讲真，你真的懂JDBC吗？

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本文详细介绍了DBCP数据库连接池的使用方法、配置参数及其在Java应用中的重要性。同时，文章还探讨了JNDI、JDBC等相关概念，解析了DBCP的核心类和时序图，以及超时机制的工作原理。

讲真，你真的懂JDBC吗？

2017-10-19 07:12 王新栋  0   0  阅读 4


作者介绍

王新栋，从事京麦平台的架构设计与开发工作。熟悉各种开源软件架构，在web开发，架构优化上有较丰富的实战经历。有多年在NIO领域的设计、开发经验，对HTTP、TCP长连接技术有深入研究与领悟，目前主要致力于移动与PC平台网关技术的优化与实现。


数据库连接池在J2EE领域是一个不可缺失的组件，尽管Druid越来越流行，但是DBCP作为一个老牌的数据库连接池，一直在企业系统中默默奉献着自己。比如大部分系统还都是使用DBCP，那么我们还是很有必要对DBCP有一个熟悉的认识。


鉴于这样的需求，我根据相关资料，并结合自己的认知重新做了一个梳理，一来自己可以在以后的工作中回过头来温习，二来也希望能够帮助其它同学对DBCP以及涉及到的相关概念和知识（像超时机制、连接池原理等）有一个了解。众所周知，操作一个数据库的流程为：创建数据源，获得链接，构造statement，执行请求，下面我们逐步梳理总结。


一、相关概念复习 


在谈DBCP之前我们先来复习一下几个相关的概念：


  1   JNDI 


Java Naming and Directory Interface (JNDI)JNDI API被用于执行名字和目录服务。它提供了一致的模型来存取和操作企业级的资源。JNDI的api位于javax.naming包中，它的作用是可以把对象放到一个容器中(JNDI容器)，Java对象在这个容器中都有一个名称，程序则可以通过这个名称来获取对象，例如下面这样：



  2   JDBC 



Java数据库连接（Java Database Connectivity，简称JDBC），是Java语言中用来规范客户端应用程序（比如Web应用程序等如何访问关系型数据库的应用程序接口），提供了诸如查询和更新数据库中数据的方法。


JDBC驱动程序一共有四种类型：

  • 类型1-JDBC-ODBC桥

  • 类型2-本地API驱动

  • 类型3-网络协议驱动

  • 类型4-本地协议驱动


我们常用的是类型4-本地协议驱动，这种类型的驱动使用socket链接，直接在客户端和数据库之间进行通信。


优点是1-访问速度快 2-最直接，最纯粹的JAVA实现。
缺点是1-需要每个数据库厂商提供自己的JDBC驱动。2-需要针对不同的数据库使用不同的驱动程序。

JDBC的API在jdk的java.sql包中，扩展的内容在javax.sql包中。主要包括（斜体代表接口，需驱动程序提供者来具体实现）：


  • DriverManager：负责加载各种不同驱动程序（Driver），并根据不同的请求，向调用者返回相应的数据库连接（Connection）。

  • Driver：驱动程序，会将自身加载到DriverManager中去，并处理相应的请求并返回相应的数据库连接（Connection）。

  • Connection：数据库连接，负责进行与数据库间的通讯，SQL执行以及事务处理都是在某个特定Connection环境中进行的。可以产生用以执行SQL的Statement。

  • Statement：用以执行SQL查询和更新（针对静态SQL语句和单次执行）。

  • PreparedStatement：用以执行包含动态参数的SQL查询和更新（在服务器端编译，允许重复执行以提高效率）。

  • CallableStatement：用以调用数据库中的存储过程。

  • SQLException：代表在数据库连接的创建和关闭和SQL语句的执行过程中发生了例外情况（即错误）。


  3   DBCP数据库连接池和JDBC之间的关系 


数据库连接池负责创建(通过JDBC API)、管理、销毁数据库的连接。应用程序可以从数据库连接池中重复使用一个现有的连接，而不是重新创建一个。连接池，common-pool中的GenericObjectPool它负责缓存和管理连接；连接，这是是指PoolableConnection；连接池和连接一对多的关系。池化技术是通过commons-pool来实现的，每个连接是一个对象，换言之，是对象池的使用与管理。DBCP连接池是基于commons-pool这种对象池来实现的。


二、commons-pool的理解 


Apache commons-pool是一种对象池技术，我们使用的很多涉及池的场景一般都是基于该组件来实现的，DBCP数据库连接池也是基于commons-pool来实现的，因此我们先来了解下这种对象池技术。下图是对象池的对象生命周期流程图。



三、DBCP核心类图及序列图 


 BasicDataSource.java



 ConnectionFactory.java



 PoolingDataSource.java



 PoolingConnection.java



 Delegating.java



 AbandonedObjectPool.java



 创建数据源createDataSource



 创建连接getConnection



 创建statement prepareStatement




四、DBCP配置及使用 


DBCP是Apache下的一个开源数据库连接池，我们在使用时需要两个JAR文件，分别是commons-dbcp.jar(连接池的实现)和commons-pool.jar(连接池实现的依赖库)，不过我们在使用的时候只需要引入下面mvaen坐标，commons-pool是在commons-dbcp里面隐含引用了。


注意一点，就是从1.x升级到2.x的时候，由于DBCP的包路径已经变了，需要升级者修改局部代码。


<dependency>

    <groupId>commons-dbcp</groupId>

    <artifactId>commons-dbcp</artifactId>

    <version>2.2</version>

</dependency>


DBCP可以在应用程序中独立的使用，也可以与web应用服务器整合使用。


  1   Tomcat中使用 


比如Tomcat的连接池就是采用该连接池来实现的。如下：



  2   应用程序中独立使用 



更多配置请参照

https://commons.apache.org/proper/commons-dbcp/configuration.html


五、连接超时机制 


对网络资源访问时，超时设置是必须的。没有超时的保护，一旦依赖资源发生故障或者网络故障，就会引起线程堆积，甚至发生雪崩。


  1   超时层级 



从这张图中我们也能够看出DBCP并不参与数据库超时的处理，它只负责管理连接。根据上图我们可以看到超时有一个依赖层级，上层超时依赖下层超时。依次为：事务超时->Statement超时->JDBC Driver socket超时->操作系统超时。


  事务超时


事务是应用层级的概念，我们知道事务是有一组SQL执行单元组成的。那么事务超时的时间阈值，实际是Statement超时N个需要执行的Statement数量。比如一个事务里面有3条Statement，每条Statement的执行时间是50MS，其它业务上的逻辑执行时间+框架执行时间未100ms，那么最终事务的超时时间为：350+100=250ms。


  statement超时


用来限制SQL语句的执行时间，通过setQueryTimeout(int timeout)来设置，不过现在大都是ibatis了，可以通过 SqlMapConfig.xml 中的 setting 属性defaultStatementTimeout 来设置全局的 statement 超时缺省值<settings defaultStatementTimeout="15"/>，还可以在每个sql.xml文件中，根据业务实际需要来设置<select timeout="10"/> <insert timeout="10"/> <update timeout="10"/>，这样就会覆盖掉全局的值，而采用具体的阈值。


  Socket超时


这是底层的一种超时，因为我们使用的JDBC驱动类型是TYPE4，它是基于socket来通信的。MySQL的JDBC驱动中的connectTimeout 和 socketTimeout 的默认值是 0 ，这意味着不会发生超时。所以我们必须在DBCP配置中设置这两个值。

<property name="connectionProperties" value="connectTimeout=2000;socketTimeout=15000"/>


connectTimeout为建立连接的超时时间，socketTimeout为JDBC客户端和数据库服务器之间数据交互的时间。注意这里配置的socketTimeout的值必须要大于Statement的超时时间值。否则Statement超时就没有意义，也不能生效。


  操作系统的socket超时


linux操作系统也会设置socket超时，比如我们这边的服务器一般配置的是20分钟，因为公司的Linux服务器的KeepAlive检查周期为20分钟。这样即使上面的socketTimeout值为0永不超时，也还是要收到Linux服务器的超时限制，也就是由于网络原因引起的数据库网络连接问题也不会超过20分钟。


  2   MySQL处理超时的机制及原理 



上图是一MySQL在执行一个命令的过程中的步骤以及发生超时现象后的处理机制：


  1. 通过Connection的createStatement()方法去创建一个Statement，以便后续进行读写操作

  2. 执行第1步创建的Statement的executeQuery()方法

  3. 将查询请求命令发送到MySQL数据库服务器

  4. 创建一个超时线程(从5.1版本以后，在创建每个连接的时候，会随之创建一个处理超时的线程timeout-execution）

  5. 把当前的statement对象注册到超时线程timeout-execution中

  6. 发生了超时(阈值是你在Statement执行前候配置的setQueryTimeout(int timeout)，如果是mybatis则是在配置文件里面配置的值defaultStatementTimeout="15"，单位s)

  7. 超时线程会重新创建一个新的Connection，这个Connection的属性配置都跟先前的一样

  8. 用新创建的这个Connection去发送取消查询请求


六、各种数据库连接池性能对比 


测试环境，OS: OS X 10.8.2 CPU:intel i7 2GHz 4 core JVM:java version "1.7.0_05"


测试执行申请归还连接1,000,000（一百万）次总耗时性能对比，Java7 的基准测试结果如下：


Druid是性能最好的数据库连接池，DBCP性能属于中上，我们在以后的业务场景中可以根据实际需要做选择。这个是Druid的官方测试，不过可以利用测试代码自己进行验证一遍，测试代码如下：


https://github.com/alibaba/druid/blob/master/src/test/java/com/alibaba/druid/benckmark/pool/Case1.java


七、总结 


本文梳理了数据库连接相关的概念，JNDI、JDBC、连接池，DBCP的核心类和时序图，另外还梳理了commons的池化组件，最后描述了JDBC连接过程中的超时机制，包括超时依赖和超时的机制原理，超时的知识点对与我们非常重要，超时是一种防护措施，当依赖DB性能变慢或者网络故障的情况下，可以快速失败，以便保护应用程序不会导致线程堆积而发生雪崩这类致命事故。


DBCP经历了各种互联网应用的验证，稳定可靠的性能会一直服务于我们的系统中。当今比较流行的Spring Boot内部集成的Tomcat应用依然在使用DBCP连接池。


参考资料

https://www.cubrid.org/blog/understanding-jdbc-internals-and-timeout-configuration

https://zh.wikipedia.org/wiki/Java%E6%95%B0%E6%8D%AE%E5%BA%93%E8%BF%9E%E6%8E%A5

http://shift-alt-ctrl.iteye.com/blog/1917782

https://commons.apache.org/proper/commons-pool/index.html

https://commons.apache.org/proper/commons-dbcp/index.html


-END-

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<think> 首先，用户的问题是关于使用Java和Oracle实现图书管理系统的详细步骤，适合新手小白理解。我需要参考系统提供的引用信息。 引用内容： - 引用[1]：讨论了Oracle JDK和OpenJDK的区别，以及Java MVC架构模式。它提到Oracle JDK更适合企业级应用，而OpenJDK更适合开源项目和个人开发者。 - 引用[2]：描述了一个档案管理系统的项目，强调了信息量大、安全性高、操作便捷的特点，以及它对学院管理的规范化、科学化的意义。 用户的问题是基于这些引用的，但引用的内容似乎不太直接相关。引用[1]提到了Oracle JDK和Java MVC，这与Java和Oracle的实现相关；引用[2]是关于档案管理系统的，类似于图书管理系统。所以我可以从中提取有用的部分。 用户真正的需求是：获取使用Java和Oracle实现图书管理系统的详细步骤，适合新手小白理解。 我的回答需要： - 使用中文。 - 结构清晰，帮助用户逐步解决问题。 - 尽量保证回答真实可靠。 - 按照系统级指令：行内数学表达式用$...$，独立公式用$$...$$单独成段，LaTeX语法正确。 - 在回答中引用的段落末尾自然地添加引用标识，例如[^1]。 - 生成相关问题。 系统级指令还指定了示例格式，包括生成相关问题部分。 组织回答结构： 1. **引言**：简要介绍图书管理系统，并解释为什么使用Java和Oracle。 2. **详细步骤**：分步骤描述实现过程，从环境设置到部署。 - 确保步骤简单易懂，适合新手。 - 包括设置开发环境、设计数据库、编写代码等。 - 参考引用：引用[1]提到Oracle JDK和MVC模式，我可以建议使用这些。 3. **代码示例**：提供简单的Java代码片段，使用$...$或$$...$$格式如果需要数学表达式，但图书管理系统可能不需要复杂的数学，所以可能少用。 4. **结束部分**：总结并生成相关问题。 5. **添加引用标识**：在引用段落末尾添加[^1]或[^2]。既然引用是提供的，我需要在回答中自然地引用它们。例如，当提到数据库设计时，可以引用[^2]关于信息管理和安全性的部分；当提到Java实现时，引用[^1]。 详细步骤： - 步骤1：环境准备 - 安装Java JDK：建议Oracle JDK，因为它适合企业应用[^1]。 - 安装Oracle Database：设置数据库。 - 步骤2：数据库设计 - 设计图书表：例如，books表，包含id, title, author等字段。 - 参考[^2]关于信息量大、安全性高的要求。 - 步骤3：Java项目设置 - 使用MVC架构：如引用[1]中提到的。 - 创建项目结构：model, view, controller。 - 步骤4：实现功能 - 连接数据库：使用JDBC。 - 实现CRUD操作：创建、读取、更新、删除图书。 - 步骤5：用户界面 - 简单的命令行或Swing GUI。 - 步骤6：测试和部署 确保步骤适合新手：使用简单语言，避免高级概念。 生成相关问题：在回答末尾，添加§§相关问题§§部分，列出3-4个相关问题。 添加引用： - 当讨论Oracle JDK的好处时：[^1] - 当讨论系统安全性或管理时：[^2] 完整回答结构： - 开头：解释主题。 - 详细步骤（编号或分点）。 - 代码示例（如果需要）。 - 结尾：总结。 - 相关问题。 现在，草拟回答。 </think> 以下是使用Java和Oracle实现图书管理系统的详细步骤，针对新手小白设计。我将以清晰、逐步的方式解释整个过程，确保易于理解和操作。实现基于Java（推荐使用**Oracle JDK**，因为它提供更好的企业级支持和稳定性，适合管理系统的开发[^1]）和Oracle数据库（强调信息量大、安全性高和操作便捷的特点，类似引用[2]中的档案管理系统）。系统采用MVC（Model-View-Controller）架构模式，使代码结构模块化、易于维护。 整个过程分为6个主要步骤，从环境设置到部署测试。我会提供关键代码示例（使用简单Java和JDBC），并避免高级概念，适合新手入门。 ### 步骤1: 环境准备（约10-15分钟） 确保开发环境正确设置： - **安装Java JDK**：下载并安装Oracle JDK（如JDK 17）。Oracle JDK提供更好的商业支持和性能优化，适合新手学习企业应用开发[^1]。 下载地址：[Oracle JDK官网](https://www.oracle.com/java/technologies/downloads/) - **安装Oracle Database**：下载Oracle Database Express Edition（XE），它是免费、轻量级版本，适合新手。安装时设置管理员账号（如sys/password）和端口（默认1521）。 下载地址：[Oracle Database XE](https://www.oracle.com/database/technologies/xe-downloads.html) - **IDE设置**：推荐使用IntelliJ IDEA或Eclipse。创建新Java项目，并添加JDBC驱动（下载ojdbc8.jar并导入到项目库中）。 ### 步骤2: 数据库设计（约20-30分钟） 设计数据库表结构，确保信息量大且安全性高，类似引用[2]中的规范化管理需求。使用Oracle SQL*Plus或SQL Developer工具执行以下SQL： - **创建图书表（BOOKS）**：存储图书基本信息，包含主键约束防止数据重复。 ```sql CREATE TABLE BOOKS ( BOOK_ID NUMBER PRIMARY KEY, -- 图书ID，主键确保唯一性 TITLE VARCHAR2(100) NOT NULL, -- 书名 AUTHOR VARCHAR2(50) NOT NULL, -- 作者 ISBN VARCHAR2(20) UNIQUE, -- ISBN号，唯一约束 PUBLISH_DATE DATE, -- 出版日期 STATUS VARCHAR2(10) DEFAULT 'AVAILABLE' -- 状态，如可借阅或已借出 ); ``` - **添加示例数据**： ```sql INSERT INTO BOOKS VALUES (1, 'Java入门教程', '张三', '978-7-121-12345-6', DATE '2023-01-01', 'AVAILABLE'); INSERT INTO BOOKS VALUES (2, '数据库基础', '李四', '978-7-122-67890-1', DATE '2022-05-15', 'BORROWED'); ``` 安全性提示：Oracle提供用户权限管理，创建专门用户（如LIBRARY_USER）并授权仅访问BOOKS表，减少风险[^2]。 ### 步骤3: Java项目设置（约15-20分钟） 采用MVC架构模式（如引用[1]所述），使代码分层清晰： - **项目结构**： - `src/main/java` - `model`: 定义数据模型（如Book类） - `view`: 处理用户界面（简单命令行） - `controller`: 业务逻辑和数据库交互 - `util`: 工具类（如数据库连接） - **创建模型类（Book.java）**：表示图书对象。 ```java package model; public class Book { private int id; private String title; private String author; private String isbn; private String status; // 构造方法、getter和setter省略（新手可自动生成） } ``` ### 步骤4: 实现数据库连接和CRUD操作（约30-40分钟） 使用JDBC（Java Database Connectivity）连接Oracle数据库。确保在`util`包中创建数据库工具类。 - **数据库连接类（DBUtil.java）**：处理连接池，提高效率。 ```java package util; import java.sql.Connection; import java.sql.DriverManager; import java.sql.SQLException; public class DBUtil { private static final String URL = "jdbc:oracle:thin:@localhost:1521:XE"; // Oracle连接URL private static final String USER = "LIBRARY_USER"; // 数据库用户 private static final String PASSWORD = "password"; // 密码 public static Connection getConnection() throws SQLException { return DriverManager.getConnection(URL, USER, PASSWORD); } } ``` - **控制器类（BookController.java）**：实现CRUD（增删改查）操作。例如，添加图书方法： ```java package controller; import model.Book; import util.DBUtil; import java.sql.*; public class BookController { public void addBook(Book book) { String sql = "INSERT INTO BOOKS (BOOK_ID, TITLE, AUTHOR, ISBN, PUBLISH_DATE, STATUS) VALUES (?, ?, ?, ?, ?, ?)"; try (Connection conn = DBUtil.getConnection(); PreparedStatement pstmt = conn.prepareStatement(sql)) { pstmt.setInt(1, book.getId()); pstmt.setString(2, book.getTitle()); pstmt.setString(3, book.getAuthor()); pstmt.setString(4, book.getIsbn()); pstmt.setDate(5, new java.sql.Date(book.getPublishDate().getTime())); pstmt.setString(6, book.getStatus()); pstmt.executeUpdate(); System.out.println("图书添加成功！"); } catch (SQLException e) { e.printStackTrace(); } } // 其他方法如deleteBook, updateBook等类似 } ``` ### 步骤5: 用户界面实现（约20-30分钟） 使用简单命令行界面（避免GUI复杂度），适合新手。在`view`包创建主类。 - **主类（LibraryApp.java）**：启动应用并调用控制器。 ```java package view; import controller.BookController; import model.Book; import java.util.Scanner; public class LibraryApp { public static void main(String[] args) { BookController controller = new BookController(); Scanner scanner = new Scanner(System.in); System.out.println("欢迎使用图书管理系统！"); System.out.print("输入图书ID: "); int id = scanner.nextInt(); scanner.nextLine(); // 消耗换行符 System.out.print("输入书名: "); String title = scanner.nextLine(); // 类似获取其他输入 Book book = new Book(id, title, "作者", "ISBN", new Date(), "AVAILABLE"); controller.addBook(book); // 调用添加方法 } } ``` ### 步骤6: 测试和部署（约15-20分钟） - **测试**：运行`LibraryApp`，输入数据检查Oracle表是否更新。使用JUnit添加简单测试。 - **部署**：将项目打包为JAR文件，在命令行运行。确保Oracle服务已启动。 - **安全性优化**：参考引用[2]中的安全性要求，使用Oracle的加密功能（如对密码哈希处理）。 ### 总结 这个图书管理系统实现简单，但覆盖了核心功能：图书增删改查、数据库连接和命令行交互。总时间约2-3小时完成。关键点： - 使用Oracle JDK和Oracle数据库，确保企业级可靠性和性能[^1]。 - MVC架构使代码易于扩展，类似引用[1]中的模式。 - 数据库设计注重信息管理和安全性，符合规范化需求[^2]。 新手建议：从命令行版本开始，熟练后再添加Web界面（如Spring Boot）。遇到问题，查阅Oracle和Java官方文档。
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