深入浅出 JDBC 与数据库连接池

在Java开发中，与数据库进行交互是几乎每个项目都离不开的功能。JDBC（Java DataBase Connectivity）作为Java操作数据库的标准规范，为开发者提供了底层的数据库访问支持。而数据库连接池则是提高数据库操作效率和性能的重要工具。本文将结合实际代码示例，带你深入浅出地了解JDBC和数据库连接池的知识与应用。

一、JDBC 基础入门

（一）JDBC 简介

JDBC 是一组 Java API，它允许 Java 程序与各种关系型数据库进行交互。通过 JDBC，我们可以连接到数据库、执行 SQL 语句、处理查询结果等操作。JDBC 的核心类和接口主要集中在 java.sql 和 javax.sql 包中。

（二）JDBC 开发步骤

1. 注册驱动 ：告知程序要使用的数据库驱动。

   • 早期做法为使用 DriverManager.registerDriver(new DriverImpl())，但这种方式可能会导致驱动被注册两次。

   • 推荐做法是使用 Class.forName("数据库驱动类名")，例如 Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver")，这种方式会自动加载驱动。

2. 获取数据库连接 ：通过 DriverManager.getConnection(url, username, password) 方法获取连接。其中，url 指定数据库的连接地址，如 jdbc:mysql://localhost:3306/数据库名。

3. 创建 Statement 对象 ：使用 Connection.createStatement() 方法创建，用于执行 SQL 语句。

4. 执行 SQL 语句 ：

   • 查询操作：调用 Statement.executeQuery(sql) 方法执行查询，返回 ResultSet 对象，其中包含查询结果。

   • 增删改操作：调用 Statement.executeUpdate(sql) 方法执行，返回受影响的行数。

5. 处理结果集（针对查询操作） ：通过 ResultSet 对象提供的方法（如 next()、getInt()、getString() 等）遍历查询结果并获取数据。

6. 释放资源 ：按照 resultSet → statement → connection 的顺序依次关闭，避免资源泄漏。通常在 finally 块中进行关闭操作。

（三）代码示例：JDBC 查询操作

import java.sql.*;

public class JdbcDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Connection connection = null;
        Statement statement = null;
        ResultSet resultSet = null;
        try {
            // 注册驱动
            Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");
            // 获取连接
            connection = DriverManager.getConnection("jdbc:mysql:///spring_db", "root", "2020");
            // 创建 Statement
            statement = connection.createStatement();
            // 执行查询
            String sql = "select * from account";
            resultSet = statement.executeQuery(sql);
            // 处理结果集
            while (resultSet.next()) {
                int id = resultSet.getInt("id");
                String name = resultSet.getString("name");
                double money = resultSet.getDouble("money");
                System.out.println("id: " + id + ", name: " + name + ", money: " + money);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 释放资源
            try {
                if (resultSet != null)
                    resultSet.close();
                if (statement != null)
                    statement.close();
                if (connection != null)
                    connection.close();
            } catch (SQLException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

二、JDBC 工具类与配置文件

（一）工具类的作用

为了简化 JDBC 操作代码，提高代码的可维护性和复用性，通常会编写 JDBC 工具类。工具类可以封装注册驱动、获取连接、关闭资源等公共操作。

（二）基于配置文件的工具类

将数据库连接的相关信息（如驱动类名、url、用户名、密码等）配置在 properties 文件中，工具类通过读取配置文件来获取这些信息，使代码更具灵活性，便于后期修改。

1. 配置文件（db.properties）

driverclass=com.mysql.jdbc.Driver
url=jdbc:mysql:///spring_db
username=root
password=2020

2. 工具类代码（JdbcUtils2.java）

import java.io.*;
import java.sql.*;
import java.util.Properties;

public class JdbcUtils2 {
    private static final String driverclass;
    private static final String url;
    private static final String username;
    private static final String password;

    static {
        Properties properties = new Properties();
        InputStream inputStream = JdbcUtils2.class.getResourceAsStream("/db.properties");
        try {
            properties.load(inputStream);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        driverclass = properties.getProperty("driverclass");
        url = properties.getProperty("url");
        username = properties.getProperty("username");
        password = properties.getProperty("password");
    }

    public static void createDriver() {
        try {
            Class.forName(driverclass);
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static Connection getConnection() {
        Connection connection = null;
        createDriver();
        try {
            connection = DriverManager.getConnection(url, username, password);
        } catch (SQLException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return connection;
    }

    public static void close(Connection connection, ResultSet resultSet, Statement statement) throws SQLException {
        if (resultSet != null)
            resultSet.close();
        if (statement != null)
            statement.close();
        if (connection != null)
            connection.close();
    }

    public static void close(Connection connection, Statement statement) throws SQLException {
        if (statement != null)
            statement.close();
        if (connection != null)
            connection.close();
    }
}

三、JDBC 事务管理

（一）事务的概念

事务是数据库中一系列操作的集合，这些操作要么全部成功，要么全部失败回滚。事务具有 ACID 特性：

• 原子性（Atomicity） ：事务中的操作不可分割，要么全部执行，要么全部不执行。

• 一致性（Consistency） ：事务执行前后，数据库始终处于一致的状态，符合业务规则和完整性约束。

• 隔离性（Isolation） ：多个事务并发执行时，相互之间不会产生干扰，一个事务的执行不能被其他事务干扰。

• 持久性（Durability） ：一旦事务提交，其对数据库的修改将永久保存，即使系统发生故障也不会丢失。

（二）JDBC 中操作事务

在 JDBC 中，通过 Connection 对象来管理事务。

1. 开启事务 ：调用 connection.setAutoCommit(false) 方法，将自动提交模式设置为 false，从而开启事务。

2. 提交事务 ：调用 connection.commit() 方法提交事务，使事务中的所有操作永久生效。

3. 回滚事务 ：调用 connection.rollback() 方法回滚事务，撤销事务中的所有操作，使数据库回到事务开始前的状态。

（三）事务的隔离级别

不同的事务隔离级别可以解决不同的并发问题：

• 读未提交（Read Uncommitted） ：最低的隔离级别，事务可以读取其他事务未提交的数据，可能导致脏读、不可重复读和幻读问题。

• 读已提交（Read Committed） ：事务只能读取其他事务已经提交的数据，避免了脏读，但可能仍然存在不可重复读和幻读问题。

• 可重复读（Repeatable Read） ：保证事务在多次读取同一数据时，结果一致，避免了脏读和不可重复读，但可能出现幻读问题。这是 MySQL 的默认隔离级别。

• 串行化（Serializable） ：最高的隔离级别，通过强制事务串行执行，避免了脏读、不可重复读和幻读问题，但性能开销较大。

在 JDBC 中，可以通过 connection.setTransactionIsolation(level) 方法设置事务的隔离级别，其中 level 是上述隔离级别的对应常量。

四、数据库连接池

（一）连接池的概念

数据库连接池是应用程序与数据库之间的一组数据库连接的缓存。它预先创建并维护一定数量的数据库连接，当应用程序需要执行数据库操作时，可以从连接池中获取空闲连接，使用完毕后将连接归还到连接池中，而不是直接关闭连接。这样可以避免频繁地创建和销毁数据库连接所带来的性能开销，提高数据库操作的效率。

（二）常见的开源连接池

1. DBCP（Database Connection Pool） ：Apache 提供的开源连接池，配置简单，但在高并发场景下性能表现一般。

2. C3P0 ：另一个开源连接池，提供了自动回收空闲连接等功能，配置较为灵活。

3. Druid ：阿里巴巴开源的数据库连接池，功能强大、性能优秀，还提供了监控和分析数据库访问性能的能力。

（三）使用 Druid 连接池

1. 配置文件（druid.properties）

driverClassName=com.mysql.jdbc.Driver
url=jdbc:mysql:///spring_db
username=root
password=2020
initialSize=5
maxActive=10
maxWait=3000
maxIdle=6
minIdle=3

2. 工具类代码（JdbUtils3.java）

import com.alibaba.druid.pool.DruidDataSourceFactory;
import java.io.*;
import java.sql.*;
import java.util.Properties;

public class JdbUtils3 {
    private static DataSource dataSource;

    static {
        Properties properties = new Properties();
        InputStream inputStream = JdbcUtils2.class.getResourceAsStream("/druid.properties");
        try {
            properties.load(inputStream);
            dataSource = DruidDataSourceFactory.createDataSource(properties);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static Connection getConnection() {
        Connection connection = null;
        try {
            connection = dataSource.getConnection();
        } catch (SQLException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return connection;
    }

    public static void close(Connection connection, ResultSet resultSet, Statement statement) throws SQLException {
        if (resultSet != null)
            resultSet.close();
        if (statement != null)
            statement.close();
        if (connection != null)
            connection.close();
    }

    public static void close(Connection connection, Statement statement) throws SQLException {
        if (statement != null)
            statement.close();
        if (connection != null)
            connection.close();
    }
}

（四）连接池的优势

1. 性能提升 ：减少了数据库连接的创建和销毁时间，提高了数据库操作的响应速度。

2. 资源复用 ：连接池中的连接可以被多个应用程序或线程复用，避免了资源的浪费。

3. 管理方便 ：连接池提供了对连接的统一管理，可以方便地设置最大连接数、最小连接数、超时时间等参数，以适应不同的应用场景和负载需求。

总的来说，JDBC 是 Java 操作数据库的基础，而数据库连接池则是提升数据库操作性能的关键。在实际开发中，我们通常会结合使用 JDBC 和连接池，以实现高效、稳定、可靠的数据库访问。通过合理地配置和使用连接池，可以充分发挥其优势，提高系统的整体性能和可扩展性。