面試被問：JDBC底層是如何鏈接數據庫的？

時間 2020-12-26

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背景

前兩天一個小夥伴面試的時候，被問JDBC底層是如何鏈接數據庫的？面試

他頓時一臉懵逼，由於大部分人只知道JDBC的幾個步驟，至於底層究竟是怎麼鏈接數據庫的，還真不知道。sql

因爲小夥伴是面試高級開發，問這種問題倒也不能說面試官過度，若是是初級或者中級，那問着問題就確實有些過度了。數據庫

可是若是你在初級或者中級的階段，就知道了答案，豈不是爽歪歪麼？後端

估計大部分人都不知道這個問題該怎麼回答，稍微發散一下思惟，卻是能夠猜想一下，今天咱們就來搞清楚JDBC底層究竟是如何鏈接數據庫的。日後別再猜了。服務器

反過來，若是面試官問你JDBC的時候，你能知道底層是怎麼鏈接數據庫的，估計，不少相對較水的面試官也會一臉懵逼。網絡

何爲 JDBC ?

JDBC（Java DataBase Connectivity）是Java和數據庫之間的一個橋樑，是一個「規範」而不是一個實現，可以執行SQL語句。JDBC由一組用Java語言編寫的類和接口組成。各類不一樣類型的數據庫都有相應的實現，注意：本文中的代碼都是針對MySQL數據庫實現的。session

JDBC 架構

分爲雙層架構和三層架構。架構

雙層

做用：此架構中，Java Applet 或應用直接訪問數據源。

條件：要求 Driver 能與訪問的數據庫交互。

機制：用戶命令傳給數據庫或其餘數據源，隨之結果被返回。

部署：數據源能夠在另外一臺機器上，用戶經過網絡鏈接，稱爲 C/S配置（能夠是內聯網或互聯網）。

三層

側架構特殊之處在於，引入中間層服務。

流程：命令和結構都會通過該層。

吸引：能夠增長企業數據的訪問控制，以及多種類型的更新；另外，也可簡化應用的部署，並在多數狀況下有性能優點。

歷史趨勢：以往，因性能問題，中間層都用 C 或 C++ 編寫，隨着優化編譯器（將 Java 字節碼轉爲高效的特定機器碼）和技術的發展，如EJB，Java 開始用於中間層的開發這也讓 Java 的優點突顯出現出來，使用 Java 做爲服務器代碼語言，JDBC隨之被重視。

入門案例

下面給出一個JDBC入門級案例：

public class JdbcDemo {
    public static final String URL = "jdbc:mysql://localhost:3306/mblog";
    public static final String USER = "root";
    public static final String PASSWORD = "123456";
    public static void main(String[] args) throws Exception { 
        Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver"); 
        Connection conn = DriverManager.getConnection(URL, USER, PASSWORD); 
        Statement stmt = conn.createStatement(); 
        ResultSet rs = stmt.executeQuery("SELECT id, name, age FROM m_user where id =1"); 
        while(rs.next()){
            System.out.println("name: "+rs.getString("name")+" 年齡："+rs.getInt("age"));
        }
    }
}

JDBC 步驟

數據庫驅動：

Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");

獲取鏈接：

Connection conn = DriverManager.getConnection(URL, USER, PASSWORD);

建立Statement或者PreparedStatement對象：

Statement stmt = conn.createStatement();

執行sql數據庫查詢：

ResultSet rs = stmt.executeQuery("SELECT id, name, age FROM m_user where id =1");

解析結果集：

System.out.println("name: "+rs.getString("name")+" 年齡："+rs.getInt("age"));

最後就是各類資源的關閉。

數據庫驅動

加載MySql的驅動類 :

Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");

咱們安裝好數據庫以後，咱們的應用程序也是不能直接使用數據庫的，必需要經過相應的數據庫驅動程序，經過驅動程序去和數據庫打交道。其實也就是數據庫廠商的JDBC接口實現，即對Connection等接口的實現類的jar文件。

Driver接口

java.sql.Driver此接口是提供給數據庫廠商實現的。好比說MySQL的，須要依賴對應的jar包。

<dependency>
    <groupId>mysql</groupId>
    <artifactId>mysql-connector-java</artifactId>
    <version>8.0.16</version>
</dependency>

MySQL數據庫對應的實現驅動實現類：

package com.mysql.cj.jdbc;
import java.sql.SQLException; 
public class Driver extends NonRegisteringDriver implements java.sql.Driver {
    static {
        try {
            //註冊驅動
            java.sql.DriverManager.registerDriver(new Driver());
        } catch (SQLException E) {
            throw new RuntimeException("Can't register driver!");
        }
    } 
    public Driver() throws SQLException { 
    }
}

DriverManager是rt.jar包下的類，（rt=runtime），把咱們須要驅動類註冊進去。

//DriverManager類中的方法
public static synchronized void registerDriver(java.sql.Driver driver, DriverAction da)
    throws SQLException {
     /* Register the driver if it has not already been added to our list */
     if(driver != null) {
          registeredDrivers.addIfAbsent(new DriverInfo(driver, da));
      } else {
          // This is for compatibility with the original DriverManager
          throw new NullPointerException();
      }
      println("registerDriver: " + driver);
}

相應裝載Oracle驅動：

Class.forName("oracle.jdbc.driver.OracleDriver");

Sql Server驅動：

Class.forName("com.microsoft.jdbc.sqlserver.SQLServerDriver");

獲取連接

給咱們看起來就這一行代碼：

Connection conn = DriverManager.getConnection(URL, USER, PASSWORD);

下面咱們進行深刻聊聊這行代碼，到底底層是怎麼鏈接數據庫的？

getConnection方法三個參數：連接地址，用戶名和密碼。

public static Connection getConnection(String url,
     String user, String password) throws SQLException {
     java.util.Properties info = new java.util.Properties();
     if (user != null) {
         info.put("user", user);
     }
     if (password != null) {
         info.put("password", password);
     }
   return (getConnection(url, info, Reflection.getCallerClass()));
 }

建立一個Properties對象，Properties是HashTable的子類。

public class Properties extends Hashtable<Object,Object> {
    //.....
}

再看getConnection方法：

//  Worker method called by the public getConnection() methods.
private static Connection getConnection(
        String url, java.util.Properties info, Class<?> caller) throws SQLException {
  ClassLoader callerCL = caller != null ? caller.getClassLoader() : null;
  SQLException reason = null;
  //遍歷氣門註冊的數據庫驅動
  for(DriverInfo aDriver : registeredDrivers) {  
           try { 
                //獲取鏈接
                Connection con = aDriver.driver.connect(url, info);
                if (con != null) {
                    // Success!
                    println("getConnection returning " + aDriver.driver.getClass().getName());
                    return (con);
                }
            } catch (SQLException ex) {
                if (reason == null) {
                    reason = ex;
                 }
            }  
    }
}

這段代碼的關鍵是這一句代碼：

Connection con = aDriver.driver.connect(url, info);

connet()方法是每一個數據庫驅動本身的實現的。

package com.mysql.cj.jdbc;
public class NonRegisteringDriver implements java.sql.Driver {
     @Override
    public java.sql.Connection connect(String url, Properties info) throws SQLException { 
        //部分無關鍵要的代碼省略
        //下面是重點
        ConnectionUrl conStr = ConnectionUrl.getConnectionUrlInstance(url, info);
        switch (conStr.getType()) {
                //SINGLE_CONNECTION("jdbc:mysql:", HostsCardinality.SINGLE), //
                case SINGLE_CONNECTION:
                    return com.mysql.cj.jdbc.ConnectionImpl.getInstance(conStr.getMainHost());
                case LOADBALANCE_CONNECTION:
                    return LoadBalancedConnectionProxy.createProxyInstance((LoadbalanceConnectionUrl) conStr);
                case FAILOVER_CONNECTION:
                    return FailoverConnectionProxy.createProxyInstance(conStr);
                case REPLICATION_CONNECTION:
                    return ReplicationConnectionProxy.createProxyInstance((ReplicationConnectionUrl) conStr);
                default:
                    return null;
        } 
    }
}

ConnectionUrl從這個類名應該能猜到還不到真正鏈接的，只是建立一個鏈接Url相關信息封裝。

public abstract class ConnectionUrl implements DatabaseUrlContainer {
    private static final String DEFAULT_HOST = "localhost";
    private static final int DEFAULT_PORT = 3306;
    //...
}

熟悉的身影，MySQL數據庫默認端口。咱們繼續看下一行重要的代碼：

ConnectionImpl.getInstance(conStr.getMainHost());

這裏就是獲取一個實例，不出意外，鏈接就在這裏面產生的。繼續：

//ConnectionImpl
public static JdbcConnection getInstance(HostInfo hostInfo) throws SQLException {
     return new ConnectionImpl(hostInfo);
}

ConnectionImpl構造方法裏有調用createNewIO方法：

@Override
    public void createNewIO(boolean isForReconnect) {
        synchronized (getConnectionMutex()) {  
            try {
                if (!this.autoReconnect.getValue()) {
                    connectOneTryOnly(isForReconnect);
                    return;
                }
                connectWithRetries(isForReconnect);
            } catch (SQLException ex) { 
            }
        }
    }
private void connectOneTryOnly(boolean isForReconnect) throws SQLException {
        Exception connectionNotEstablishedBecause = null; 
            JdbcConnection c = getProxy();
            //又看到熟悉的connet方法，
            this.session.connect(this.origHostInfo, this.user, this.password, this.database, DriverManager.getLoginTimeout() * 1000, c); 
            this.session.setQueryInterceptors(this.queryInterceptors); 
 
    }

其中，這裏的session是NativeSession。

public void connect(HostInfo hi, String user, String password, String database, int loginTimeout, TransactionEventHandler transactionManager)
            throws IOException {  
    SocketConnection socketConnection = new NativeSocketConnection();
    socketConnection.connect(this.hostInfo.getHost(), this.hostInfo.getPort(), this.propertySet, getExceptionInterceptor(), this.log, loginTimeout); 
    this.protocol.connect(user, password, database);                     this.protocol.getServerSession().setErrorMessageEncoding(this.protocol.getAuthenticationProvider().getEncodingForHandshake()); 
}

在這個方法裏，咱們看到了Socket的命名開頭的類，哈哈，是否是就是使用Socket進行通訊的呢？

精彩繼續：

socketConnection.connect(this.hostInfo.getHost(), this.hostInfo.getPort(), ...);

來到NativeSocketConnection類中方法：

//com.mysql.cj.protocol.a.NativeSocketConnection
@Override
public void connect(String hostName, int portNumber, PropertySet propSet, ExceptionInterceptor excInterceptor, Log log, int loginTimeout) {  
  this.mysqlSocket = this.socketFactory.connect(this.host, this.port, propSet, loginTimeout);
  //... 
}

這裏的socketFactory是StandardSocketFactory。因此也就是調用的是StandardSocketFactory的connect方法：

//StandardSocketFactory
public <T extends Closeable> T connect(String hostname, int portNumber, PropertySet pset, int loginTimeout) throws IOException {
    this.rawSocket = createSocket(pset);
    this.rawSocket.connect(sockAddr, getRealTimeout(connectTimeout));
}   
protected Socket createSocket(PropertySet props) {
     return new Socket();
}

這裏就算到底了，說白JDBC的底層就是使用「Socket」進行鏈接數據庫的。

經常使用方法

方法

描述

createStatement()

建立向數據庫發送sql的statement對象。

prepareStatement(sql)

建立向數據庫發送預編譯sql的PrepareSatement對象。

prepareCall(sql)

建立執行存儲過程的callableStatement對象。

setAutoCommit(boolean autoCommit)

設置事務是否自動提交。

commit()

在連接上提交事務。

rollback()

在此連接上回滾事務。

獲取Statement

三種類型

要執行SQL語句，必須得到java.sql.Statement實例，Statement實例分爲如下3 種類型：

執行靜態SQL語句。一般經過Statement實例實現。
執行動態SQL語句。一般經過PreparedStatement實例實現。
執行數據庫存儲過程。一般經過CallableStatement實例實現。

具體獲取方式

Statement stmt = con.createStatement() ;   
PreparedStatement pstmt = con.prepareStatement(sql) ;   
CallableStatement cstmt =  con.prepareCall("{CALL demoSp(? , ?)}") ;