JDBC 最佳實踐

FunTester發表於2024-07-16
JDBC
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Java 資料庫連線 (JDBC) 是一個功能強大的 API，它彌補了 Java 應用程式與關聯式資料庫之間的差距。透過利用 JDBC，您可以無縫地與資料庫互動以儲存、檢索和運算元據。但是，要有效使用 JDBC，需要遵循最佳實踐，以確保程式碼的最佳效能、安全性和可維護性。

正如我之前提到的觀點，學習一個新事物，首先要掌握其最佳實踐，下面讓我們來研究一下 JDBC 最佳實踐的內容。

JDBC 環境

在與資料庫進行互動之前，Java 資料庫連線（JDBC）技術依賴於一個關鍵元件——JDBC 驅動程式。這個驅動程式是特定於每種資料庫系統的軟體庫，例如 MySQL、Oracle 或 PostgreSQL。它的作用是將 Java 應用程式中的程式碼轉換為資料庫能夠識別和執行的指令。

驅動程式

在軟體開發中，選擇和查詢合適的資料庫驅動程式是至關重要的一步。以下是一些查詢資料庫驅動程式的方法：

  • 官方文件和網站：大多數資料庫系統（如 MySQL、PostgreSQL、MongoDB 等）都有自己的官方網站和文件。官方文件通常提供了詳細的安裝指南、配置說明以及驅動程式下載連結。透過官方文件查詢資料庫驅動程式是最可靠的途徑。
  • 包管理工具：對於使用現代程式語言的開發者來說，包管理工具是查詢和安裝資料庫驅動程式的便捷途徑。例如，Java 的 Maven 和 Gradle，JavaScript 的 npm 和 yarn，Python 的 pip，Go 的 go mod 等，這些工具都有豐富的庫和驅動程式供選擇。
  • 第三方庫和框架：一些第三方庫和框架（如 Hibernate、Spring Data、Django ORM 等）通常內建或推薦使用特定的資料庫驅動程式。使用這些庫和框架時，可以直接參考其文件，找到合適的驅動程式。

透過以上方法，可以有效地找到並選擇適合專案需求的資料庫驅動程式。確保驅動程式的版本與資料庫和應用程式的版本相容，以避免潛在的相容性問題和效能問題。

連線 URL

有了驅動程式後，就該告訴它在哪裡找到資料庫了。此資訊被打包成一個稱為連線 URL的特殊字串。這就像給聚會發指示：

  • 資料庫型別： 這告訴驅動程式使用哪個直譯器（例如，jdbc:mysql MySQL）。
  • 主機： 資料庫伺服器的地址（通常是計算機名稱或 IP 地址）。
  • 埠： 資料庫監聽的特定埠。
  • 資料庫名稱： 要連線的特定資料庫的名稱。
  • 可選附加功能： 可以新增使用者名稱和密碼以確保安全或資料庫其他設定。

以下是 MySQL 資料庫的連線 URL 示例：

jdbc:mysql://localhost:3306/mydatabase?user=fred&password=secret

在此示例中：

  • jdbc:mysql：告訴驅動程式我們正在使用 MySQL。
  • localhost：資料庫伺服器與我們的 Java 應用程式位於同一臺機器上。
  • 3306：MySQL 的預設埠。
  • mydatabase：我們想要連線的特定資料庫。
  • user=fred&password=secret：訪問資料庫的登入憑據（出於安全原因，這些憑據通常是隱藏的）。

安全、高效使用 JDBC

Java 應用程式中透過電子郵件地址搜尋使用者。雖然該 Statement 物件似乎是一種快速解決方案，但它可能會帶來安全風險和效能瓶頸。

  • 語句和 SQL 注入：
String email = userInput;
String sql = "SELECT * FROM users WHERE email = '" + email + "'";
Statement statement = connection.createStatement();
ResultSet resultSet = statement.executeQuery(sql);

此程式碼段使用Statement容易受到 SQL 注入攻擊。惡意使用者可以輸入類似這樣的電子郵件，user@example.com' OR '1'='1'從而繞過預期的檢查並可能檢索所有使用者資料。

  • 效能

雖然 Statement 看起來比較簡單，但對於具有不同值的重複查詢，其效能可能會較低。即使結構保持不變，資料庫每次都需要重新編譯整個查詢。

PreparedStatement物件提供了一個強大且安全的替代方案：

  • 分離查詢和資料：您可以使用佔位符（）定義模板查詢，?以供動態使用者輸入。

String sql = "SELECT * FROM users WHERE email = ?";

  • 稍後繫結變數：執行查詢時，將實際值（如電子郵件地址）繫結到這些佔位符。
PreparedStatement preparedStatement = connection.prepareStatement(sql);
preparedStatement.setString(1, email); 
ResultSet resultSet = preparedStatement.executeQuery();

PreparedStatement 的好處：

PreparedStatement 相比普通的 Statement 有幾個主要優點:

  1. 效能更好:PreparedStatement 會預編譯 SQL 語句,只編譯一次就可以多次執行,而普通 Statement 每次執行都要編譯。對於需要重複執行的 SQL,PreparedStatement 的效能明顯更好。
  2. 防止 SQL 注入:PreparedStatement 使用引數化查詢,可以有效防止 SQL 注入攻擊。它會自動轉義特殊字元,避免惡意 SQL 被注入。
  3. 更易於維護:由於使用佔位符,SQL 語句和引數是分離的,程式碼更清晰易讀,也更容易修改維護。
  4. 支援批次處理:PreparedStatement 可以透過 addBatch() 方法一次性傳送多條 SQL 語句,提高批次處理的效率。
  5. 更好的型別處理:PreparedStatement 可以為引數設定具體的資料型別,避免型別轉換錯誤。
  6. 更好的可讀性:使用引數化查詢使 SQL 語句結構更清晰,提高了程式碼的可讀性。
  7. 快取機制:資料庫可能會快取 PreparedStatement 的執行計劃,進一步提升效能。

這些優點使PreparedStatement成為執行 SQL 的首選方式,特別是對於需要重複執行或包含使用者輸入的SQL語句。

ResultSet

假設我們執行了一個從資料庫檢索資料的查詢。結果儲存在一個特殊物件中： ResultSet。要訪問此資料，您需要一次迭代（迴圈）一行：ResultSet。

工作原理如下：

  1. 檢查結果：使用執行查詢後PreparedStatement，使用executeQuery方法獲取一個ResultSet物件。此物件儲存檢索到的資料。
  2. 迴圈遍歷行：使用while迴圈遍歷ResultSet。next方法將ResultSet游標移動到下一行資料。 只要還有更多行（next返回true），迴圈就會繼續。
  3. 訪問資料：在迴圈內部，根據資料庫列中儲存的資料型別使用適當的 getter 方法來訪問當前行中的特定值。以下是一些常見的 getter 方法：
    • getString(int columnIndex)：從列中檢索字串值。
    • getInt(int columnIndex)：從列中檢索整數值。
    • getDouble(int columnIndex)：從列中檢索雙精度浮點值。
    • 對於其他資料型別（如日期、布林值等）也有類似的方法。

下面是一個示例迴圈，它迭代ResultSet並列印每行的電子郵件和年齡：

while (resultSet.next()) {
  String email = resultSet.getString("email");
  int age = resultSet.getInt("age");
  System.out.println("Email: " + email + ", Age: " + age);
}

正確關閉資源

如果ResultSet從圖書館借來的一本書。閱讀完畢（訪問資料）後，使用 close 方法關閉它至關重要。這會釋放物件所持有的資源ResultSet，讓資料庫能夠有效地處理它們。

這是一個很好的做法：

try (ResultSet resultSet = preparedStatement.executeQuery()) {
// 資料遍歷和處理
} catch (SQLException e) {
// 異常處理
}

資料型別

從資料庫檢索資料時，使用 ResultSet 的正確 getter 方法非常重要。根據資料庫列中儲存的資料型別選擇合適的方法。例如，對於儲存字串的 email 列，應該使用 getString 方法來檢索值。使用錯誤的方法（例如對電子郵件字串使用 getInt）可能會導致意外結果甚至異常。

高效的資源管理

想象一下，您的 Java 應用程式與資料庫互動就像訪問圖書館一樣。您需要借用連線來訪問資料，就像借書閱讀一樣。但是，就像讀完書後歸還書一樣，及時關閉連線對於高效的資料庫互動至關重要。

關閉連線

  • 為什麼要關閉連線？

資料庫連線是一種寶貴的資源。不必要地保持它們開啟可能會導致：

  • 資源耗盡：如果您的資料庫保持開啟狀態，則資料庫可能會耗盡其他使用者的可用連線。
  • 效能下降：開啟的連線會消耗資料庫伺服器上的資源，影響整體效能。
  • 結束技巧：try-with-resources ，這是首選方法。即使發生異常，它也會在程式碼塊末尾自動關閉連線（以及其他資源，如 ResultSet）。
try (Connection connection = DriverManager.getConnection(DB_URL, USER, PASSWORD)) {
  // 使用連線資源
} catch (SQLException e) {
  // 處理異常
}

當然你也可以使用 finally 程式碼塊來手動完成這些工作。

Connection connection = null;
try {
  connection = DriverManager.getConnection(DB_URL, USER, PASSWORD);
  // 使用連線資源
} catch (SQLException e) {
  // 處理異常
} finally {
  if (connection != null) {
    connection.close();
  }
}

事務

MySQL 中的事務是一種重要的資料庫功能，用於管理多個 SQL 操作作為一個不可分割的單元。事務確保了資料的完整性和一致性，通常使用以下幾個關鍵字來控制事務操作：

  1. BEGIN 或 START TRANSACTION: 標誌事務的開始。
  2. COMMIT: 提交事務，將所有已執行的操作永久儲存到資料庫。
  3. ROLLBACK: 回滾事務，取消所有已執行的操作，回到事務開始前的狀態。

在使用事務時，可以將一系列的 SQL 操作組合在一起，確保它們要麼全部成功執行並提交，要麼全部失敗並回滾，以維護資料的完整性。這在處理複雜的資料庫操作或需要原子性的資料更新時特別有用。

連線池

連線池維護一個預先建立的資料庫連線池。當應用程式需要連線時，它會從池中借用一個連線，而不是從頭開始建立一個新連線。與每次建立連線相比，這可以節省時間和資源。使用 MySQL 連線池有以下幾個好處：

  1. 效能最佳化: 連線池在應用啟動時預先建立了一定數量的資料庫連線，並管理這些連線的複用和釋放。這樣可以避免頻繁地建立和銷燬連線，從而減少了資料庫的負擔和響應時間，提高了應用的效能。
  2. 資源管理: 連線池能夠限制同時開啟的連線數量，防止應用程式過載資料庫伺服器。它還可以對連線進行有效的管理，如超時檢測、空閒連線的回收等，確保資料庫資源得到有效利用。
  3. 併發處理: 連線池允許多個執行緒併發地從池中獲取連線，執行資料庫操作，並在完成後釋放連線。這種併發處理能力提高了應用程式的吞吐量和響應速度。
  4. 連線的複用: 連線池可以重複使用已經建立的連線，避免了頻繁地重新建立連線的開銷，提高了資料庫操作的效率和穩定性。
  5. 連線的配置和監控: 連線池通常提供了配置引數和監控功能，可以對連線池的行為進行調整和監視，如最大連線數、最小空閒連線數、連線超時等，有助於最佳化資料庫訪問的管理和效能調優。

透過使用連線池，可以有效地管理資料庫連線，提升應用的效能、穩定性和可擴充套件性，是開發和部署高效資料庫應用的重要手段之一。

錯誤和異常

與資料庫互動的道路很少是一帆風順的。當出現問題時，會丟擲異常來表示潛在問題。在 JDBC 領域，比如 SQLException 是我們的主要敵人。

處理 SQLException

假設 Java 應用程式與資料庫互動，但發生了錯誤（例如查詢中的拼寫錯誤或網路問題）。如果不處理 SQLException 丟擲的錯誤，可能導致程式異常，或者程序退出。正確識別處理 SQLException 能帶來下面好處：

  1. 更好的錯誤診斷：透過正確識別 SQLException，可以準確定位資料庫操作中的具體問題，如連線失敗、語法錯誤或約束違反等。
  2. 增強應用程式穩定性：適當處理 SQLException 可以防止未處理的異常導致應用程式崩潰，提高系統的穩定性和可靠性。
  3. 改善使用者體驗：可以根據不同型別的 SQLException 提供更有意義的錯誤訊息給使用者，而不是顯示通用的資料庫錯誤。
  4. 支援更好的異常恢復：對不同型別的 SQLException 進行分類處理，可以實現更精細的異常恢復策略，如自動重試或回滾事務。

常見 SQLException

以下是SQLExceptions您可能會遇到的一些常見問題以及處理策略：

  • SQLSyntaxErrorException：這表示您的 SQL 查詢中存在語法錯誤。請仔細檢查您的查詢是否存在拼寫錯誤、缺少分號或語法錯誤。
  • SQLNonTransientException：這表示非瞬時錯誤，這意味著不太可能透過立即重試操作來解決。這可能是資料庫訪問問題、未找到表或許可權錯誤。分析特定的錯誤訊息並採取適當的措施，例如修復查詢或檢查許可權。
  • SQLTransientException：這表示暫時性錯誤，這意味著可以透過重試操作來解決。示例包括網路問題、超時或資料庫過載。您可以在再次嘗試操作之前以合理的延遲實現重試邏輯。
  • 資料截斷：當您嘗試將資料插入超出其定義大小限制的列時，會發生這種情況。檢查您的資料並進行調整以適應列的限制。

記錄異常

雖然捕獲和處理異常至關重要，但記錄錯誤為除錯和監控提供了寶貴的工具。以下是記錄重要性的原因：

  • 詳細資訊：日誌可以捕獲比錯誤訊息更詳細的資訊，例如時間、涉及的使用者和導致錯誤的特定查詢。
  • 故障排除：日誌對於解決開發過程中可能不會立即顯現的問題至關重要。
  • 監控：日誌可以幫助您監控應用程式和資料庫互動的整體執行狀況，在潛在問題造成重大中斷之前發現它們。

在處理 SQLException 時，必須要考慮資料安全性的問題，而且要放在首要的位置。

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