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06 基础规范：如何理解 JDBC 关系型数据库访问规范？
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从今天开始，我们将进入 Spring Boot 另一个核心技术体系的讨论，即数据访问技术体系。无论是互联网应用还是传统软件，对于任何一个系统而言，数据的存储和访问都是不可缺少的。
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数据访问层的构建可能会涉及多种不同形式的数据存储媒介，本课程关注的是最基础也是最常用的数据存储媒介，即关系型数据库，针对关系型数据库，Java 中应用最广泛的就是 JDBC 规范，今天我们将对这个经典规范展开讨论。
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JDBC 是 Java Database Connectivity 的全称，它的设计初衷是提供一套能够应用于各种数据库的统一标准，这套标准需要不同数据库厂家之间共同遵守，并提供各自的实现方案供 JDBC 应用程序调用。
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作为一套统一标准，JDBC 规范具备完整的架构体系，如下图所示：
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JDBC 规范整体架构图
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从上图中可以看到，Java 应用程序通过 JDBC 所提供的 API 进行数据访问，而这些 API 中包含了开发人员所需要掌握的各个核心编程对象，下面我们一起来看下。
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JDBC 规范中有哪些核心编程对象？
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对于日常开发而言，JDBC 规范中的核心编程对象包括 DriverManger、DataSource、Connection、Statement，及 ResultSet。
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DriverManager
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正如前面的 JDBC 规范整体架构图中所示，JDBC 中的 DriverManager 主要负责加载各种不同的驱动程序（Driver），并根据不同的请求向应用程序返回相应的数据库连接（Connection），应用程序再通过调用 JDBC API 实现对数据库的操作。
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JDBC 中的 Driver 定义如下，其中最重要的是第一个获取 Connection 的 connect 方法：
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public interface Driver {
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//获取数据库连接
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Connection connect(String url, java.util.Properties info)
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throws SQLException;
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boolean acceptsURL(String url) throws SQLException;
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DriverPropertyInfo[] getPropertyInfo(String url, java.util.Properties info)
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throws SQLException;
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int getMajorVersion();
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int getMinorVersion();
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boolean jdbcCompliant();
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public Logger getParentLogger() throws SQLFeatureNotSupportedException;
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}
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针对 Driver 接口，不同的数据库供应商分别提供了自身的实现方案。例如，MySQL 中的 Driver 实现类如下代码所示：
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public class Driver extends NonRegisteringDriver implements java.sql.Driver {
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// 通过 DriverManager 注册 Driver
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static {
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try {
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java.sql.DriverManager.registerDriver(new Driver());
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} catch (SQLException E) {
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throw new RuntimeException("Can't register driver!");
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}
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}
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…
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}
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这里就使用用了 DriverManager，而 DriverManager 除提供了上述用于注册 Driver 的 registerDriver 方法之外，还提供了 getConnection 方法用于针对具体的 Driver 获取 Connection 对象。
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DataSource
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通过前面的介绍，我们知道在 JDBC 规范中可直接通过 DriverManager 获取 Connection，我们也知道获取 Connection 的过程需要建立与数据库之间的连接，而这个过程会产生较大的系统开销。
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为了提高性能，通常我们首先会建立一个中间层将 DriverManager 生成的 Connection 存放到连接池中，再从池中获取 Connection。
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而我们可以认为 DataSource 就是这样一个中间层，它作为 DriverManager 的替代品而推出，是获取数据库连接的首选方法。
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DataSource 在 JDBC 规范中代表的是一种数据源，核心作用是获取数据库连接对象 Connection。在日常开发过程中，我们通常会基于 DataSource 获取 Connection。DataSource 接口的定义如下代码所示：
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public interface DataSource extends CommonDataSource, Wrapper {
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Connection getConnection() throws SQLException;
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Connection getConnection(String username, String password)
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throws SQLException;
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}
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从上面我们可以看到，DataSource 接口提供了两个获取 Connection 的重载方法，并继承了 CommonDataSource 接口。CommonDataSource 是 JDBC 中关于数据源定义的根接口，除了 DataSource 接口之外，它还有另外两个子接口，如下图所示：
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DataSource 类层结构图
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其中，DataSource 是官方定义的获取 Connection 的基础接口，XADataSource 用来在分布式事务环境下实现 Connection 的获取，而 ConnectionPoolDataSource 是从连接池 ConnectionPool 中获取 Connection 的接口。
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所谓的 ConnectionPool 相当于预先生成一批 Connection 并存放在池中，从而提升 Connection 获取的效率。
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请注意 DataSource 接口同时还继承了一个 Wrapper 接口。从接口的命名上看，我们可以判断该接口起到一种包装器的作用。事实上，因为很多数据库供应商提供了超越标准 JDBC API 的扩展功能，所以 Wrapper 接口可以把一个由第三方供应商提供的、非 JDBC 标准的接口包装成标准接口。
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以 DataSource 接口为例，如果我们想自己实现一个定制化的数据源类 MyDataSource，就可以提供一个实现了 Wrapper 接口的 MyDataSourceWrapper 类来完成包装和适配，如下图所示：
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通过 Wrapper 接口扩展 JDBC 规范示意图
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在 JDBC 规范中，除了 DataSource 之外，Connection、Statement、ResultSet 等核心对象也都继承了这个 Wrapper 接口。
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作为一种基础组件，它同样不需要开发人员自己实现 DataSource，因为业界已经存在了很多优秀的实现方案，如 DBCP、C3P0 和 Druid 等。
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例如 Druid 提供了 DruidDataSource，它不仅提供了连接池的功能，还提供了诸如监控等其他功能，它的类层结构如下图所示：
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DruidDataSource 的类层结构
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Connection
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DataSource 的目的是获取 Connection 对象。我们可以把 Connection 理解为一种会话（Session）机制，Connection 代表一个数据库连接，负责完成与数据库之间的通信。
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所有 SQL 的执行都是在某个特定 Connection 环境中进行的，同时它还提供了一组重载方法分别用于创建 Statement 和 PreparedStatement。另一方面，Connection 也涉及事务相关的操作。
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Connection 接口中定义的方法很丰富，其中最核心的几个方法如下代码所示：
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public interface Connection extends Wrapper, AutoCloseable {
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//创建 Statement
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Statement createStatement() throws SQLException;
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//创建 PreparedStatement
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PreparedStatement prepareStatement(String sql) throws SQLException;
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//提交
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void commit() throws SQLException;
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//回滚
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void rollback() throws SQLException;
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//关闭连接
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void close() throws SQLException;
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}
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这里涉及具体负责执行 SQL 语句的 Statement 和 PreparedStatement 对象，我们接着往下看。
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Statement/PreparedStatement
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JDBC 规范中的 Statement 存在两种类型，一种是普通的 Statement，一种是支持预编译的 PreparedStatement。
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所谓预编译，是指数据库的编译器会对 SQL 语句提前编译，然后将预编译的结果缓存到数据库中，下次执行时就可以通过替换参数并直接使用编译过的语句，从而大大提高 SQL 的执行效率。
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当然，这种预编译也需要一定成本，因此在日常开发中，如果对数据库只执行一次性读写操作时，用 Statement 对象进行处理会比较合适；而涉及 SQL 语句的多次执行时，我们可以使用 PreparedStatement。
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如果需要查询数据库中的数据，我们只需要调用 Statement 或 PreparedStatement 对象的 executeQuery 方法即可。
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这个方法以 SQL 语句作为参数，执行完后返回一个 JDBC 的 ResultSet 对象。当然，Statement 或 PreparedStatement 还提供了一大批执行 SQL 更新和查询的重载方法，我们无意一一展开。
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以 Statement 为例，它的核心方法如下代码所示：
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public interface Statement extends Wrapper, AutoCloseable {
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//执行查询语句
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ResultSet executeQuery(String sql) throws SQLException;
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//执行更新语句
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int executeUpdate(String sql) throws SQLException;
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//执行 SQL 语句
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boolean execute(String sql) throws SQLException;
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//执行批处理
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int[] executeBatch() throws SQLException;
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}
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这里我们同样引出了 JDBC 规范中最后一个核心编程对象，即代表执行结果的 ResultSet。
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ResultSet
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一旦我们通过 Statement 或 PreparedStatement 执行了 SQL 语句并获得了 ResultSet 对象，就可以使用该对象中定义的一大批用于获取 SQL 执行结果值的工具方法，如下代码所示：
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public interface ResultSet extends Wrapper, AutoCloseable {
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//获取下一个结果
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boolean next() throws SQLException;
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//获取某一个类型的结果值
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Value getXXX(int columnIndex) throws SQLException;
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…
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}
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ResultSet 提供了 next() 方法便于开发人员实现对整个结果集的遍历。如果 next() 方法返回为 true，意味着结果集中存在数据，可以调用 ResultSet 对象的一系列 getXXX() 方法来取得对应的结果值。
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如何使用 JDBC 规范访问数据库？
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对于开发人员而言，JDBC API 是我们访问数据库的主要途径，如果我们使用 JDBC 开发一个访问数据库的执行流程，常见的代码风格如下所示（省略了异常处理）：
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// 创建池化的数据源
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PooledDataSource dataSource = new PooledDataSource ();
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// 设置 MySQL Driver
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dataSource.setDriver ("com.mysql.jdbc.Driver");
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// 设置数据库 URL、用户名和密码
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dataSource.setUrl ("jdbc:mysql://localhost:3306/test");
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dataSource.setUsername("root");
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dataSource.setPassword("root");
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// 获取连接
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Connection connection = dataSource.getConnection();
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// 执行查询
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PreparedStatement statement = connection.prepareStatement ("select * from user");
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// 获取查询结果进行处理
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ResultSet resultSet = statement.executeQuery();
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while (resultSet.next()) {
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…
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}
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// 关闭资源
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statement.close();
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resultSet.close();
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connection.close();
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这段代码中完成了对基于前面介绍的 JDBC API 中的各个核心编程对象的数据访问。上述代码主要面向查询场景，而针对用于插入数据的处理场景，我们只需要在上述代码中替换几行代码，即将“执行查询”和“获取查询结果进行处理”部分的查询操作代码替换为插入操作代码就行。
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最后，我们梳理一下基于 JDBC 规范进行数据库访问的整个开发流程，如下图所示：
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基于 JDBC 规范进行数据库访问的开发流程图
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针对前面所介绍的代码示例，我们明确地将基于 JDBC 规范访问关系型数据库的操作分成两大部分：一部分是准备和释放资源以及执行 SQL 语句，另一部分则是处理 SQL 执行结果。
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而对于任何数据访问而言，前者实际上都是重复的。在上图所示的整个开发流程中，事实上只有“处理 ResultSet ”部分的代码需要开发人员根据具体的业务对象进行定制化处理。这种抽象为整个执行过程提供了优化空间。诸如 Spring 框架中 JdbcTemplate 这样的模板工具类就应运而生了，我们会在 07 讲中会详细介绍这个模板工具类。
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小结与预告
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JDBC 规范是 Java EE 领域中进行数据库访问的标准规范，在业界应用非常广泛。今天的课程中，我们分析了该规范的核心编程对象，并梳理了使用 JDBC 规范访问数据库的开发流程。希望你能熟练掌握这部分知识，因为熟练掌握 JDBC 规范是我们理解后续内容的基础。
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