VALUES (?)", ["Admin"])
  def userId = createdUsers[0][0]
  sql.execute("""
       INSERT INTO blog (title, user, post)
       VALUES (?, ?, ?)""",
       ["Test post", userId, "This is a test post"])
  sql.close()
}

　别忘了使用组合键Ctrl + 空格（在macOS中为cmd + 空格）来补全类名Sql，并选择groovy.sql包中相应的类。

Groovy类groovy.sql.Sql的方法executeInsert返回为主键字段生成的值。由于INSERT查询可能创建多条记录，而每条记录都可能有多个主键字段，因此这个方法返回嵌套列表，其中每个列表都包含一条记录的主键字段。在这里，我们仅为值添加了一条记录。由于数据表blog只有一个主键字段——id，因此可通过读取createdUsers[0][0]来获取生成的用户id。其中第一个索引指定了行（记录），而第二个索引指定了要读取这条记录的哪列（字段）。

　与数据库连接对象一样，Sql对象也将占用宝贵而有限的数据库资源。在不再需要这种对象时，如果没有将其关闭，可能出现奇怪的问题。因此，在真实的应用程序中，总是使用try…catch块来确保即便引发了异常，这种对象也将得以妥善地关闭。

在方法main()中，在调用createDatabaseStructure()的代码后面添加调用addDemoRecords()的方法：

....
def app = new Main()
def connection = app.createDatabaseConnection()
app.createDatabaseStructure(connection)
app.addDemoRecords(connection)
connection.close()
...

运行这个应用程序，它也将在不打印任何消息的情况下退出。下面来改变这种现状：打印博文的XML表示。

12.4 Java Database Connectivity（JDBC）