微信終端開源資料庫 WCDB – Swift 版本

張三華發表於2019-03-04
資料庫Swift

WCDB 作為微信的終端資料庫，從 2017.6 開源至今，共迭代了 5 個版本。我們一直關注開發者們的需求，並不斷優化效能，新增如全文搜尋等常用的功能。而這其中，呼聲最高的莫過於 對 Swift 的支援。

WCDB ObjC 版本的實現中，由於引入了 C++ 程式碼，並不能直接 bridge 到 Swift。因此，我們從 9 月份開始就著手使用原生的 Swift，重寫 WCDB。並於 10.10 和 11.8 分別在開發者群內釋出了 alpha 和 beta 版進行測試。

今天，終於可以正式釋出 WCDB Swift 的第一個正式版本了。

WCDB Swift 約有 1.5w 行程式碼，使用 Pure Swift 編寫，幾乎不包含 Cocoa 的程式碼。且與 ObjC 版保持完全一致的功能。

模型繫結

WCDB Swift 的模型繫結，基於 Swift 4.0 的 Codable 協議實現。通過建立 Swift 型別與資料庫表之間的對映關係，使得開發者可以通過類物件直接運算元據庫。

//Sample.swift
class Sample: TableCodable {
var identifier: Int? = nil
var description: String? = nil 
var unused: Int? = nil
    enum CodingKeys: String, CodingTableKey {
        typealias Root = Sample
        static let objectRelationalMapping =
TableBinding(CodingKeys.self)
        case identifier
        case description
    }
}

//main.swift
let tableName = "sampleTable" 
try database.create(table: tableName,of: Sample.self)
let object = Sample() 
object.identifier = 1
object.description = "sample_insert"
try database.insert(objects: object, intoTable: tableName)
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語言整合查詢

語言整合查詢深度結合了 Swift 和 SQL 的語法，使得純字串的 SQL 可以以程式碼的形式表達出來。結合程式碼提示及糾錯，極大地提高開發效率。

同時，由於 Swift 的語法 比 Objective-C 更加簡潔，並有更強大的範型和型別推導，使得 WCDB 介面不僅更易編寫，而且更易讀易維護。

let objects: [Sample] = try database.getObjects(fromTable: tableName,
                                                where: Sample.Properties.identifier > 0 && Sample.Properties.description.isNotNull())
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類似 Sample.Properties.identifier > 0 的語法，其返回值並不為 Bool，而是語言整合查詢的 Expression 物件，WCDB 會根據這個語句，去進行 SQL 的查詢。同時，通過型別的定義，Swift 即可推匯出 WCDB 查詢的結果為 Sample 類。

語言整合查詢同時內建了反注入機制，可以避免第三方從輸入框注入 SQL，進行預期之外的惡意操作。

深入 SQLite 原始碼的效能優化

WCDB 基於 SQLite 開發，我們在之前的文章介紹過其對 SQLite 原始碼進行的效能優化，以適配移動終端的場景。同樣地，這部分優化 Swift 版本也能享受到。

執行緒安全且併發

WCDB Swift 不僅可以安全地在任意執行緒進行資料庫操作，且其內部會智慧地根據操作型別調配資源，使其能夠併發執行，進一步提升效率。

加密

基於 SQLCipher 的加密機制，可以為客戶端資料安全提供一定程度的保障。

欄位升級

資料庫模型與類定義繫結，使得欄位的增加、刪除、修改都與類變數的定義保持一致，不需要開發者額外地管理欄位的版本。

class Sample: TableCodable {
var identifier: Int? = nil
var description: String? = nil 
var newColumn: Date? = nil
var unused: Int? = nil
    enum CodingKeys: String, CodingTableKey {
        typealias Root = Sample
        static let objectRelationalMapping =
TableBinding(CodingKeys.self)
        case identifier
        case description
        case newColumn
    }
}

let tableName = "sampleTable" 
try database.create(table: tableName,of: Sample.self)
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模型繫結中新增了 newColumn 欄位，該欄位也會被自動建立到資料庫表中，開發者不需要手動管理。

全文搜尋

WCDB Swift 提供簡單易用的全文搜尋介面，幷包含適配多種語言的分詞器，使得資料搜尋更精準。

損壞修復

內建的修復工具可以在系統錯誤、磁碟故障等情況下，盡最大限度地將損壞的資料找回並匯出。

Pure Swift

模型繫結對語言的依賴性很大。由於 ObjC 其強大的訊息轉發機制，使得 WCDB 實現起來並沒有太大的問題。然而，動態性卻恰恰是 Swift 一直為人詬病的地方。

最省事的解決方案就是，直接引入 Cocoa，所有的問題都將不再是問題。然而，這並不是我們所期望的。

理性分析可以得出，一方面，全面的動態化會拖累 Swift 的效能，另一方面，這也會使得 Swift 的原生型別難以享受到模型繫結。

但我們的理由可能更感性一些 — 情懷。稱之為強迫症也好，程式碼潔癖也罷，Swift with Cocoa 總讓人心裡有那麼一絲彆扭。因此，我們決定尋找 Swift 原生的解決方案。

WCDB 的模型繫結對語言有兩點依賴：

  1. Accessor。ObjC 版本使用 selector 的 IMP 指標，使得 WCDB 可以獲取變數的值，並插入到資料庫中，或從資料庫中獲取資料寫入到變數。
  2. 資料庫欄位的對映。ObjC 版本使用巨集定義，使得 WCDB 可以通過 className.propertyName 的方式進行語言整合查詢的操作。

KeyPath

我們最初盯上的是 Swift 的 KeyPath 的機制，它通過 的語法，可以直接對變數進行讀寫操作，且語法上也與 className.propertyName 類似。

let sample=Sample()
sample[keyPath: Sample.identifier] = 1
print(sample[keyPath: Sample.identifier]) // 輸出 1
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一個難題是，KeyPath 在不引入 Cocoa 的情況下，是並不提供 property 的名稱，這就無法通過 KeyPath 直接對映資料庫的欄位。

微信終端開源資料庫 WCDB – Swift 版本

Swift 也有一個相關的 SR 在討論這個問題。

顯然，我們不可能等待這個特性實現了再去做 WCDB Swift。因此我們嘗試使用“不常規”的方法，獲取到 KeyPath 對應的 property 名稱。

Mirror 是 Swift 裡的反射型別，它可以遍歷每個變數，獲取其名稱和值，但不能對變數寫入資料。因此我們可以通過 KeyPath 對變數設一個獨一無二的特徵值，然後再通過 Mirror 遍歷變數，匯出與特徵值相同的 property 名稱。

sample[keyPath: Sample.identifier] = 0x539D7C2 // 不易衝突的特徵值
let mirror = Mirror(reflecting: sample)
for child in mirror.children {
    if child.value == 0x539D7C2 {
        print(child.label)
        break
    }
}
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這個“不常規”的用法在大部分情況下能夠生效，但對於 class 和 struct 相互巢狀的變數，容易因為記憶體混亂導致 crash。

Codable

在 KeyPath 的方案不夠完善的情況下，我們轉投了 Codable 協議。它是 Swift 4.0 新增的特性，本質是編譯前根據定義生成程式碼，以完成序列化和反序列化的任務。

// Swift 官方文件中的 Codable 示例
struct Landmark: Codable {
    var name: String
    var foundingYear: Int
    var location: Coordinate
    var vantagePoints: [Coordinate]
    enum CodingKeys: String, CodingKey {
        case name = "title"
        case foundingYear = "founding_date"
        case location
        case vantagePoints
    }
} 
let data = try JSONEncoder().encode(landmark)
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對應到 WCDB，將資料庫的欄位讀寫到變數中，其本質就是一個序列化和反序列化的過程，而 CodingKeys 也可能可以用於語言整合查詢中的欄位對映。

然而，由於這個特性還很新，還沒有太多文件對其進行深入介紹，尤其是自定義 Encoder 和 Decoder 這部分。

所幸的是，Swift 本身就是開源的。因此，我們參考 swift-corelibs-foundation 中的 JSONEncoder 和 JSONDecoder，實現了 TableEncoder 和 TableDecoder，並通過 CodingKeys 的定義，對映資料庫中的欄位。

最終維護了我們對 Pure Swift 的堅持。

class Sample: TableCodable {
    var identifier: Int? = nil
    var description: String? = nil
    var offset: Int = 0
    var debugDescription: String? = nil
    enum CodingKeys: String, CodingTableKey {
        typealias Root = Sample
        static let objectRelationalMapping =
TableBinding(CodingKeys.self)
        case identifier = "id"
        case description
        case offset = "db_offset"
    }
} 
let sample: Sample = try database.getObject(fromTable: tableName, 
                                            where: Sample.Properties.identifier==1)
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微信也轉向 Swift 開發了嗎？

相信這會是大家非常關心的問題。然而，很遺憾，目前還沒有。不僅微信，國內外大部分 app 都還沒有完全轉向 Swift，但顯然這是個趨勢。

微信終端開源資料庫 WCDB – Swift 版本

Google 在 11 月 fork 了 Swift。

大家猶豫不定的原因都大同小異：ABI 不穩定，需要將二進位制打包進去，增大 app 體積；某些方面效能還不夠好，而且現在多數是與 ObjC 混編，將進一步拉低效能 等等。

而這其中一個很重要的原因就是，Swift 的基礎設施還不完善，還難以支撐其大型 app 的開發。而 WCDB Swift 就是這類基礎設施之一。

因此，先有 WCDB Swift，未來才有用 Swift 編寫微信的可能，這邏輯沒毛病。

另一方面，沒有微信的上線機制的保護和龐大的使用者量的驗證，我們需要確保 WCDB Swift 的穩定性。因此，在 WCDB Swift 的第一版本，我們就提供了相對完善的測試用例，用例的程式碼覆蓋率為 91.34%，能夠觸達絕大部分使用場景。

更多 WCDB Swift 的教程文件、程式碼樣例，包括原始碼，都直接到 Github 的 Tencent/wcdb 瞭解。

我們一起期待 Swift 成為開發者的首選的那一天。

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