Для хранения данных мы можем использовать различные базы данных — Oracle, MS SQL Server, MySQL, Postgres и т.д. Все эти системы упраления базами данных имеют свои особенности. Главное, что их объединяет это взаимодействие с хранилищем данных посредством команд SQL. И чтобы определить единый механизм взаимодействия с этими СУБД в Java еще начиная с 1996 был введен специальный прикладной интерфейс API, который называется JDBC .
То есть если мы хотим в приложении на языке Java взаимодействовать с базой данных, то необходимо использовать функциональные возможности JDBC. Данный API входит в состав Java (на текущий момент это версия JDBC 4.3), в частности, для работы с JDBC в программе Java достаточно подключить пакет java.sql . Для работы в Java EE есть аналогичный пакет javax.sql , который расширяет возможности JDBC.
Однако не все базы данных могут поддерживаться через JDBC. Для работы с определенной СУБД также необходим специальный драйвер. Каждый разработчик определенной СУБД обычно предоставляет свой драйвер для работы с JDBC. То есть если мы хотим работать с MySQL, то нам потребуется специальный драйвер для работы именно MySQL. Как правило, большиство драйверов доступны в свободном доступе на сайтах соответствующих СУБД. Обычно они представляют JAR-файлы. И преимущество JDBC как раз и состоит в том, что мы абстрагируемся от строения конкретной базы данных, а используем унифицированный интерфейс, который един для всех.
Для взаимодействия с базой данных через JDBC используются запросы SQL. В то же время возможности SQL для работы с каждой конкретной СУБД могут отличаться. Например, в MS SQL Server это T-SQL, в Oracle — это PL/SQL. Но в целом эти разновидности языка SQL не сильно отличаются.
Содержание
Особенности запуска программы
На процесс компиляции необходимость работы с БД никак не сказывается, но влияет на процесс запуска программы. При запуске программы в командной строке необходимо указать путь к JAR-файлу драйвера после параметра -classpath .
Например, в папке C:Java располагаются файл программы — Program.java, скомпилированный класс Program и файл драйвер, допустим, MySQL — mysql-connector-java-8.0.11.jar. Для выполнения класса Program мы можем использовать следующую команду:
Если C:Java является текущим каталогом, то мы можем сократить команду:
В принципе мы можем и не использовать параметр -classpath, и запустить програму на выполнение обычным способом с помощью команды "java Program". Но в этом случае путь к драйверу должен быть добавлен в переменную Path.
1. Утверждения (Statements)
Взаимодействовать с БД мы можем с помощью трёх интерфейсов, которые имплементируются каждым драйвером:
- Statement — этот интерфейс используется для доступа к БД для общих целей. Он крайне полезен, когда мы используем статические SQL – выражения во время работы программы. Этот интерфейс не принимает никаких параметров.
- PreparedStatement — этот интерфейс может принимать параметры во время работы программы.
- CallableStatement — этот интерфейс становится полезным в случае, когда мы хотим получить доступ к различным процедурам БД. Он также может принимать параметры во время работы программы.
2. Интерфейс Statement
После этого мы можем использовать наш экземпляр statement для выполнения SQL – запросов. Для этой цели интерфейс Statement имеет три метода, которые реализуются каждой конкретной реализацией JDBC драйвера:
- boolean execute(String SQL) — позволяет вам выполнить Statement, когда неизвестно заранее, является SQL-строка запросом или обновлением. Метод возвращает true, если команда создала результирующий набор.
- int executeUpdate(String SQL) используется для выполнения обновлений. Он возвращает количество обновленных строк. Для выполнения операторов INSERT, UPDATE или DELETE.
- ResultSet executeQuery(String SQL) — используется для выполнения запросов (SELECT). Он возвращает для обработки результирующий набор.
Пример 1. Создание таблицы
3. Интерфейс ResultSet
Этот интерфейс представляет результирующий набор базы данных. Он обеспечивает приложению построчный доступ к результатам запросов в базе данных.
Во время обработки запроса ResultSet поддерживает указатель на текущую обрабатываемую строку. Приложение последовательно перемещается по результатам, пока они не будут все обработаны или не будет закрыт ResultSet.
Основные методы интерфейса ResultSet:
- public boolean absolute(int row) throws SQLException — метод перемещает курсор на заданное число строк от начала, если число положительно, и от конца — если отрицательно.
- public void afterLast() throws SQLException — этот метод перемещает курсор в конец результирующего набора за последнюю строку.
- public void beforeFirst() throws SQLException — этот метод перемещает курсор в начало результирующего набора перед первой строкой.
- public void deleteRow() throws SQLException — удаляет текущую строку из результирующего набора и базы данных.
- public ResultSetMetaData getMetaData() throws SQLException — предоставляет объект метаданных для данного ResultSet. Класс ResultSetMetaData содержит информацию о результирующей таблице, такую как количество столбцов, их заголовок и т.д.
- public int getRow() throws SQLException — возвращает номер текущей строки.
- public Statement getStatement() throws SQLException — возвращает экземпляр Statement, который произвел данный результирующий набор.
- public boolean next() throws SQLException, public boolean previous() throws SQLException — эти методы позволяют переместиться в результирующем наборе на одну строку вперед или назад. Во вновь созданном результирующем наборе курсор устанавливается перед первой строкой, поэтому первое обращение к методу next() влечет позиционирование на первую строку. Эти методы возвращают true, если остается строка для дальнейшего перемещения. Если строк для обработки больше нет, возвращается false.
- public void close() throws SQLException — осуществляет немедленное закрытие ResultSet вручную. Обычно этого не требуется, так как закрытие Statement, связанного с ResultSet, автоматически закрывает ResultSet.
Пример 2. Использование интерфейса ResultSet
4. Пакетное выполнение запросов
Для выполнения набора из нескольких запросов на обновление данных в интерфейс Statement были добавлены методы:
Пакетное выполнение запросов уменьшает трафик между клиентом и СУБД и может привести к существенному повышению производительности.
Пример 3. Пакетное выполнение запросов
5. Интерфейс PreparedStatement
Особенностью SQL-выражений в PreparedStatement является то, что они могут иметь параметры. Параметризованное выражение содержит знаки вопроса в своем тексте. Например:
Перед выполнением запроса значение каждого вопросительного знака явно устанавливается методами setXxx(), например:
Использование PreparedStatement приводит к более быстрому выполнению запросов при их многократном вызове с различными параметрами.
Пример 4. Использование интерфейса PreparedStatement
Пример 5. Использование интерфейса PreparedStatement
6. Использование properties файлов
Пример 6. Содержимое database.properties файла
Пример 7. Использование ResourceBundle для чтения данных для аутентификации
7. Data access object (DAO)
В программном обеспечении data access object (DAO) — это объект, который предоставляет абстрактный интерфейс к какому-либо типу базы данных или механизму хранения. DAO может использоваться для разных видов доступа к БД (JDBC, JPA).
Мы приступаем к одному из очень важных разделов программирования на Java — работа с базами данных. Данные являются наверно наиглавнейшей составляющей программирования и вопрос их хранения крайне актуален. Не буду больше говорить о важности этого вопроса — тут можно писать много-много-много разных интересных слов.
Сервер баз данных
Сама идея сервера баз данных и СУБД в виде отдельной программы появилось по совершенно очевидным причинам. Базы данных мгновенно стали МНОГОПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКИМИ. Данные нужны всем и возможность одновременного доступа к ним является очевидной. Проблема базы данных в виде обычного файла заключается в том, что к этому файлу будет обращаться сарзу много программ, каждая из которых захочет внести изменения или получить данные. Организовать такой доступ на уровне файловой системы — по сути, невыполнимая задача.
Во-первых — файл должен быть доступен всем пользователям, что требует перекачку данных по сети и хранение этого файла где-то на сетевом диске. Большие объемы данных по сети (пусть даже с высокой скоростью) — кроме слова “отвратительно” у меня ничего не приходит на ум.
Во-вторых — попытка одновременной записи в файл несколькими программами обречена на провал. Для организации такого доступа обычной файловой системы явно не достаточно.
В-третьих — организация прав доступа к тем или иным данным тоже становится непосильной задачей.
В-четвертых — надо “разруливать” конфликты при одновременном доступе к одним и тем же данным.
После небольшого анализа, кроме этих вопросов, можно увидеть еще немалое количество проблем, которые надо решить при мультипользовательском доступе к данным.
В итоге было принято (и реализовано) вполне здравое решение — написать специальную программу, которая имеет несколько названий — Система Управления Базами Данных (СУБД), сервер баз данных и т.д. Я буду называть ее СУБД.
Суть и цель этой программы — организовать централизованный доступ к данным. Т.е. все запросы на получение или изменение данных от клиентских приложений (клинетов) посылаются (обычно по сети и по протоколу TCP/IP) именно в эту программу. И уже эта программа будет заниматься всеми вышеупомянутыми проблемами:
- СУБД будет иметь некоторый набор команд, который позволит записывать и получать данные
- СУБД будет сама работать с файловой системой (нередко у нее бывает своя собственная файловая система для скорости)
- СУБД предоставит механизмы разграничения доступа к разным данным
- СУБД будет решать задачи одновременного доступа к данным
В итоге мы получаем достаточно ясную архитектуру — есть СУБД, которая сосредоточена на работе с данными и есть клиенты, которые могут посылать запросы к СУБД.
При работе с СУБД клиенты должны решить достаточно четкие задачи:
- Клиент должен соединиться с СУБД. Как я уже упоминал, чаще всего для общения используется сетевой протокол TCP/IP. В момент подключения клиент также передает свой логин/пароль, чтобы СУБД могла его идентифицировать и в дальнейшем позволить (или не позволить) производить те или иные действия над данными
- Клиент может посылать команды для изменения/получения данных в СУБД
- Данные внутри СУБД хранятся в определенных структурах и к этим структурам можно обратиться через команды
SQL базы данных
Могу предположить,что вышеупомянутые задачи и породили именно SQL-базы данных. В них есть удобные и понятные структуры для хранения данных — таблицы. Эти таблицы можно связывать в виде отношений и тем самым дается возможность хранить достаточно сложно организованные данные. Был придуман специальный язык — SQL (Structured Query Language — структурированный язык запросов). Этот язык хоть и имеет всего 4 команды для манипулирования данными, позволяет создавать очень сложные и заковыристые запросы.
На сегодняшний день SQL-базы данных являются самыми распространенными. В последние годы наметилась тенденция к использованию баз данных, основанные на других способах хранения и обработки данных, но пока их применение достаточно узконаправлено, хотя в некоторых случаях они действительно помогают решать важные задачи более эффективно, но все-таки пока SQL — самое главное направление баз данных. Почему я про это упоминаю ? Потому, что все наше знакомство с технологией работы с базами данных из Java будет сконцентрировано на SQL базах данных. С основными командами SQL вы можете познакомиться в различных учебниках. Их сейчас достаточно много и в большинстве своем они вполне понятны.
Возможно, что я тоже когда-нибудь внесу свою лепту в рассказы про SQL, но в данном разделе предполагается, что вы уже знакомы с основными идеями построения реляционных баз данных и с самим языком SQL.
JDBC — Java Database Connectivity — архитектура
Если попробовать определить JDBC простыми словами, то JDBC представляет собой описание интерфейсов и некоторых классов, которые позволяют работать с базами данных из Java. Еще раз: JDBC — это набор интерфейсов (и классов), которые позволяют работать с базами данных.
И вот с этого момента я попробую написать более сложное и в тоже время более четкое описание архитектуры JDBC. Главным принципом архитектуры является унифицированный (универсальный, стандартный) способ общения с разными базами данных. Т.е. с точки зрения приложения на Java общение с Oracle или PostgreSQL не должно отличаться. По возможности совсем не должно отличаться.
Сами SQL-запросы могут отличаться за счет разного набора функций для дат, строк и других. Но это уже строка запроса другая, а алгоритм и набор команд для доставки запроса на SQL-сервер и получение данных от SQL-сервера отличаться не должны.
Наше приложение не должно думать над тем, с какой базе оно работает — все базы должны выглядеть одинаково. Но при всем желании внутреннее устройство передачи данных для разных СУБД разное. Правила передачи байтов для Oracle отличается от правил передачи байтов для MySQL и PostgreSQL. В итоге имеем — с одной стороны все выглядят одинаково, но с другой реализации будут разные. Ничего не приходит в голову ?
Еще раз — разные реализации, но одинаковый набор функциональности.
Думаю, что вы уже догадались — типичный полиморфизм через интерфейсы. Именно на этом и строится архитектура JDBC. Смотрим рисунок.
Как следует из рисунка, приложение работает с абстракцией JDBC в виде набора интерфейсов. А вот реализация для каждого типа СУБД используется своя. Эта реализация называется “JDBC-драйвер”. Для каждого типа СУБД используется свой JDBC-драйвер — для Oracle свой, для MySQL — свой. Как приложение выбирает, какой надо использовать, мы увидим чуть позже.
Что важно понять сейчас — система JDBC позволяет загрузить JDBC-драйвер для конкретной СУБД и единообразно использовать компоненты этого драйвера за счет того, что мы к этим компонентам обращаемся не напрямую, а через интерфейсы.
Т.е. наше приложение в принципе не различает, обращается оно к Oracle или PostgreSQL — все обращения идут через стандартные интерфейсы, за которыми “прячется” реализация.
Пока я предлагаю отметить несколько важных интерфейсов, которые мы будем рассматривать позже, но мне бы хотелось, чтобы у вас этот список уже был, чтобы вы могли по мере прочтения отмечать — “да, вот он важный интерфейс/класс и я теперь знаю, куда он встраивается”. Вот они:
- java.sql.DriverManager
- java.sql.Driver
- java.sql.Connection
- java.sql.Statement
- java.sql.PreparedStatement
- java.sql.CallableStatement
- java.sql.ResultSet
Теперь давайте рассмотрим несложный пример и поймем, как работает JDBC.
JDBC — пример соединения и простого вызова
Попробуем посмотреть на несложном примере, как используется JDBC-драйвер. В нем же мы познакомимся с некоторыми важными интерфейсами и классами.
Предварительно нам необходимо загрузить JDBC-драйвер для PostgreSQL. На данный момент это можно сделать со страницы PostgreSQL JDBC Download
Если вы не нашли эту страницу, то просто наберите в поисковике “PostgreSQL JDBC download” и в первых же строках найдете нужную страницу.
Т.к. я пишу эти статьи для JDK 1.7 и 1.8, то я выбрал строку “JDBC41 Postgresql Driver, Version 9.4-1208” — может через пару-тройку лет это будет уже не так.
Если вы выполнили SQL-скрипт из раздела Установка PostgreSQL, который создавал таблицу JC_CONTACT и вставил туда пару строк, то эта программа позволит вам “вытащить” эти данные и показать их на экране. Это конечно же очень простая программа, но на ней мы сможем посмотреть очень важные моменты. Итак, вот код:
Для запуска этой програмы необходимо подключить JDBC-драйвер для PostgreSQL. Прочитайте раздел Что такое JAR-файлы для того, чтобы подключить нужный JAR с JDBC-драйвером к проекту в NetBeans.
Для запуска нашей программы из командной строки достаточно собрать этот код (причем здесь не надо подключать JAR на этапе компиляции — только на момент запуска).
Итак, команда для сборки:
И теперь команда для запуска:
Для запуска проекта в NetBeans предлагаю вам самостоятельно разобраться, как подключить JAR-файл — пример этого указан в статье Что такое JAR-файлы
Начнем разбор нашей программы с самого начала. Итак, в чем же заключается набор вызовов для создания соединения с базой
Вызов Class.forName() мы уже встречали, когда разговаривали о рефлексии. Если вы этого не сделали — обязательно прочитайте, иначе многое будет непонятно. Так вот наш вызов загружает один из ключевых классов JDBC, который реализует очень важный интерфейс java.sql.Driver. Почему этот класс так важен, мы разберем чуть ниже.
Следующим важным вызовом явлется DriverManager.getConnection(url, login, password);.
Думаю, что параметры login и password достаточно оччевидны — это логин и пароль для подключения к СУБД. А вот первый параметр — url надо рассмотреть подробно.
Параметр url является строкой и я люблю его разбивать на две части. Первая часть jdbc:postgresql: позволяет идентифицировать, к какому типу СУБД вы подключаетесь — Oracle, MySQL, PostgreSQL, IBM DB2, MS SQL Server. В нашем случае тип базы данных — PostgreSQL.
Вторая часть — //localhost:5432/contactdb — определяет конкретный экземпляр выбранной базы данных. Т.е. если первая часть url указывает, что мы хотим работать с PostgreSQL, то вторая часть указывает на каком хосте и на каком порту (опять вспоминаем основы TCP/IP) работает конкретный экземпляр PostgreSQL. Еще раз — первая часть поределяет только тип, вторая часть — параметры оединения с конкретным экземпляром СУБД.
Как вы можете видеть, вторая часть включает помимо IP-адреса и порта (localhost:3306) включает имя базы данных, с которой вы будете соединяться.
И вот теперь возвращаемся к интерфейсу java.sql.Driver. Достаточно очевидно, что сложное приложение на Java может работать с несколькими типами СУБД и одновременно в приложнении участвуют несколько JDBC-драйверов для разных типов СУБД. Так как же класс DriverManager определяет, какой тип СУБД вы собираетесь использовать ?
Придется нам вернуться к моменту загрузки класса — Class.forName(). Большинство классов в момент своей загрузки выполняют очень важный шаг — они РЕГИСТРИРУЮТСЯ у класса DriverManager. Как они это делают ? Посмотрите документацию на класс DriverManager — например здесь:
DriverManager
Среди методов мы можете найти этот: registerDriver(Driver driver). Причем метод статический и создавать экземпляр DriverManager не надо. Таким образом драйвер под конкретный тип СУБД регистрируется у DriverManager. У этого класса (можно глянуть в исходники) создается список драйверов, каждый из которых реализует интерфейс java.sql.Driver. Что же происходить дальше ? Зайдем в документацию java.sql.Driver. Там есть два очень интересных метода:
- boolean acceptsURL(String url)
- Connection connect(String url, Properties info)
