面试被问：JDBC底层是如何连接数据库的？
背景
前两天一个小伙伴面试的时候，被问JDBC底层是如何连接数据库的？
他顿时一脸懵逼，因为大部分人只知道JDBC的几个步骤，至于底层到底是怎么连接数据库的，还真不知道。
由于小伙伴是面试高级开发，问这种问题倒也不能说面试官过分，如果是初级或者中级，那问着问题就确实有些过分了。
但是如果你在初级或者中级的阶段，就知道了答案，岂不是爽歪歪么？
估计大部分人都不知道这个问题该怎么回答，稍微发散一下思维，倒是可以猜测一下，今天我们就来搞清楚JDBC底层到底是如何连接数据库的。往后别再猜了。
反过来，如果面试官问你JDBC的时候，你能知道底层是怎么连接数据库的，估计，很多相对较水的面试官也会一脸懵逼。
何为 JDBC ?
JDBC（JAVA DataBase Connectivity）是Java和数据库之间的一个桥梁，是一个「规范」而不是一个实现，能够执行SQL语句。JDBC由一组用Java语言编写的类和接口组成。各种不同类型的数据库都有相应的实现，注意：本文中的代码都是针对MySQL数据库实现的。
JDBC 架构
分为双层架构和三层架构。
双层
作用：此架构中，Java Applet 或应用直接访问数据源。
条件：要求 Driver 能与访问的数据库交互。
机制：用户命令传给数据库或其他数据源，随之结果被返回。
部署：数据源可以在另一台机器上，用户通过网络连接，称为 C/S配置（可以是内联网或互联网）。
三层
侧架构特殊之处在于，引入中间层服务。
流程：命令和结构都会经过该层。
吸引：可以增加企业数据的访问控制，以及多种类型的更新；另外，也可简化应用的部署，并在多数情况下有性能优势。
历史趋势：以往，因性能问题，中间层都用 C 或 C++ 编写，随着优化编译器（将 Java 字节码 转为 高效的 特定机器码）和技术的发展，如EJB，Java 开始用于中间层的开发这也让 Java 的优势突显出现出来，使用 Java 作为服务器代码语言，JDBC随之被重视。
入门案例
下面给出一个JDBC入门级案例：
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")+" 年龄："+rs.getInt("age"));
}
}
}
JDBC 步骤
数据库驱动：
Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");
获取连接：
Connection conn = DriverManager.getConnection(URL, USER, PASSWORD);
创建Statement或者PreparedStatement对象：
Statement stmt = conn.createStatement();
执行sql数据库查询：
ResultSet rs = stmt.executeQuery("SELECT id, name, age FROM m_user where id =1");
解析结果集：
System.out.println("name: "+rs.getString("name")+" 年龄："+rs.getInt("age"));
最后就是各种资源的关闭。
数据库驱动
加载MySql的驱动类 :
Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");
我们安装好数据库之后，我们的应用程序也是不能直接使用数据库的，必须要通过相应的数据库驱动程序，通过驱动程序去和数据库打交道。其实也就是数据库厂商的JDBC接口实现，即对Connection等接口的实现类的jar文件。
Driver接口
java.sql.Driver此接口是提供给数据库厂商实现的。比如说MySQL的，需要依赖对应的jar包。
<dependency>
<groupId>mysql</groupId>
<artifactId>mysql-connector-java</artifactId>
<version>8.0.16</version>
</dependency>
MySQL数据库对应的实现驱动实现类：
package com.mysql.cj.jdbc;
import java.sql.SQLException;
public class Driver extends NonRegisteringDriver implements java.sql.Driver {
static {
try {
//注册驱动
java.sql.DriverManager.registerDriver(new Driver());
} catch (SQLException E) {
throw new RuntimeException("Can't register driver!");
}
}
public Driver() throws SQLException {
}
}
DriverManager是rt.jar包下的类，（rt=runtime），把我们需要驱动类注册进去。
//DriverManager类中的方法
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);
}
相应装载Oracle驱动：
Class.forName("oracle.jdbc.driver.OracleDriver");
Sql Server驱动：
Class.forName("com.microsoft.jdbc.sqlserver.SQLServerDriver");
获取链接
给我们看起来就这一行代码：
Connection conn = DriverManager.getConnection(URL, USER, PASSWORD);
下面我们进行深入聊聊这行代码，到底底层是怎么连接数据库的？
getConnection方法三个参数：链接地址，用户名和密码。
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()));
}
创建一个Properties对象，Properties是HashTable的子类。
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;
//遍历气门注册的数据库驱动
for(DriverInfo aDriver : registeredDrivers) {
try {
//获取连接
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;
}
}
}
}
这段代码的关键是这一句代码：
Connection con = aDriver.driver.connect(url, info);
connet()方法是每个数据库驱动自己的实现的。
package com.mysql.cj.jdbc;
public class NonRegisteringDriver implements java.sql.Driver {
@Override
public java.sql.Connection connect(String url, Properties info) throws SQLException {
//部分无关键要的代码省略
//下面是重点
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从这个类名应该能猜到还不到真正连接的，只是创建一个连接Url相关信息封装。
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数据库默认端口。我们继续看下一行重要的代码：
ConnectionImpl.getInstance(conStr.getMainHost());
这里就是获取一个实例，不出意外，连接就在这里面产生的。继续：
//ConnectionImpl
public static JdbcConnection getInstance(HostInfo hostInfo) throws SQLException {
return new ConnectionImpl(hostInfo);
}
ConnectionImpl构造方法里有调用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，这里的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());
}
在这个方法里，我们看到了Socket的命名开头的类，哈哈，是不是就是使用Socket进行通信的呢？
精彩继续：
socketConnection.connect(this.hostInfo.getHost(), this.hostInfo.getPort(), ...);
来到NativeSocketConnection类中方法：
//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);
//...
}
这里的socketFactory是StandardSocketFactory。所以也就是调用的是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();
}
这里就算到底了，说白JDBC的底层就是使用「Socket」进行连接数据库的。
常用方法
方法描述createStatement()创建向数据库发送sql的statement对象。prepareStatement(sql)创建向数据库发送预编译sql的PrepareSatement对象。prepareCall(sql)创建执行存储过程的callableStatement对象。setAutoCommit(boolean autoCommit)设置事务是否自动提交。commit()在链接上提交事务。rollback()在此链接上回滚事务。
获取Statement
三种类型
要执行SQL语句，必须获得java.sql.Statement实例，Statement实例分为以下3 种类型：
- 执行静态SQL语句。通常通过Statement实例实现。
- 执行动态SQL语句。通常通过PreparedStatement实例实现。
- 执行数据库存储过程。通常通过CallableStatement实例实现。
具体获取方式
Statement stmt = con.createStatement() ;
PreparedStatement pstmt = con.prepareStatement(sql) ;
CallableStatement cstmt = con.prepareCall("{CALL demoSp(? , ?)}") ;
常用方法
方法含义executeQuery(String sql)用于向数据发送查询语句。executeUpdate(String sql)用于向数据库发送insert、update或delete语句execute(String sql)用于向数据库发送任意sql语句addBatch(String sql)把多条sql语句放到一个批处理中。executeBatch()向数据库发送一批sql语句执行。
Statement和PreparedStatement的异同及优缺点
同：两者都是用来执SQL语句的
异：PreparedStatement需要根据SQL语句来创建，它能够通过设置参数，指定相应的值，不是像Statement那样使用字符串拼接的方式。
PreparedStatement的优点：
1、其使用参数设置，可读性好，不易记错。在statement中使用字符串拼接，可读性和维护性比较差。
2、其具有预编译机制，性能比statement更快。
3、其能够有效防止SQL注入攻击。
execute和executeUpdate的区别
相同点：二者都能够执行增加、删除、修改等操作。
不同点：
1、execute可以执行查询语句，然后通过getResult把结果取出来。executeUpdate不能执行查询语句。
2、execute返回Boolean类型，true表示执行的是查询语句，false表示执行的insert、delete、update等。executeUpdate的返回值是int，表示有多少条数据受到了影响。
