java JDBC详解

title: JDBC
date: 2021-06-07 22:42:01
tags: JDBC
categories: Java
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JDBC

基本介绍

使用Java程序访问数据库时，Java代码并不是直接通过TCP连接去访问数据库，而是通过JDBC接口来访问，而JDBC接口则通过JDBC驱动来实现真正对数据库的访问。

例如，我们在Java代码中如果要访问MySQL，那么必须编写代码操作JDBC接口。注意到JDBC接口是Java标准库自带的，所以可以直接编译。而具体的JDBC驱动是由数据库厂商提供的，例如，MySQL的JDBC驱动由Oracle提供。因此，访问某个具体的数据库，我们只需要引入该厂商提供的JDBC驱动，就可以通过JDBC接口来访问，这样保证了Java程序编写的是一套数据库访问代码，却可以访问各种不同的数据库，因为他们都提供了标准的JDBC驱动：

┌ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┐

│  ┌───────────────┐  │
   │   Java App    │
│  └───────────────┘  │
           │
│          ▼          │
   ┌───────────────┐
│  │JDBC Interface │<─┼─── JDK
   └───────────────┘
│          │          │
           ▼
│  ┌───────────────┐  │
   │  JDBC Driver  │<───── Vendor
│  └───────────────┘  │
           │
└ ─ ─ ─ ─ ─│─ ─ ─ ─ ─ ┘
           ▼
   ┌───────────────┐
   │   Database    │
   └───────────────┘

因为JDBC接口并不知道我们要使用哪个数据库，所以，用哪个数据库，我们就去使用哪个数据库的“实现类”，我们把某个数据库实现了JDBC接口的jar包称为JDBC驱动。

因为我们选择了MySQL 5.x作为数据库，所以我们首先得找一个MySQL的JDBC驱动。所谓JDBC驱动，其实就是一个第三方jar包，我们直接添加一个Maven依赖就可以了：

<dependency>
    <groupId>mysql</groupId>
    <artifactId>mysql-connector-java</artifactId>
    <version>5.1.47</version>
    <scope>runtime</scope>
</dependency>

JDBC连接

使用JDBC时，我们先了解什么是Connection。Connection代表一个JDBC连接，它相当于Java程序到数据库的连接（通常是TCP连接）。打开一个Connection时，需要准备URL、用户名和口令，才能成功连接到数据库。

URL是由数据库厂商指定的格式，例如，MySQL的URL是：

jdbc:mysql://<hostname>:<port>/<dbName>?key1=value1&key2=value2

假设数据库运行在本机localhost，端口使用标准的3306，数据库名称是learnjdbc，那么URL如下：

jdbc:mysql://localhost:3306/learnjdbc?useSSL=false&characterEncoding=utf8

后面的两个参数表示不使用SSL加密，使用UTF-8作为字符编码（注意MySQL的UTF-8是utf8）。

要获取数据库连接，使用如下代码：

// JDBC连接的URL, 不同数据库有不同的格式:
String JDBC_URL = "jdbc:mysql://localhost:3306/test";
String JDBC_USER = "root";
String JDBC_PASSWORD = "password";
// 获取连接:
Connection conn = DriverManager.getConnection(JDBC_URL, JDBC_USER, JDBC_PASSWORD);
// TODO: 访问数据库...
// 关闭连接:
conn.close();

核心代码是DriverManager提供的静态方法getConnection()。DriverManager会自动扫描classpath，找到所有的JDBC驱动，然后根据我们传入的URL自动挑选一个合适的驱动。

因为JDBC连接是一种昂贵的资源，所以使用后要及时释放。使用try (resource)来自动释放JDBC连接是一个好方法：

try (Connection conn = DriverManager.getConnection(JDBC_URL, JDBC_USER, JDBC_PASSWORD)) {
    ...
}

JDBC查询

获取到JDBC连接后，下一步我们就可以查询数据库了。查询数据库分以下几步：

第一步，通过Connection 提供的 createStatement()方法创建一个Statement对象，用于执行一个查询；

第二步，执行Statement对象提供的executeQuery("SELECT * FROM students")并传入SQL语句，执行查询并获得返回的结果集，使用ResultSet来引用这个结果集；

第三步，反复调用ResultSet的next()方法并读取每一行结果。

完整查询代码如下：

try (Connection conn = DriverManager.getConnection(JDBC_URL, JDBC_USER, JDBC_PASSWORD)) {
    try (Statement stmt = conn.createStatement()) {
        try (ResultSet rs = stmt.executeQuery("SELECT id, grade, name, gender FROM students WHERE gender=1")) {
            while (rs.next()) {
                long id = rs.getLong(1); // 注意：索引从1开始
                long grade = rs.getLong(2);
                String name = rs.getString(3);
                int gender = rs.getInt(4);
            }
        }
    }
}

注意要点：

Statment和ResultSet都是需要关闭的资源，因此嵌套使用try (resource)确保及时关闭；

rs.next()用于判断是否有下一行记录，如果有，将自动把当前行移动到下一行（一开始获得ResultSet时当前行不是第一行）；

ResultSet获取列时，索引从1开始而不是0；

必须根据SELECT的列的对应位置来调用getLong(1)，getString(2)这些方法，否则对应位置的数据类型不对，将报错。

SQL注入

使用Statement拼字符串非常容易引发SQL注入的问题，这是因为SQL参数往往是从方法参数传入的。

要避免SQL注入攻击，一个办法是针对所有字符串参数进行转义，但是转义很麻烦，而且需要在任何使用SQL的地方增加转义代码。

还有一个办法就是使用PreparedStatement。使用PreparedStatement可以完全避免SQL注入的问题，因为PreparedStatement始终使用?作为占位符，并且把数据连同SQL本身传给数据库，这样可以保证每次传给数据库的SQL语句是相同的，只是占位符的数据不同，还能高效利用数据库本身对查询的缓存。上述登录SQL如果用PreparedStatement可以改写如下：

我们把上面使用Statement的代码改为使用PreparedStatement：

try (Connection conn = DriverManager.getConnection(JDBC_URL, JDBC_USER, JDBC_PASSWORD)) {
    try (PreparedStatement ps = conn.prepareStatement("SELECT id, grade, name, gender FROM students WHERE gender=? AND grade=?")) {
        ps.setObject(1, "M"); // 注意：索引从1开始
        ps.setObject(2, 3);
        try (ResultSet rs = ps.executeQuery()) {
            while (rs.next()) {
                long id = rs.getLong("id");
                long grade = rs.getLong("grade");
                String name = rs.getString("name");
                String gender = rs.getString("gender");
            }
        }
    }
}

使用PreparedStatement和Statement稍有不同，必须首先调用setObject()设置每个占位符?的值，最后获取的仍然是ResultSet对象。

插入

插入操作是INSERT，即插入一条新记录。通过JDBC进行插入，本质上也是用PreparedStatement执行一条SQL语句，不过最后执行的不是executeQuery()，而是executeUpdate()。示例代码如下：

try (Connection conn = DriverManager.getConnection(JDBC_URL, JDBC_USER, JDBC_PASSWORD)) {    try (PreparedStatement ps = conn.prepareStatement(            "INSERT INTO students (id, grade, name, gender) VALUES (?,?,?,?)")) {        ps.setObject(1, 999); // 注意：索引从1开始        ps.setObject(2, 1); // grade        ps.setObject(3, "Bob"); // name        ps.setObject(4, "M"); // gender        int n = ps.executeUpdate(); // 1    }}

设置参数与查询是一样的，有几个?占位符就必须设置对应的参数。虽然Statement也可以执行插入操作，但我们仍然要严格遵循绝不能手动拼SQL字符串的原则，以避免安全漏洞。

当成功执行executeUpdate()后，返回值是int，表示插入的记录数量。此处总是1，因为只插入了一条记录。

插入并获取主键

如果数据库的表设置了自增主键，那么在执行INSERT语句时，并不需要指定主键，数据库会自动分配主键。对于使用自增主键的程序，有个额外的步骤，就是如何获取插入后的自增主键的值。

要获取自增主键，不能先插入，再查询。因为两条SQL执行期间可能有别的程序也插入了同一个表。获取自增主键的正确写法是在创建PreparedStatement的时候，指定一个RETURN_GENERATED_KEYS标志位，表示JDBC驱动必须返回插入的自增主键。示例代码如下：

try (Connection conn = DriverManager.getConnection(JDBC_URL, JDBC_USER, JDBC_PASSWORD)) {    try (PreparedStatement ps = conn.prepareStatement(            "INSERT INTO students (grade, name, gender) VALUES (?,?,?)",            Statement.RETURN_GENERATED_KEYS)) {        ps.setObject(1, 1); // grade        ps.setObject(2, "Bob"); // name        ps.setObject(3, "M"); // gender        int n = ps.executeUpdate(); // 1        try (ResultSet rs = ps.getGeneratedKeys()) {            if (rs.next()) {                long id = rs.getLong(1); // 注意：索引从1开始            }        }    }}

观察上述代码，有两点注意事项：

一是调用prepareStatement()时，第二个参数必须传入常量Statement.RETURN_GENERATED_KEYS，否则JDBC驱动不会返回自增主键；

二是执行executeUpdate()方法后，必须调用getGeneratedKeys()获取一个ResultSet对象，这个对象包含了数据库自动生成的主键的值，读取该对象的每一行来获取自增主键的值。如果一次插入多条记录，那么这个ResultSet对象就会有多行返回值。如果插入时有多列自增，那么ResultSet对象的每一行都会对应多个自增值（自增列不一定必须是主键）。

更新

更新操作是UPDATE语句，它可以一次更新若干列的记录。更新操作和插入操作在JDBC代码的层面上实际上没有区别，除了SQL语句不同：

try (Connection conn = DriverManager.getConnection(JDBC_URL, JDBC_USER, JDBC_PASSWORD)) {    try (PreparedStatement ps = conn.prepareStatement("UPDATE students SET name=? WHERE id=?")) {        ps.setObject(1, "Bob"); // 注意：索引从1开始        ps.setObject(2, 999);        int n = ps.executeUpdate(); // 返回更新的行数    }}

executeUpdate()返回数据库实际更新的行数。返回结果可能是正数，也可能是0（表示没有任何记录更新）。

删除

删除操作是DELETE语句，它可以一次删除若干列。和更新一样，除了SQL语句不同外，JDBC代码都是相同的：

try (Connection conn = DriverManager.getConnection(JDBC_URL, JDBC_USER, JDBC_PASSWORD)) {    try (PreparedStatement ps = conn.prepareStatement("DELETE FROM students WHERE id=?")) {        ps.setObject(1, 999); // 注意：索引从1开始        int n = ps.executeUpdate(); // 删除的行数    }}

JDBC事务

数据库事务（Transaction）是由若干个SQL语句构成的一个操作序列，有点类似于Java的synchronized同步。数据库系统保证在一个事务中的所有SQL要么全部执行成功，要么全部不执行，即数据库事务具有ACID特性：

• Atomicity：原子性
• Consistency：一致性
• Isolation：隔离性
• Durability：持久性

数据库事务可以并发执行，而数据库系统从效率考虑，对事务定义了不同的隔离级别。SQL标准定义了4种隔离级别，分别对应可能出现的数据不一致的情况：

Isolation Level	脏读（Dirty Read）	不可重复读（Non Repeatable Read）	幻读（Phantom Read）
Read Uncommitted	Yes	Yes	Yes
Read Committed	-	Yes	Yes
Repeatable Read	-	-	Yes
Serializable	-	-	-

对应用程序来说，数据库事务非常重要，很多运行着关键任务的应用程序，都必须依赖数据库事务保证程序的结果正常。

举个例子：假设小明准备给小红支付100，两人在数据库中的记录主键分别是123和456，那么用两条SQL语句操作如下：

UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id=123 AND balance >= 100;UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE id=456;

这两条语句必须以事务方式执行才能保证业务的正确性，因为一旦第一条SQL执行成功而第二条SQL失败的话，系统的钱就会凭空减少100，而有了事务，要么这笔转账成功，要么转账失败，双方账户的钱都不变。

这里我们不讨论详细的SQL事务，如果对SQL事务不熟悉，请参考SQL事务。

要在JDBC中执行事务，本质上就是如何把多条SQL包裹在一个数据库事务中执行。我们来看JDBC的事务代码：

Connection conn = openConnection();try {    // 关闭自动提交:    conn.setAutoCommit(false);    // 执行多条SQL语句:    insert(); update(); delete();    // 提交事务:    conn.commit();} catch (SQLException e) {    // 回滚事务:    conn.rollback();} finally {    conn.setAutoCommit(true);    conn.close();}

其中，开启事务的关键代码是conn.setAutoCommit(false)，表示关闭自动提交。提交事务的代码在执行完指定的若干条SQL语句后，调用conn.commit()。要注意事务不是总能成功，如果事务提交失败，会抛出SQL异常（也可能在执行SQL语句的时候就抛出了），此时我们必须捕获并调用conn.rollback()回滚事务。最后，在finally中通过conn.setAutoCommit(true)把Connection对象的状态恢复到初始值。

实际上，默认情况下，我们获取到Connection连接后，总是处于“自动提交”模式，也就是每执行一条SQL都是作为事务自动执行的，这也是为什么前面几节我们的更新操作总能成功的原因：因为默认有这种“隐式事务”。只要关闭了Connection的autoCommit，那么就可以在一个事务中执行多条语句，事务以commit()方法结束。

如果要设定事务的隔离级别，可以使用如下代码：

// 设定隔离级别为READ COMMITTED:conn.setTransactionIsolation(Connection.TRANSACTION_READ_COMMITTED);

如果没有调用上述方法，那么会使用数据库的默认隔离级别。MySQL的默认隔离级别是REPEATABLE READ。

JDBC Batch

使用JDBC操作数据库的时候，经常会执行一些批量操作。

例如，一次性给会员增加可用优惠券若干，我们可以执行以下SQL代码：

INSERT INTO coupons (user_id, type, expires) VALUES (123, 'DISCOUNT', '2030-12-31');INSERT INTO coupons (user_id, type, expires) VALUES (234, 'DISCOUNT', '2030-12-31');INSERT INTO coupons (user_id, type, expires) VALUES (345, 'DISCOUNT', '2030-12-31');INSERT INTO coupons (user_id, type, expires) VALUES (456, 'DISCOUNT', '2030-12-31');...

实际上执行JDBC时，因为只有占位符参数不同，所以SQL实际上是一样的：

for (var params : paramsList) {    PreparedStatement ps = conn.preparedStatement("INSERT INTO coupons (user_id, type, expires) VALUES (?,?,?)");    ps.setLong(params.get(0));    ps.setString(params.get(1));    ps.setString(params.get(2));    ps.executeUpdate();}

类似的还有，给每个员工薪水增加10%～30%：

UPDATE employees SET salary = salary * ? WHERE id = ?

通过一个循环来执行每个PreparedStatement虽然可行，但是性能很低。SQL数据库对SQL语句相同，但只有参数不同的若干语句可以作为batch执行，即批量执行，这种操作有特别优化，速度远远快于循环执行每个SQL。

在JDBC代码中，我们可以利用SQL数据库的这一特性，把同一个SQL但参数不同的若干次操作合并为一个batch执行。我们以批量插入为例，示例代码如下：

try (PreparedStatement ps = conn.prepareStatement("INSERT INTO students (name, gender, grade, score) VALUES (?, ?, ?, ?)")) {    // 对同一个PreparedStatement反复设置参数并调用addBatch():    for (Student s : students) {        ps.setString(1, s.name);        ps.setBoolean(2, s.gender);        ps.setInt(3, s.grade);        ps.setInt(4, s.score);        ps.addBatch(); // 添加到batch    }    // 执行batch:    int[] ns = ps.executeBatch();    for (int n : ns) {        System.out.println(n + " inserted."); // batch中每个SQL执行的结果数量    }}

执行batch和执行一个SQL不同点在于，需要对同一个PreparedStatement反复设置参数并调用addBatch()，这样就相当于给一个SQL加上了多组参数，相当于变成了“多行”SQL。

第二个不同点是调用的不是executeUpdate()，而是executeBatch()，因为我们设置了多组参数，相应地，返回结果也是多个int值，因此返回类型是int[]，循环int[]数组即可获取每组参数执行后影响的结果数量。

JDBC连接池

为了避免频繁地创建和销毁JDBC连接，我们可以通过连接池（Connection Pool）复用已经创建好的连接。

JDBC连接池有一个标准的接口javax.sql.DataSource，注意这个类位于Java标准库中，但仅仅是接口。要使用JDBC连接池，我们必须选择一个JDBC连接池的实现。常用的JDBC连接池有：

• HikariCP
• C3P0
• BoneCP
• Druid

目前使用最广泛的是HikariCP。我们以HikariCP为例，要使用JDBC连接池，先添加HikariCP的依赖如下：

<dependency>    <groupId>com.zaxxer</groupId>    <artifactId>HikariCP</artifactId>    <version>2.7.1</version></dependency>

紧接着，我们需要创建一个DataSource实例，这个实例就是连接池：

HikariConfig config = new HikariConfig();config.setJdbcUrl("jdbc:mysql://localhost:3306/test");config.setUsername("root");config.setPassword("password");config.addDataSourceProperty("connectionTimeout", "1000"); // 连接超时：1秒config.addDataSourceProperty("idleTimeout", "60000"); // 空闲超时：60秒config.addDataSourceProperty("maximumPoolSize", "10"); // 最大连接数：10DataSource ds = new HikariDataSource(config);

注意创建DataSource也是一个非常昂贵的操作，所以通常DataSource实例总是作为一个全局变量存储，并贯穿整个应用程序的生命周期。

有了连接池以后，我们如何使用它呢？和前面的代码类似，只是获取Connection时，把DriverManage.getConnection()改为ds.getConnection()：

try (Connection conn = ds.getConnection()) { // 在此获取连接    ...} // 在此“关闭”连接

通过连接池获取连接时，并不需要指定JDBC的相关URL、用户名、口令等信息，因为这些信息已经存储在连接池内部了（创建HikariDataSource时传入的HikariConfig持有这些信息）。一开始，连接池内部并没有连接，所以，第一次调用ds.getConnection()，会迫使连接池内部先创建一个Connection，再返回给客户端使用。当我们调用conn.close()方法时（在try(resource){...}结束处），不是真正“关闭”连接，而是释放到连接池中，以便下次获取连接时能直接返回。

因此，连接池内部维护了若干个Connection实例，如果调用ds.getConnection()，就选择一个空闲连接，并标记它为“正在使用”然后返回，如果对Connection调用close()，那么就把连接再次标记为“空闲”从而等待下次调用。这样一来，我们就通过连接池维护了少量连接，但可以频繁地执行大量的SQL语句。

通常连接池提供了大量的参数可以配置，例如，维护的最小、最大活动连接数，指定一个连接在空闲一段时间后自动关闭等，需要根据应用程序的负载合理地配置这些参数。此外，大多数连接池都提供了详细的实时状态以便进行监控。

小结

数据库连接池是一种复用Connection的组件，它可以避免反复创建新连接，提高JDBC代码的运行效率；

可以配置连接池的详细参数并监控连接池。