JDBC连接数据库流程详解

JDBC连接数据库过程是怎样的，其中JDBC是如何建立数据库连接、建立连接过程中对字符集编码是如何处理的，本文将简要介绍其中流程。

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1、通过JDBC连接数据库过程

JDBC是常用的应用连接数据库的方式，以MySQL数据库为例，连接数据库包括以下步骤：

1）加载数据库驱动

将MySQL的JDBC驱动类加载到JVM中，JVM查找并加载指定类初始化执行DriverManager.registerDriver(new Driver())，将驱动实例注册到DriverManager的驱动列表中。

// MySQL 8.0+ 驱动类名
Class.forName("com.mysql.cj.jdbc.Driver");

// 旧版驱动类名
// Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");

2）建立数据库连接

DriverManager会遍历所有注册驱动，每个驱动尝试解析URL（MySQL驱动识别jdbc:mysql:前缀）。驱动与数据库服务器建立TCP连接，验证用户名/密码和权限，返回Connection对象实例，最终创建与数据库的物理连接。

// 获取数据库连接
String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/mydb?useSSL=false&serverTimezone=UTC";
String username = "root";
String password = "password";

Connection connection = DriverManager.getConnection(url, username, password);

3）创建statement对象

创建用于执行SQL语句的对象，可以选择普通Statement或PreparedStatement。Statement每次执行都需要重新编译SQL语句，不支持参数化查询；PreparedStatement预编译SQL语句，支持参数化查询，防止SQL注入，提高性能。

// 创建普通Statement
Statement statement = connection.createStatement();

// 创建PreparedStatement (推荐)
String sql = "SELECT * FROM users WHERE id = ?";
PreparedStatement preparedStatement = connection.prepareStatement(sql);

4）执行SQL语句

通过TCP连接发送SQL到数据库服务器，服务器解析并优化SQL，执行SQL操作（查询/更新），并返回结果。对于查询可以使用executeQuery()执行查询，返回ResultSet结果集指针；对于更新可以使用executeUpdate()执行更新，并返回受影响行数；也可以使用通用的执行execute()来执行SQL语句。

// 查询操作
ResultSet resultSet = statement.executeQuery(
    "SELECT * FROM users WHERE age > 18"
);

// 更新操作
int rowsAffected = statement.executeUpdate(
    "UPDATE users SET name = '张三' WHERE id = 1"
);

// 执行DDL语句
boolean result = statement.execute(
    "CREATE TABLE IF NOT EXISTS products (id INT PRIMARY KEY)"
);

5）处理结果集

以查询为例，从ResultSet中读取数据，通常需要遍历所有行。

while(rs.next()) {
    int id = rs.getInt("id");
    String name = rs.getString("name");
    // 处理数据...
}

ResultSet常用方法有很多，包括next()移动到下一行、getString(columnName)获取字符串类型列值、wasNull()检查上一个值是否为NULL等。

6）释放资源

按照ResultSet → Statement → Connection的顺序关闭资源，释放数据库连接。

finally {
    if(rs != null) rs.close();   // 关闭结果集
    if(stmt != null) stmt.close(); // 关闭语句
    if(conn != null) conn.close(); // 关闭连接
}

每个close()都会向服务器发送关闭请求，连接不关闭会导致资源泄漏和连接耗尽。

数据库连接创建成本高，实际生产环境适应中务必使用连接池如Druid进行访问，可提升应用性能。JDBC连接数据库的流程如下图所示：

2、JDBC建立数据库连接过程

如图所示，JDBC和数据库建立连接过程如下：

1）驱动加载与注册

驱动加载方式有显示的加载，如Class.forName(“com.mysql.cj.jdbc.Driver”)，也可以将驱动包如mysql-connector-java.jar放入classpath后，由ServiceLoader自动发现驱动。

static {
    try {
        java.sql.DriverManager.registerDriver(new Driver());
    } catch (SQLException E) {
        throw new RuntimeException("Can't register driver!");
    }
}

底层实现上JVM加载驱动类并执行静态初始化块，然后将驱动实例注册到DriverManager的registeredDrivers列表，最后每个驱动类实现java.sql.Driver接口的acceptsURL()方法。

2）连接URL解析

jdbc:mysql://<host>:<port>/<database>?<key1>=<value1>&<key2>=<value2>

URL中的参数包括很多，不同的驱动版本也有不同的参数配置：

• host：数据库服务器IP/域名（默认localhost）
• port：监听端口（默认3306）
• database：目标数据库名
• serverTimezone：时区设置
• characterEncoding：字符编码（建议UTF-8）
• 等等

3）驱动匹配过程

当程序调用DriverManager.getConnection()时，会遍历所有注册的驱动实例，并调用每个驱动的acceptsURL(url)方法。如果是MySQL驱动识别"jdbc:mysql:"前缀返回true，匹配成功的驱动尝试建立连接。

4）TCP连接建立

驱动会根据host/port创建Socket连接，完成TCP三次握手，建立到MySQL服务器的双向通信通道。默认超时时间为30秒，可通过socketTimeout参数调整。

5）MySQL协议认证

服务器发送初始握手包（包括协议版本、服务器版本、线程ID）返回给客户端，客户端响应认证包（用户名、密码、数据库名）。服务器验证账号权限和密码（使用mysql_native_password），成功则发送OK包，失败返回ERR包。

6）连接参数协商

认证成功后进行会话参数设置，包括字符集（characterEncoding）、时区（serverTimezone）、
事务隔离级别等，客户端发送SET命令初始化会话环境。比如设置字符集为utf8mb4：

SET NAMES utf8mb4;

7）返回connection对象

驱动创建com.mysql.cj.jdbc.ConnectionImpl实例，封装底层Socket连接和会话状态，返回给应用程序的JDBC Connection接口对象。

JDBC和数据库建立连接的完整流程如下图所示：

3、JDBC连接数据库时字符集处理流程

JDBC连接数据库过程中，URL连接串中的字符集编码处理逻辑涉及多个关键参数：

• useUnicode=true，启用Unicode支持（必须设为 true，否则 characterEncoding 无效）。
• characterEncoding=UTF-8，指定客户端发送数据到服务器的编码（如 UTF-8、GBK）。
• characterSetResults=UTF-8，控制服务器返回结果的编码（可选，默认同 characterEncoding）

在建立连接的时候，驱动首先以服务器默认编码建立基础连接， 如果URL 中指定了 characterEncoding 且 useUnicode=true，驱动自动向服务器发送命令：

SET NAMES '<characterEncoding>'

连接建立后，客户端Java 字符串 (UTF-16)转码为 characterEncoding 指定编码，然后发送给服务器。服务器返回 character_set_results 编码的数据，驱动按相同编码解码为 UTF-16。

在MySQL 8.0+版本数据库中，如果URL串中指定了字符集为UTF-8，驱动会默认转换为utf8/utf8mb4。JDBC驱动加载字符集编码过程如下：

1）字符集名称解析

当在URL中设置 characterEncoding=UTF-8 时，驱动会进行字符集名称解析

// 伪代码展示核心逻辑
String charsetName = params.get("characterEncoding"); // 获取 "UTF-8"
Charset charset = Charset.forName(charsetName); // 关键调用点

2）JDK字符集加载

JDK 维护着 sun.nio.cs.StandardCharsets 中的预注册字符集：

// JDK 内部注册表 (简化版)
Map<String, Charset> builtinCharsets = Map.of(
  "UTF-8", StandardCharsets.UTF_8,
  "ISO-8859-1", StandardCharsets.ISO_8859_1,
  "US-ASCII", StandardCharsets.US_ASCII
);

如果非内置字符集，通过 SPI 加载：

ServiceLoader<CharsetProvider> loader = ServiceLoader.load(CharsetProvider.class);
for (CharsetProvider provider : loader) {
    Charset cs = provider.charsetForName(charsetName);
    if (cs != null) return cs;
}

若未找到则抛出 UnsupportedCharsetException，导致 JDBC 连接失败

3）MySQL驱动特殊处理

MySQL 驱动维护特殊映射关系（com.mysql.cj.CharsetMapping）：

// 驱动内部的字符集别名映射
Map<String, String> mysqlToJdkMapping = Map.of(
  "utf8mb4", "UTF-8",    // MySQL别名 → JDK标准名
  "latin1", "Cp1252",    // Windows兼容
  "sjis", "Shift_JIS"    // 日语支持
);

也就是在JDK中加载到的字符集会在驱动层进行映射，比如UTF-8在MySQL驱动层映射为utf8mb4，最后在数据库服务端会设置字符集：

set NAMES utf8mb4

处理流程如下图所示：

需要注意的是，JDK版本不同，支持的字符集也不同，可以通过Charset.forName进行验证

Charset charset = Charset.forName(charsetName);

也可以列出JDK支持的所有字符集

Charset.availableCharsets().keySet().forEach(System.out::println);
// 输出 JDK 支持的所有字符集

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参考资料：

1. http://www.cs.ucf.edu/courses/cnt4714/spr2013/jdbc.ppt