数据库编程基础概念

JDBC（Java Database Connectivity）是Java中用于执行SQL语句的API，可以为多种关系数据库提供统一访问。它由一组用Java语言编写的类和接口组成，是Java程序访问数据库的标准接口。

JDBC的主要优势包括：

1. 统一接口：为不同的数据库提供统一的访问接口
2. 可移植性：Java程序可以跨数据库平台运行
3. 灵活性：支持多种数据库操作方式
4. 标准规范：遵循行业标准，易于学习和使用

数据库连接方式

在我们的示例中，我们使用的是SQLite数据库，它是一种嵌入式数据库，数据存储在本地文件中。但在实际项目中，您可能会连接到各种不同类型的数据库服务器。

1. SQLite数据库（本地文件数据库）

SQLite是一种轻量级的嵌入式数据库，不需要单独的服务器进程，数据存储在本地文件中。

连接URL格式：

jdbc:sqlite:数据库文件路径

示例：

String url = "jdbc:sqlite:users.db";  // 连接到当前目录下的users.db文件
String url = "jdbc:sqlite:/path/to/database.db";  // 连接到指定路径的数据库文件

特点：

• 无需安装数据库服务器
• 适合小型应用和原型开发
• 数据存储在单个文件中
• 不支持并发访问

2. MySQL数据库

MySQL是最流行的开源关系型数据库之一。

连接URL格式：

jdbc:mysql://主机地址:端口/数据库名

示例：

String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/mydb";
String username = "root";
String password = "password";

需要添加MySQL JDBC驱动依赖：

<dependency>
    <groupId>mysql</groupId>
    <artifactId>mysql-connector-java</artifactId>
    <version>8.0.33</version>
</dependency>

3. PostgreSQL数据库

PostgreSQL是另一种强大的开源关系型数据库。

连接URL格式：

jdbc:postgresql://主机地址:端口/数据库名

示例：

String url = "jdbc:postgresql://localhost:5432/mydb";
String username = "postgres";
String password = "password";

需要添加PostgreSQL JDBC驱动依赖：

<dependency>
    <groupId>org.postgresql</groupId>
    <artifactId>postgresql</artifactId>
    <version>42.6.0</version>
</dependency>

4. Oracle数据库

Oracle是甲骨文公司开发的企业级关系型数据库。

连接URL格式：

jdbc:oracle:thin:@主机地址:端口:服务名

示例：

String url = "jdbc:oracle:thin:@localhost:1521:xe";
String username = "system";
String password = "password";

需要添加Oracle JDBC驱动依赖：

<dependency>
    <groupId>com.oracle.database.jdbc</groupId>
    <artifactId>ojdbc8</artifactId>
    <version>21.9.0.0</version>
</dependency>

5. SQL Server数据库

SQL Server是微软开发的关系型数据库管理系统。

连接URL格式：

jdbc:sqlserver://主机地址:端口;databaseName=数据库名

示例：

String url = "jdbc:sqlserver://localhost:1433;databaseName=mydb";
String username = "sa";
String password = "password";

需要添加SQL Server JDBC驱动依赖：

<dependency>
    <groupId>com.microsoft.sqlserver</groupId>
    <artifactId>mssql-jdbc</artifactId>
    <version>12.4.0.jre11</version>
</dependency>

JDBC架构

JDBC API支持两层和三层处理模型进行数据库访问，但通常情况下，JDBC采用两层架构：

• JDBC API：提供应用程序与JDBC管理器的连接
• JDBC驱动程序：处理与数据源的通信

JDBC驱动程序类型：

1. JDBC-ODBC桥接驱动程序：使用ODBC驱动程序连接数据库
2. 本地API驱动程序：部分使用Java程序部分使用本地代码
3. 网络协议驱动程序：完全使用Java编写，通过中间服务器连接数据库
4. 本地驱动程序：完全使用Java编写，直接连接数据库

JDBC核心接口和类

DriverManager类

管理一组JDBC驱动程序的基本服务：

• getConnection(String url)：尝试建立到给定数据库URL的连接
• registerDriver(Driver driver)：注册给定的驱动程序

Connection接口

与特定数据库的连接（会话）：

• createStatement()：创建Statement对象
• prepareStatement(String sql)：创建PreparedStatement对象
• close()：立即释放此Connection对象的数据库和JDBC资源

Statement接口

用于执行静态SQL语句并返回结果：

• executeQuery(String sql)：执行给定的SQL语句，返回单个ResultSet对象
• executeUpdate(String sql)：执行给定的SQL语句，可能为INSERT、UPDATE或DELETE语句
• close()：释放此Statement对象的数据库和JDBC资源

PreparedStatement接口

表示预编译的SQL语句：

• 继承自Statement接口
• 支持参数化查询，提高安全性和性能
• setString(int parameterIndex, String x)：将指定参数设置为给定String值
• setInt(int parameterIndex, int x)：将指定参数设置为给定int值

ResultSet接口

表示数据库结果集的数据表：

• next()：将光标从当前位置向前移动一行
• getString(int columnIndex)：以Java编程语言中String的形式获取此ResultSet对象的当前行中指定列的值
• getInt(int columnIndex)：以Java编程语言中int的形式获取此ResultSet对象的当前行中指定列的值

数据库连接步骤

1. 加载JDBC驱动程序

Class.forName("org.sqlite.JDBC");  // SQLite驱动
Class.forName("com.mysql.cj.jdbc.Driver");  // MySQL驱动

2. 建立数据库连接

// SQLite连接
Connection conn = DriverManager.getConnection("jdbc:sqlite:users.db");

// MySQL连接
Connection conn = DriverManager.getConnection("jdbc:mysql://localhost:3306/mydb", "username", "password");

3. 创建Statement对象

Statement stmt = conn.createStatement();
// 或者创建PreparedStatement对象
PreparedStatement pstmt = conn.prepareStatement(sql);

4. 执行SQL语句

// 查询操作
ResultSet rs = stmt.executeQuery("SELECT * FROM users");

// 更新操作
int rowsAffected = stmt.executeUpdate("INSERT INTO users (name, email, age) VALUES ('张三', 'zhangsan@example.com', 25)");

5. 处理结果

while (rs.next()) {
    String name = rs.getString("name");
    String email = rs.getString("email");
    int age = rs.getInt("age");
    System.out.println(name + ", " + email + ", " + age);
}

6. 关闭连接

rs.close();
stmt.close();
conn.close();

PreparedStatement vs Statement

PreparedStatement相比Statement具有以下优势：

1. 防止SQL注入：通过参数化查询防止SQL注入攻击
2. 性能更好：预编译SQL语句，可重复使用
3. 代码可读性：参数化查询使代码更清晰

// 使用Statement（不推荐）
String sql = "SELECT * FROM users WHERE name = '" + name + "'";
Statement stmt = conn.createStatement();
ResultSet rs = stmt.executeQuery(sql);

// 使用PreparedStatement（推荐）
String sql = "SELECT * FROM users WHERE name = ?";
PreparedStatement pstmt = conn.prepareStatement(sql);
pstmt.setString(1, name);
ResultSet rs = pstmt.executeQuery();

事务处理

JDBC通过Connection对象支持事务处理：

try {
    // 关闭自动提交
    conn.setAutoCommit(false);
    
    // 执行多个SQL操作
    PreparedStatement pstmt1 = conn.prepareStatement("INSERT INTO users (name, email, age) VALUES (?, ?, ?)");
    pstmt1.setString(1, "张三");
    pstmt1.setString(2, "zhangsan@example.com");
    pstmt1.setInt(3, 25);
    pstmt1.executeUpdate();
    
    PreparedStatement pstmt2 = conn.prepareStatement("UPDATE users SET age = ? WHERE name = ?");
    pstmt2.setInt(1, 26);
    pstmt2.setString(2, "张三");
    pstmt2.executeUpdate();
    
    // 提交事务
    conn.commit();
} catch (SQLException e) {
    // 回滚事务
    conn.rollback();
    throw e;
} finally {
    // 恢复自动提交
    conn.setAutoCommit(true);
}

数据库连接池

在实际应用中，频繁创建和关闭数据库连接会影响性能，可以使用连接池来管理连接：

// 使用连接池（示例使用HikariCP）
HikariConfig config = new HikariConfig();
config.setJdbcUrl("jdbc:sqlite:users.db");
config.setUsername("user");
config.setPassword("password");

HikariDataSource dataSource = new HikariDataSource(config);

// 获取连接
Connection conn = dataSource.getConnection();

异常处理

JDBC操作可能抛出SQLException，需要进行适当的异常处理：

try {
    // 数据库操作
    Connection conn = DriverManager.getConnection(url, username, password);
    // ... 其他操作
} catch (SQLException e) {
    System.err.println("数据库操作错误: " + e.getMessage());
    System.err.println("SQL状态: " + e.getSQLState());
    System.err.println("错误代码: " + e.getErrorCode());
} catch (ClassNotFoundException e) {
    System.err.println("找不到JDBC驱动程序: " + e.getMessage());
}

最佳实践

1. 使用try-with-resources语句

自动管理资源，确保正确关闭：

try (Connection conn = DriverManager.getConnection(url);
     PreparedStatement pstmt = conn.prepareStatement(sql);
     ResultSet rs = pstmt.executeQuery()) {
    // 处理结果
} catch (SQLException e) {
    // 处理异常
}

2. 使用PreparedStatement防止SQL注入

String sql = "SELECT * FROM users WHERE name = ?";
PreparedStatement pstmt = conn.prepareStatement(sql);
pstmt.setString(1, userInput); // 安全地设置参数

3. 合理处理异常

不要忽略SQLException，应该记录日志或进行适当处理：

try {
    // 数据库操作
} catch (SQLException e) {
    logger.error("数据库操作失败", e);
    throw new DataAccessException("操作失败", e);
}

4. 使用连接池

在生产环境中使用连接池提高性能：

// 配置连接池
HikariConfig config = new HikariConfig();
config.setJdbcUrl(jdbcUrl);
config.setMaximumPoolSize(20);
HikariDataSource dataSource = new HikariDataSource(config);

// 使用连接
try (Connection conn = dataSource.getConnection()) {
    // 数据库操作
}

DAO模式

数据访问对象（DAO）模式是将底层数据访问逻辑与业务逻辑分离的一种设计模式：

public interface UserDAO {
    boolean insertUser(User user) throws SQLException;
    boolean updateUser(User user) throws SQLException;
    boolean deleteUser(int id) throws SQLException;
    User getUserById(int id) throws SQLException;
    List<User> getAllUsers() throws SQLException;
}

DAO模式的优势：

1. 分离关注点：将数据访问逻辑与业务逻辑分离
2. 易于测试：可以轻松地对DAO进行单元测试
3. 易于维护：数据访问逻辑集中在一个地方
4. 易于扩展：可以轻松更换数据存储实现