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沒想到你是這樣的JDBC

作者：侯樹成
開發(fā) 開發(fā)工具
本文將介紹 MySQL Client 與 Server 的通信原理，以及 Java JDBC 的工作原理等。什么是JDBC 的 Type4，什么又是 Type 3?

本文將介紹 MySQL Client 與 Server 的通信原理，以及 Java JDBC 的工作原理等。什么是JDBC 的 Type4，什么又是 Type 3? 

一、 MySQL Client & Server

我們在進行數(shù)據(jù)庫的操作時，總是通過 GUI 數(shù)據(jù)管理工具，或者命令行連接到 MySQL 的 Server 上，然后進行一系列數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建、表與表內(nèi)數(shù)據(jù)的操作等。

這個時候，這一系列 GUI管理工具，或者命令行，都是一個 MySQL 的 Client， 然后將 Client 的一系列操作命令，發(fā)送給 Server。 這里在發(fā)送時，Client 的命令都是根據(jù) MySQL 規(guī)范，生成的一個個packet進行發(fā)送。

更直觀的理解， MySQL 的 Client 和 Server 相當(dāng)于是 Socket 通信中的一個 Client 與 Server, 彼此按照約定的協(xié)議格式進行通信。

二、 JDBC 是什么?

什么是 JDBC 呢? 你一定會脫口而出，不就是通過它連庫嘛。 這么理解只是其中的一小部分，「灑灑水的啦」。

JDBC 全稱：The Java Database Connectivity，要從兩個方面來理解。

  • API
  • Driver

API , 首先是一個標(biāo)準，并不針對特定的數(shù)據(jù)庫，做為一個高層抽象，提供Java 語言與眾多數(shù)據(jù)庫之間的連通。 通過JDBC API，我們不再需要根據(jù)不同的數(shù)據(jù)庫使用不同的操作方式，而是以一種標(biāo)準的操作，實現(xiàn)『Write Once, Run anywhere』。

既然 API 是個標(biāo)準，就需要有相對應(yīng)的實現(xiàn)， 這里的 Driver 就是各個數(shù)據(jù)庫廠商根據(jù)標(biāo)準進行的針對實現(xiàn)。這也是為什么在應(yīng)用開發(fā)時，連MySQL 使用 MySQL 的 connector，連接 Oracle 使用 Oracle 的驅(qū)動的原因。

畢竟如何和自己廠家的數(shù)據(jù)庫交互，只有各個廠商自己清楚，所以根據(jù)標(biāo)準，各個廠商開發(fā)自己的 Connector。

下圖來自官方文檔，來描述 JDBC 的作用以及請求中所處的位置。

JDBC 的作用以及請求中所處的位置

圖的左側(cè)，也稱為Type4, 是通過Driver 直接連接數(shù)據(jù)庫 Server。這種也是最常用的，通過Driver ,將JDBC 的請求轉(zhuǎn)成數(shù)據(jù)庫服務(wù)器可以識別的協(xié)議格式。

圖的右側(cè)， 稱為Type 3 是通過Driver，將JDBC 的請求轉(zhuǎn)成 中間件的協(xié)議格式。

以MySQL為例，看到這里我們發(fā)現(xiàn)，其實 JDBC 的操作，本質(zhì)上相當(dāng)于是一個 MySQL 的 Client，通過 Driver，把應(yīng)用里的查詢、刪除等操作「翻譯」成了 MySQL Server 可識別的協(xié)議格式，再傳遞過去執(zhí)行。

所以，整個JDBC 做的事情可以歸結(jié)為以下三件：

  1. 創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫連接
  2. 發(fā)送 SQL statement
  3. 處理請求結(jié)果

JDBC 總結(jié)起來的兩個部分，數(shù)據(jù)庫服務(wù)提供方，開發(fā)XXXDriver, 應(yīng)用開發(fā)者使用Driver 連接數(shù)據(jù)庫，進行數(shù)據(jù)庫操作。

這樣應(yīng)用開發(fā)者就不需要關(guān)心底層與數(shù)據(jù)庫交互時的協(xié)議實現(xiàn)，如何進行請求連接，交互等，可以更專心到自己的業(yè)務(wù)。 否則，每個開發(fā)者都需要處理一次和數(shù)據(jù)交互的協(xié)議，繁瑣而且不易，重復(fù)勞動。

三、MySQL connector-J 部分源碼

有了上述的「理論」知識后，我們來看點干的。 MySQL 的驅(qū)動包是開源的，我們可以很方便的進行下載了解實現(xiàn)。

最傳統(tǒng)的 JDBC 使用，一般都是通過以下這種方式：

  • Connection c = DriverManager.getConnection(url, user,pwd);
  • Statement stmt = c.createStatment
  • stmt.executeQuery 拿結(jié)果

getConnection的時候一般都需要提供一個URL，這個URL也都是固定寫法，比如mysql的是 jdbc:mysql://,這一部分是按照規(guī)范，同時在Driver的代碼里，通過解析URL獲取要連接到的主機，端口，以及其他的連接參數(shù)。

  1. public Properties parseURL(String url, Properties defaults) throws java.sql.SQLException { 
  2.         Properties urlProps = (defaults != null) ? new Properties(defaults) : new Properties(); 
  3.         if (url == null) { 
  4.             return null; 
  5.         } 
  6.         if (!StringUtils.startsWithIgnoreCase(url, URL_PREFIX) && !StringUtils.startsWithIgnoreCase(url, MXJ_URL_PREFIX) 
  7.                 && !StringUtils.startsWithIgnoreCase(url, LOADBALANCE_URL_PREFIX) && !StringUtils.startsWithIgnoreCase(url, REPLICATION_URL_PREFIX)) { 
  8.             return null; 
  9.         } 
  10.         int beginningOfSlashes = url.indexOf("//"); 
  11.         if (StringUtils.startsWithIgnoreCase(url, MXJ_URL_PREFIX)) { 
  12.             urlProps.setProperty("socketFactory", "com.mysql.management.driverlaunched.ServerLauncherSocketFactory"); 
  13.         } 

看這一部分源碼可以發(fā)現(xiàn)，除了我們常用的url配置，還可以在其中進行l(wèi)oadbalance的配置等等。長了見識。

  1. DriverManager.getConnection(xx,xx,xx) 這個方法最終會調(diào)用 Service Provider 已經(jīng)加載的 Driver中可用的driver,調(diào)用driver的getConnection方法，對應(yīng)到Mysql的源碼，就是下方這個，重點是`com.mysql.jdbc.ConnectionImpl.getInstance` 
  2.  
  3. public java.sql.Connection connect(String url, Properties info) { 
  4.         if (url == null) { 
  5.             throw SQLError.createSQLException(Messages.getString("NonRegisteringDriver.1"), SQLError.SQL_STATE_UNABLE_TO_CONNECT_TO_DATASOURCE, null); 
  6.         } 
  7.         if (StringUtils.startsWithIgnoreCase(url, LOADBALANCE_URL_PREFIX)) { 
  8.             return connectLoadBalanced(url, info); 
  9.         } else if (StringUtils.startsWithIgnoreCase(url, REPLICATION_URL_PREFIX)) { 
  10.             return connectReplicationConnection(url, info); 
  11.         } 
  12.         Properties props = null; 
  13.         if ((props = parseURL(url, info)) == null) { 
  14.             return null; 
  15.         } 
  16.         if (!"1".equals(props.getProperty(NUM_HOSTS_PROPERTY_KEY))) { 
  17.             return connectFailover(url, info); 
  18.         } 
  19.         try { 
  20.             Connection newConn = com.mysql.jdbc.ConnectionImpl.getInstance(host(props), port(props), props, database(props), url); 
  21.             return newConn; 
  22. } 

再來看 getInstance具體做了啥?

  1. protected static Connection getInstance(String hostToConnectTo, int portToConnectTo, Properties info, String databaseToConnectTo, String url) 
  2.             throws SQLException { 
  3.         if (!Util.isJdbc4()) { 
  4.             return new ConnectionImpl(hostToConnectTo, portToConnectTo, info, databaseToConnectTo, url); 
  5.         } 
  6.         return (Connection) Util.handleNewInstance(JDBC_4_CONNECTION_CTOR, 
  7.                 new Object[] { hostToConnectTo, Integer.valueOf(portToConnectTo), info, databaseToConnectTo, url }, null); 
  8.     } 
  1. this.io = new MysqlIO(newHost, newPort, mergedProps, getSocketFactoryClassName(), getProxy(), getSocketTimeout(), 
  2.                 this.largeRowSizeThreshold.getValueAsInt()); 
  3. this.io.doHandshake(this.user, this.password, this.database); 

我們看，先通過MysqlIO創(chuàng)建了一個IO連接，然后進行握手

  1. // save last exception to propagate to caller if connection fails 
  2.                 SocketException lastException = null; 
  3.                 // Need to loop through all possible addresses. Name lookup may return multiple addresses including IPv4 and IPv6 addresses. Some versions of 
  4.                 // MySQL don't listen on the IPv6 address so we try all addresses. 
  5.                 for (int i = 0; i < possibleAddresses.length; i++) { 
  6.                     try { 
  7.                         this.rawSocket = createSocket(props); // 這里創(chuàng)建了一個空的Socket對象 
  8.                         configureSocket(this.rawSocket, props); //將一些超時之類的屬性設(shè)置到socket中 
  9.                         InetSocketAddress sockAddr = new InetSocketAddress(possibleAddresses[i], this.port); //獲取host對應(yīng)的ip地址等，再加上端口，組成一個Address 
  10.                         // bind to the local port if not using the ephemeral port 
  11.                         if (localSockAddr != null) { 
  12.                             this.rawSocket.bind(localSockAddr); 
  13.                         } 
  14.                         this.rawSocket.connect(sockAddr, getRealTimeout(connectTimeout)); //實際連接到服務(wù)器 

連接Mysql的url中，可以分成好幾類，例如可以連接到mysql進行l(wèi)oadbalanner, jdbc:mysql:loadbalancer//xxx 還有進行replicated

我們在使用JDBC連接時，一定會常使用PreparedStatement， 這個稱為預(yù)編譯sql，其中可以設(shè)置一些占位符

那這些占位符是啥時候填充進去的呢?

查看Mysql Connector 的源碼，我們發(fā)現(xiàn)，實際前面的createPreparedStatment，setXX之類的時候，

只是設(shè)置到對應(yīng)的變量里記錄了下來，

在執(zhí)行executeQuery的時候，會再從前面記錄下來的變理中提取出來，做為值填充到原來的sql占位中去

整個sql做為一個packet發(fā)送過去。

這個時候也就更容易理解為啥預(yù)編譯不容易被SQL 注入，而拼接SQL容易。 因為預(yù)編譯在替換占位符時，即使你的值里有類似于 「--」 這一類的危險內(nèi)容，或者 1==1, 都是做為一個column的value 來使用，而拼接SQL，則會放到完整的語句中，在執(zhí)行時被全部解析，導(dǎo)致問題。

以下就是 MySQL Connector 在執(zhí)行 sql 時的調(diào)用棧。

 

  1. java.lang.Thread.State: RUNNABLE 
  2.   at com.mysql.jdbc.MysqlIO.send(MysqlIO.java:3633) 
  3.   at com.mysql.jdbc.MysqlIO.sendCommand(MysqlIO.java:2460) 
  4.   at com.mysql.jdbc.MysqlIO.sqlQueryDirect(MysqlIO.java:2625) 
  5.   at com.mysql.jdbc.ConnectionImpl.execSQL(ConnectionImpl.java:2551) 
  6.   - locked <0x5a3> (a com.mysql.jdbc.JDBC4Connection) 
  7.   at com.mysql.jdbc.PreparedStatement.executeInternal(PreparedStatement.java:1861) 
  8.   at com.mysql.jdbc.PreparedStatement.executeQuery(PreparedStatement.java:1962) 

 

整個背后其實原理也和我們前面說的一樣，比較簡單，是通過一個TCP Socket 方式，在獲取到OutputStream，接裝好的SQL，

在執(zhí)行的時候，是寫到這個Output里，發(fā)送到 Mysql的服務(wù)器。

返回值是怎么獲取的呢? 是將返回的Buffer轉(zhuǎn)換成ResultSet

 

  1. ResultSetInternalMethods rs = readAllResults(callingStatement, maxRows, resultSetType, resultSetConcurrency, streamResults, catalog, resultPacket, 
  2.                   false, -1L, cachedMetadata); 

 

此外，在實際的業(yè)務(wù)開發(fā)中，對于在代碼中拿到的一個Connection，可能會遇到網(wǎng)絡(luò)抖動，數(shù)據(jù)庫服務(wù)異常等情況。有連接問題之前，我們可以先檢測連接是否可用，來避免繼續(xù)使用有問題的Connection，導(dǎo)致問題一直存在。

檢測一個連接是否可用，可以通過執(zhí)行一條最簡單的 `select 1` 來判斷是否有異常，當(dāng)然，在JDBC的標(biāo)準里，也包含一個檢查連接是否可用的方法 isValid

實現(xiàn)原理，對于MySQL 的Connctor-J客戶端，是通過向Server發(fā)送一條ping的命令，來檢測連接的狀態(tài)。

總結(jié)一下，我們通過幾個部分來介紹了 MySQL Client 與 Server 的交互原理，以及JDBC 是什么，是通過什么方式來和 Server 進行交互的。

順道再分享下最近遇到的一個和數(shù)據(jù)庫連接有關(guān)的小插曲。在處理一個問題，增加數(shù)據(jù)庫連接檢查之后，功能正確就上線了。上線不久，接到另一個服務(wù)提供方報警，說我們發(fā)送了其不能處理的數(shù)據(jù)庫指令。 黑人問號臉。我只是通過獲取數(shù)據(jù)庫狀態(tài)的一個getAttribute的方式來檢查下連接啊。 據(jù)說他們收到的是show xxx status之類的指令。 那為啥不能識別呢?

仔細問了一下，是由于他們提供的特殊 Proxy 服務(wù)，只實現(xiàn)了MySQL 的部分指令解析，所以對應(yīng)show xxx 不支持，而我們項目里默認以為全部的client 都支持全集指令，導(dǎo)致問題。之后改了一個檢查方式解決了報警問題。

所以，在開發(fā)時，也需要再考慮下接入的服務(wù)，是否會按照規(guī)范，把全部內(nèi)容實現(xiàn)了。

【本文為51CTO專欄作者“侯樹成”的原創(chuàng)稿件，轉(zhuǎn)載請通過作者微信公眾號『Tomcat那些事兒』獲取授權(quán)】

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責(zé)任編輯：趙寧寧 來源： 51CTO專欄
JDBC MySQL數(shù)據(jù)庫
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