嵌入式數(shù)據(jù)庫在Java中的應(yīng)用[1]
嵌入式數(shù)據(jù)庫無需安裝，體積小巧，速度又很快，在很多場合可以替代目前流行的MySQL, SQLServer等大中型數(shù)據(jù)庫。本文介紹兩種嵌入式數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品：Berkeley DB和SQLite，并著重討論它們與Java之間的接口。
通常我們采用各種數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的存儲、檢索等功能，例如，Oracle，SQL Server，MySQL等等。這些產(chǎn)品除提供基本的查詢，刪除，添加等功能外，也提供了很多高級特性，如觸發(fā)器，存儲過程，數(shù)據(jù)備份恢復(fù)，全文檢索功能等。但實際上，很多的應(yīng)用，僅僅利用到了這些數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品的基本特性而已。而且在一些小型應(yīng)用上，或者某些特殊場合的應(yīng)用，比如桌面程序，這些數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品就明顯有一些臃腫。在這些情況下，嵌入式數(shù)據(jù)庫的優(yōu)勢就特別明顯了。
嵌入式數(shù)據(jù)庫無須獨立運行的數(shù)據(jù)庫引擎，它是由程序直接調(diào)用相應(yīng)的API去實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的存取操作。更直白的講，嵌入式數(shù)據(jù)庫是一種具備了基本數(shù)據(jù)庫特性的數(shù)據(jù)文件。嵌入式數(shù)據(jù)庫與其它數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品的區(qū)別是，前者是程序驅(qū)動式, 而后者是引擎響應(yīng)式。嵌入式數(shù)據(jù)庫的一個很重要的特點是它們的體積非常小，編譯后的產(chǎn)品也不過幾十K。這不但對桌面程序的數(shù)據(jù)存儲方案是一個很好的選擇，也使得它們可以應(yīng)用到一些移動設(shè)備上。同時，很多嵌入式數(shù)據(jù)庫在性能上也優(yōu)于其它數(shù)據(jù)庫，所以在高性能的應(yīng)用上也常見嵌入式數(shù)據(jù)庫的身影。
下面介紹的是兩個開放源代碼的嵌入式數(shù)據(jù)庫，Berkeley DB和SQLite。同時側(cè)重介紹如何應(yīng)用Java連接這兩種嵌入式數(shù)據(jù)庫。
一. Berkeley DB
1. 簡介
Berkeley DB是一款健壯的，高速的工業(yè)級嵌入式數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品，你可以在它的官方主頁（見參考鏈接一）上發(fā)現(xiàn)很多知名的公司都采用了這款嵌入式數(shù)據(jù)庫。Berkeley DB的一個很重要的特點是就是高速存儲。在高流量，高并發(fā)的情況下，Berkeley DB要比非嵌入式的數(shù)據(jù)庫表現(xiàn)得更加出色。所以在一些技術(shù)實現(xiàn)上，Berkeley DB被作為大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫的中間數(shù)據(jù)緩沖層，用來快速的保存數(shù)據(jù)，可能會在適當?shù)臅r刻再導(dǎo)入到大型數(shù)據(jù)庫中，進而應(yīng)用大型數(shù)據(jù)庫所提供的更為高級的特性。
Berkeley DB雖然是開源的產(chǎn)品，但對某些條件下的商業(yè)性應(yīng)用，卻不是免費的，而且價格頗為昂貴。這些商業(yè)條件排除了開源的情況，不發(fā)放分布版本的情況，等等。比如，如果你的程序是開放源代碼的或者僅僅應(yīng)用到單一的網(wǎng)站上，在這種情況下，Berkeley DB是免費的。
2. 獲得Java與Berkeley DB的接口
Berkeley DB目前的版本是4.1.25，自帶了Java接口。下載的壓縮包中包含C和Java語言的源代碼和編譯配置文件。在Windows平臺，可以用MS Visual C++ 6.0或MS VC.Net編譯。用VC6編譯的操作如下介紹：在源代碼的build_win32路徑下打開VC的工程文件，之后在Build菜單中的Set Active Configuration選擇db_java win32 release編譯選項。在VC的Tools菜單Options選項中指定JNI.H等Java本地化接口編譯時所需要頭文件的位置。你會在JDK的include路徑下找到這些頭文件, 例如加入的路徑可能會是這樣的：C:jdk1.4include和C:jdk1.4includewin32。最后在Tools菜單中Options選項還要設(shè)置Javac.exe和Jar.exe的執(zhí)行路徑，這個設(shè)置會使VC開發(fā)環(huán)境也能調(diào)用Java編譯器，從而在VC環(huán)境下直接完成對Java接口類的編譯和打包。在編譯后，在release 路徑下的文件中找到db.jar, libdb41.dll, libdb_java41.dll，這三個文件組成了Berkeley DB 的Java接口程序包。
3. 應(yīng)用Java與Berkeley DB的接口
Berkeley DB并不是一個關(guān)系型的數(shù)據(jù)庫。不能應(yīng)用標準的SQL語句對數(shù)據(jù)庫操作，對它的操作要調(diào)用專用的API實現(xiàn)。這些API提供了查詢、插入、刪除等功能。比如com.sleepycat.db.Db類代表數(shù)據(jù)庫對象。Db類的put()方法完成的是插入功能，get()方法完成的是讀出數(shù)據(jù)的功能。
Berkeley DB每一個記錄都有一個鍵值和對應(yīng)的數(shù)據(jù)值,而鍵值和數(shù)據(jù)必須是類com.sleepycat.db.Dbt的對象或其子類的對象。Dbt提供了一些方法可以將byte數(shù)組或Object對象保存到Dbt的對象中去。比如，Dbt類中的set_data(byte[])或set_object(Object)方法。注意到目前Berkeley DB中的Java API命名方法并不符合Java的命名規(guī)范，比如set_data()方法應(yīng)該命名為setData()方法。Berkeley DB許諾在下一個版本中會提供符合命名規(guī)范的Java API。
Berkeley DB對任何存入的數(shù)據(jù)都是直接原樣存儲到數(shù)據(jù)文件中去，無論其是二進制數(shù)據(jù)還是ASCII或Unicode等編碼的文本。通?？梢岳眠@一特性和Java串行化的概念方便的進行數(shù)據(jù)的存取。例如聲明一個類
public class AccountInfo implements Serializable{
//帳戶信息
public String loginName;
public String password;
public boolean auotLogin;
}
在這個AccountInfo類中僅僅包含了數(shù)據(jù)項的定義。我們完全可以將這個類看作數(shù)據(jù)庫的表中字段定義?？梢杂肂erkeley DB保存AccountInfo對象的串行化二進制數(shù)據(jù)，以此來保存這個對象中的變量值。在操作中，先對Dbt的對象調(diào)用set_object(AccountInfo)方法，而后把這個Dbt對象作為一條紀錄保存到表中。當然，我們也可以應(yīng)用繼承Dbt類的方法來完成對數(shù)據(jù)的保存。
下面這段簡單代碼演示如何將數(shù)據(jù)存入到數(shù)據(jù)庫中，然后再用游標對象瀏覽全部數(shù)據(jù)。
//注意，下面的程序的忽略了對異常處理，寫入數(shù)據(jù)初始化等等一些代碼，請在適當修改后再編
//譯運行它
Db dbFile = null;
//生成Db對象
dbFile = new Db(null, 0);
//用BTree方式打開數(shù)據(jù)庫，庫文件是在c:/temp下的mydata.db文件，表名是employee
//如果數(shù)據(jù)庫不存在，則自動生成一個新的數(shù)據(jù)庫。
dbFile.open(null,"c:\temp\mydata.db","employee",Db.DB_BTREE,
Db.DB_CREATE,0);
Dbt key = new Dbt();
Dbt data = new Dbt();
//向庫文件中插入一條數(shù)據(jù)，如果已經(jīng)存在，打印出錯信息
if (dbFile.put(null,key, data, Db.DB_APPEND) == Db.DB_KEYEXIST) {
System.out.println("Key already exists.");
}
//關(guān)閉數(shù)據(jù)文件
dbFile.close(0);
//重新打開數(shù)據(jù)文件
dbFile = new Db(null, 0);
dbFile.open(null, "c:\temp\mydata.db", "employee", Db.DB_UNKNOWN, 0, 0644);
// 聲明一個數(shù)據(jù)庫游標Dbc對象iterator
Dbc iterator = dbFile.cursor(null, 0);
// 遍歷整個表
Dbt key = new Dbt();
while (iterator.get(key, data, Db.DB_NEXT) == 0)
{
System.out.println("reading");
}
iterator.close();
dbFile.close(0);
在運行Berkeley DB的程序時勿必在系統(tǒng)環(huán)境變量PATH中設(shè)置libdb41.dll和 libdb_java41.dll所在的路徑。
4. Berkeley DB的存儲模式
Berkeley DB提供了四種存儲數(shù)據(jù)的模式：Btree，Hash，Queue和Recno。在打開數(shù)據(jù)庫的時候要指定一種存儲模式，比如上例中open()方法中的參數(shù)Db.DB_BTREE就是指定以Btree模式打開數(shù)據(jù)庫。
Btree模式是以排序的二叉樹的方式存儲，Hash是以線性哈希表的方式存儲。Queue用邏輯記錄號做為鍵值，以定長的數(shù)據(jù)為記錄值。Recno方式也以邏輯記錄號做為鍵值，但可以保存定長或變長的記錄值。這里提到的邏輯記錄號有兩種，可變的和固定的?？勺冞壿嬘涗浱枙鶕?jù)數(shù)據(jù)記錄的增加與刪除做相應(yīng)的變化。比如在數(shù)據(jù)庫中共有100條記錄，如果刪除第80條記錄，那么第81條記錄的邏輯記錄號會自動變成80，以此類推，第100條記錄邏輯記錄號會變成99。固定的邏輯記錄號則無論數(shù)據(jù)庫如何操作都不會有變化。Queue模式下，邏輯記錄號只能是固定方式。
Recno模式則可通過配置來選擇是采用那種類型的記錄號作為鍵值。Btree模式也可以通過設(shè)置，將可變的邏輯記錄號做為鍵值。
這幾種存儲模式各有優(yōu)缺點，要根據(jù)具體的需求來選擇。當鍵值不想用邏輯記錄號時Btree或Hash是必須的選擇。Btree方式比較適合連續(xù)的順序讀取，比如，當鍵值是時間值，如果經(jīng)常有從某一時間點開始連續(xù)讀取后繼的記錄的操作，Btree是一種很好的選擇。對隨機的跳躍式讀取，Hash模式則更為恰當。Queue和Recno都以記錄號為鍵值，但前者適合先進先出的讀取方式。
Recno則通常是存取變長文本記錄的理想存儲模式。
5. Berkeley DB Environment的概念
Berkeley DB Environment為一組數(shù)據(jù)庫同時提供參數(shù)設(shè)置。更為重要的是，如果要應(yīng)用更高級的特性，必須要使用Environment功能，比如在想要對保存的數(shù)據(jù)進行加密存儲時。
6. 更多特點
除了最基本的插入、查詢、刪除功能以外，Berkeley DB還提供了一些特性，比如Transaction，數(shù)據(jù)加密，同步加鎖控制，錯誤日志等功能。下面的圖片是Berkeley DB功能示意圖。
二. SQLite
1. 簡介
相信PHP的開發(fā)人員一定不會對SQLite感到陌生，因為在PHP5中已經(jīng)集成了這個輕巧的內(nèi)嵌式數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品。SQLite與Berkeley DB相比，在操作語句上更類似關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的產(chǎn)品。絕大多數(shù)標準的SQL92語句SQLite都能支持。
SQLite的版權(quán)允許無任何限制的應(yīng)用，包括商業(yè)性的產(chǎn)品。在參考鏈接二上提供的SQLite官方主站上可以下載到編譯后的SQLite程序。但推薦應(yīng)用CVS工具下載最新版本的SQLite源代碼。如果在*nux平臺下，可直接用make編譯。如果在Windows平臺，常用的有兩種方法，
一是應(yīng)用在Windows平臺下的Linux仿真程序，如MingW或Cygwin提供的make來編譯。
二是應(yīng)用MS VC平臺編譯。后者設(shè)置略有麻煩，但可仿照參考鏈接五上提供的MS VC6工程文件的樣例。應(yīng)用到這個樣例的時候，要注意的是由于SQLite源代碼在不斷更新，如果直接應(yīng)用樣例所提供的VC6工程文件編譯會出現(xiàn)一些問題，讀者要根據(jù)具體的情況稍微調(diào)整一下編譯的設(shè)置。2. 編譯第三方Java接口
SQLite源代碼是C，而且官方網(wǎng)站上只提供了C和Tcl語言的接口。為了應(yīng)用Java接口，要采用第三方的接口驅(qū)程，可在參考鏈接三中找到這個Java接口程序。這個接口提供了兩種連接SQLite 的方式：一是直接用JNI技術(shù)調(diào)用SQLite的C語言接口，這種方式要求開發(fā)人員要對SQLite本身的API也有一定的了解。在第二種方式中，接口程序?qū)崿F(xiàn)了Java標準規(guī)范的JDBC接口，這樣開發(fā)人員只要對JDBC有了解就可以了。
下面介紹在Windows系統(tǒng)MS VC6環(huán)境中編譯SQLite Java接口（同時包括JNI和JDBC兩個接口）的過程。如果你對C語言編譯的設(shè)置很熟悉，可以跳這這段介紹。
第一步先把SQLite源代碼編譯成Lib靜態(tài)庫文件。具體的步驟可以直接應(yīng)用下面參考鏈接中提供的MS VC6工作區(qū)文件，其中有一個編譯SQLite到靜態(tài)庫的設(shè)置。編譯成功后得到SQLite.lib文件。
第二步要建立一個新的VC DLL項目，然后和上面介紹的Berkeley DB在編譯Java本地化接口的設(shè)置一樣，在VC的Tools菜單Options選項中指定JNI.H等JNI編譯所要的頭文件位置。同時還要指定sqlite.h頭文件位置，這個文件是在生成SQLite靜態(tài)庫的時候自動生成的，可以在SQLite.lib文件所在的工作區(qū)目錄下面找到它，例如加入的路徑為C:sqlitemsvc6。然后在Project菜單的setting選項設(shè)置Link到SQLite.lib庫文件，并再次在Tools菜單中Options指定SQLite.lib的查找路徑。注意有些情況下可能要設(shè)置予編譯選項HAVE_SQLITE_COMPILE以便使用SQLite中VM的一些功能。編譯成功后可得到Sqlite_jni.dll文件。
第三方接口庫中的Java代碼包含JNI接口和多個版本的JDBC接口程序，可根據(jù)你的JRE的版本選擇相應(yīng)的JDBC程序。編譯這些Java代碼的過程這里就不做敘述了。
編譯后的Java類包加上前面得到的Sqlite_jni.dll文件，組成了SQLite的Java接口庫，在應(yīng)用Java語言調(diào)用JDBC或JNI接口時，都是通過應(yīng)用Java的本地化技術(shù)調(diào)用Sqlite_jni.dll文件，完成對SQLite數(shù)據(jù)庫的操作。
3. 應(yīng)用JNI直接調(diào)用SQLite功能
下面這段代碼演示如何應(yīng)用JNI接口操作SQLite?？梢钥吹紻atabase類的exec()方法是執(zhí)行SQL語句的關(guān)鍵：
Database db = new Database();
try {
//打開數(shù)據(jù)庫
db.open("c:\temp\mydata.slt", 0666);
db.interrupt();
db.busy_timeout(1000);
db.busy_handler(null);
db.exec("create table account (name varchar(10),gale boolean)",result);
db.exec("insert into account values('steve','m')", result);
db.exec("select * from account",result);
//關(guān)閉數(shù)據(jù)庫
db.close();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
4. 應(yīng)用JDBC連接SQLite
用"SQLite.JDBCDriver"作為JDBC的驅(qū)動程序類名。連接JDBC的URL格式為jdbc:sqlite:/path。這里的path為指定到SQLite數(shù)據(jù)庫文件的路徑，例如:
jdbc:sqlite://dirA/dirB/dbfile
jdbc:sqlite://DRIVE:/dirA/dirB/dbfile
jdbc:sqlite://COMPUTERNAME/shareA/dirB/dbfile
參考下面的應(yīng)用JDBC連接SQLite的例程：
//聲明JDBC驅(qū)動程序
Class clz = Class.forName("SQLite.JDBCDriver");
//連接數(shù)據(jù)庫
Connection conn = DriverManager.getConnection("jdbc:sqlite:/c:/temp/e2.db");
Statement stmt = conn.createStatement();
//生成person表，包含名子和年齡字段
stmt.execute("create table person (name varchar(100),age int)");
//插入數(shù)據(jù)
stmt.execute("insert into person values('steve',25)");
//用SQL語句讀出數(shù)據(jù)
result = stmt.executeQuery("select * from person");
while(result.next()){
System.out.println(result.getString(1));
System.out.println(result.getInt(2));
}
運行程序時要在Java.exe命令行加入選項java.library.path指定到Sqlite_jni.dll所在的路徑。例如，如果Sqlite_jni.dll放在c:sqliteNative 路徑下面，運行類com.e2one.MyClass 的命令行將會是這樣：java -Djava.library.path=c:sqliteNative com.e2one.MyClass。
5. SQLite的特點
SQLite是無數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)庫。雖然在生成表結(jié)構(gòu)的時候，要聲明每個域的數(shù)據(jù)類型，但SQLite并不做任何檢查。開發(fā)人員要靠自己的程序控制輸入與讀出數(shù)據(jù)的類型是正確的。這里有一個例外，就是當主鍵為整型值時，如果要插入一個非整型值時會產(chǎn)生異常。另外，雖然在插入或讀出數(shù)據(jù)的時候是不區(qū)分類型的，但在比較的時候，不同數(shù)據(jù)類型是有區(qū)別的。比如：
CREATE TABLE MyTable(a INTEGER, b TEXT);
INSERT INTO MyTable valueS(0,0);
當執(zhí)行下面的查詢：
SELECT count(*) FROM MyTable WHERE a=='00';
會返回一條記錄，因為字段a的類型是整型，而數(shù)字00與0是相等的。
而執(zhí)行下面的查詢則不會返回記錄：
SELECT count(*) FROM MyTable WHERE b=='00';
因為字段b是字符類型，字符"00"與"0"是不相等的。
SQLite提供了對Transaction的支持。應(yīng)用Transaction即保證了數(shù)據(jù)的完整性，也會提高運行速度，因為多條語句一起提交給數(shù)據(jù)庫的速度會比一條一條的提交方式更快。
對二進制數(shù)據(jù)，SQLite不能直接保存。但可以先將二進制的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成ASCII編碼，然后再保存。Base64編碼機制是最常見的把二進制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成ASCII編碼的手段。在SQLite的C語言代碼encode.c中提供了Base64編碼的功能。對Java而言，在參考鏈接六中提供的Apache的XML RPC項目中可以找到一個Base64編碼的例子。
上面介紹了兩個比較常見的嵌入式數(shù)據(jù)庫，Berkeley DB速度極快，可靠性高，但學(xué)習(xí)起來有一定難度。SQLite則簡單易用，速度也很快，又可以應(yīng)用標準的JDBC連接，但它功能卻照Berkeley略有遜色，比如加密功能、二進制數(shù)據(jù)的處理等。
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