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JDBC从入门到面试：全面掌握Java数据库连接技术

news 2025/9/14 8:01:51

JDBC从入门到面试：全面掌握Java数据库连接技术

引言

Java数据库连接（JDBC）是Java语言中用来规范客户端程序如何访问数据库的应用程序接口（API），它提供了跨数据库的统一访问方式。无论是初学者还是准备面试的开发者，深入理解JDBC都是Java后端开发者的必备技能。本文将带你从JDBC基础概念开始，逐步深入到高级特性和常见面试问题。

一、JDBC基础概念

1.1 什么是JDBC？

JDBC（Java Database Connectivity）是Java提供的一套用于执行SQL语句的Java API，它由一组用Java语言编写的类和接口组成。通过JDBC，开发者可以使用纯Java代码连接各种关系型数据库，并执行数据库操作。

1.2 为什么需要JDBC？

在JDBC出现之前，Java程序访问不同数据库需要使用各自特定的API，这导致了几个问题：

  • 代码与特定数据库绑定，移植困难
  • 需要学习不同数据库的API
  • 维护成本高

JDBC通过提供统一的接口解决了这些问题，实现了"编写一次，随处运行"的数据库访问能力。

1.3 JDBC架构

JDBC架构分为四层：

  1. 应用程序层：调用JDBC API的Java程序
  2. JDBC API层：java.sql和javax.sql包中的接口和类
  3. 驱动程序管理层：DriverManager类
  4. 数据库驱动程序层：数据库厂商提供的具体实现

二、JDBC核心组件

2.1 DriverManager

DriverManager是JDBC架构中的基本服务，用于管理数据库驱动程序。它负责加载驱动程序并根据连接请求匹配适当的驱动程序。

// 加载驱动（JDBC 4.0以后可自动加载）
Class.forName("com.mysql.cj.jdbc.Driver");// 建立连接
Connection conn = DriverManager.getConnection("jdbc:mysql://localhost:3306/mydb", "username", "password");

2.2 Connection

Connection对象代表与数据库的连接，是JDBC操作的起点。通过Connection可以创建Statement、PreparedStatement和CallableStatement对象。

// 获取连接
Connection connection = DriverManager.getConnection(url, user, password);// 设置事务属性
connection.setAutoCommit(false); // 关闭自动提交
connection.setTransactionIsolation(Connection.TRANSACTION_READ_COMMITTED); // 设置隔离级别

2.3 Statement

Statement用于执行静态SQL语句并返回结果。适用于执行不带参数的SQL语句。

Statement stmt = connection.createStatement();
ResultSet rs = stmt.executeQuery("SELECT * FROM users");

2.4 PreparedStatement

PreparedStatement是Statement的子接口，用于执行预编译的SQL语句，可以有效防止SQL注入攻击，提高执行效率。

String sql = "INSERT INTO users (name, email) VALUES (?, ?)";
PreparedStatement pstmt = connection.prepareStatement(sql);
pstmt.setString(1, "John Doe");
pstmt.setString(2, "john@example.com");
pstmt.executeUpdate();

2.5 CallableStatement

CallableStatement用于执行数据库存储过程，是PreparedStatement的子接口。

CallableStatement cstmt = connection.prepareCall("{call get_user_details(?, ?)}");
cstmt.setInt(1, userId);
cstmt.registerOutParameter(2, Types.VARCHAR);
cstmt.execute();
String userName = cstmt.getString(2);

2.6 ResultSet

ResultSet表示数据库结果集的数据表，通常通过执行查询数据库的语句生成。它提供了多种方法来获取和操作数据。

ResultSet rs = stmt.executeQuery("SELECT * FROM users");
while (rs.next()) {int id = rs.getInt("id");String name = rs.getString("name");String email = rs.getString("email");System.out.println("ID: " + id + ", Name: " + name + ", Email: " + email);
}

三、JDBC编程步骤

3.1 基本步骤

  1. 加载并注册数据库驱动
  2. 建立数据库连接
  3. 创建Statement对象
  4. 执行SQL语句
  5. 处理结果集
  6. 关闭连接释放资源

3.2 完整示例

import java.sql.*;public class JdbcExample {public static void main(String[] args) {Connection conn = null;Statement stmt = null;ResultSet rs = null;try {// 1. 加载驱动Class.forName("com.mysql.cj.jdbc.Driver");// 2. 建立连接conn = DriverManager.getConnection("jdbc:mysql://localhost:3306/mydb", "username", "password");// 3. 创建Statementstmt = conn.createStatement();// 4. 执行查询rs = stmt.executeQuery("SELECT id, name, email FROM users");// 5. 处理结果while (rs.next()) {int id = rs.getInt("id");String name = rs.getString("name");String email = rs.getString("email");System.out.println("ID: " + id + ", Name: " + name + ", Email: " + email);}} catch (ClassNotFoundException e) {System.out.println("找不到数据库驱动: " + e.getMessage());} catch (SQLException e) {System.out.println("数据库操作错误: " + e.getMessage());} finally {// 6. 关闭资源try {if (rs != null) rs.close();if (stmt != null) stmt.close();if (conn != null) conn.close();} catch (SQLException e) {System.out.println("关闭资源时发生错误: " + e.getMessage());}}}
}

3.3 使用try-with-resources简化代码

Java 7引入了try-with-resources语句，可以自动关闭资源，使代码更简洁。

try (Connection conn = DriverManager.getConnection(url, user, password);Statement stmt = conn.createStatement();ResultSet rs = stmt.executeQuery("SELECT * FROM users")) {while (rs.next()) {// 处理结果}
} catch (SQLException e) {e.printStackTrace();
}

四、事务处理

4.1 什么是事务？

事务是数据库操作的基本单位，是一系列要么全部成功要么全部失败的操作。事务具有ACID特性：

  • 原子性（Atomicity）：事务中的所有操作要么全部完成，要么全部不完成
  • 一致性（Consistency）：事务执行前后数据库状态保持一致
  • 隔离性（Isolation）：并发事务之间相互隔离
  • 持久性（Durability）：事务提交后对数据库的修改是永久的

4.2 JDBC事务管理

Connection conn = null;
try {conn = DriverManager.getConnection(url, user, password);// 关闭自动提交conn.setAutoCommit(false);// 执行多个SQL操作Statement stmt1 = conn.createStatement();stmt1.executeUpdate("UPDATE account SET balance = balance - 100 WHERE id = 1");Statement stmt2 = conn.createStatement();stmt2.executeUpdate("UPDATE account SET balance = balance + 100 WHERE id = 2");// 提交事务conn.commit();} catch (SQLException e) {// 回滚事务if (conn != null) {try {conn.rollback();} catch (SQLException ex) {ex.printStackTrace();}}e.printStackTrace();
} finally {// 恢复自动提交并关闭连接if (conn != null) {try {conn.setAutoCommit(true);conn.close();} catch (SQLException e) {e.printStackTrace();}}
}

4.3 保存点（Savepoint）

保存点允许在事务中设置中间点，可以回滚到某个保存点而不是整个事务。

Savepoint savepoint = null;
try {conn.setAutoCommit(false);// 执行一些操作stmt.executeUpdate("INSERT INTO table1 VALUES (...)");// 设置保存点savepoint = conn.setSavepoint("SAVEPOINT_1");// 执行更多操作stmt.executeUpdate("INSERT INTO table2 VALUES (...)");conn.commit();
} catch (SQLException e) {if (savepoint != null) {// 回滚到保存点conn.rollback(savepoint);conn.commit(); // 提交部分事务} else {conn.rollback(); // 回滚整个事务}
}

五、数据库连接池

5.1 为什么需要连接池？

传统的JDBC连接方式存在以下问题：

  • 每次操作都需要建立和关闭连接，开销大
  • 无法控制连接数量，可能导致系统资源耗尽
  • 连接缺乏管理，容易造成连接泄漏

连接池通过预先创建并管理一定数量的数据库连接，解决了这些问题。

5.2 常见连接池

  1. Apache DBCP：Apache基金会提供的连接池
  2. C3P0：老牌连接池，稳定但性能一般
  3. Druid：阿里巴巴开源的高性能连接池，功能全面
  4. HikariCP：目前性能最好的连接池，Spring Boot 2.x默认连接池

5.3 HikariCP配置示例

HikariConfig config = new HikariConfig();
config.setJdbcUrl("jdbc:mysql://localhost:3306/mydb");
config.setUsername("username");
config.setPassword("password");
config.setMaximumPoolSize(20);
config.setMinimumIdle(5);
config.setConnectionTimeout(30000);
config.setIdleTimeout(600000);
config.setMaxLifetime(1800000);HikariDataSource ds = new HikariDataSource(config);// 获取连接
try (Connection conn = ds.getConnection();Statement stmt = conn.createStatement();ResultSet rs = stmt.executeQuery("SELECT * FROM users")) {// 处理结果
}

5.4 连接池关键参数

  • maximumPoolSize：连接池最大连接数
  • minimumIdle：连接池最小空闲连接数
  • connectionTimeout：获取连接的超时时间
  • idleTimeout：连接空闲超时时间
  • maxLifetime：连接最大存活时间

六、JDBC进阶特性

6.1 批量处理

批量处理可以显著提高大量数据操作的性能。

try (Connection conn = DriverManager.getConnection(url, user, password);PreparedStatement pstmt = conn.prepareStatement("INSERT INTO users (name, email) VALUES (?, ?)")) {conn.setAutoCommit(false);for (int i = 1; i <= 1000; i++) {pstmt.setString(1, "User" + i);pstmt.setString(2, "user" + i + "@example.com");pstmt.addBatch(); // 添加到批处理if (i % 100 == 0) {pstmt.executeBatch(); // 每100条执行一次conn.commit(); // 提交事务}}pstmt.executeBatch(); // 执行剩余的conn.commit();} catch (SQLException e) {e.printStackTrace();
}

6.2 结果集元数据

ResultSetMetaData可以获取结果集的结构信息，如列数、列名、列类型等。

ResultSet rs = stmt.executeQuery("SELECT * FROM users");
ResultSetMetaData rsmd = rs.getMetaData();int columnCount = rsmd.getColumnCount();
for (int i = 1; i <= columnCount; i++) {String columnName = rsmd.getColumnName(i);String columnType = rsmd.getColumnTypeName(i);int columnSize = rsmd.getColumnDisplaySize(i);System.out.println("Column " + i + ": " + columnName + " (" + columnType + ", " + columnSize + ")");
}

6.3 数据库元数据

DatabaseMetaData可以获取数据库的整体信息。

DatabaseMetaData dbmd = conn.getMetaData();System.out.println("Database Product: " + dbmd.getDatabaseProductName());
System.out.println("Database Version: " + dbmd.getDatabaseProductVersion());
System.out.println("Driver Name: " + dbmd.getDriverName());
System.out.println("Driver Version: " + dbmd.getDriverVersion());// 获取所有表
ResultSet tables = dbmd.getTables(null, null, "%", new String[]{"TABLE"});
while (tables.next()) {String tableName = tables.getString("TABLE_NAME");System.out.println("Table: " + tableName);
}

6.4 可滚动和可更新的结果集

JDBC支持可滚动和可更新的结果集，但需要数据库驱动支持。

// 创建可滚动、可更新的Statement
Statement stmt = conn.createStatement(ResultSet.TYPE_SCROLL_INSENSITIVE, ResultSet.CONCUR_UPDATABLE
);ResultSet rs = stmt.executeQuery("SELECT * FROM users");// 滚动到第一行
rs.first();// 更新当前行
rs.updateString("name", "New Name");
rs.updateRow();// 插入新行
rs.moveToInsertRow();
rs.updateString("name", "Inserted Name");
rs.updateString("email", "inserted@example.com");
rs.insertRow();

七、JDBC与SQL注入

7.1 什么是SQL注入？

SQL注入是一种代码注入技术，攻击者通过在输入中插入恶意SQL代码，从而执行非预期的数据库操作。

7.2 如何防止SQL注入？

  1. 使用PreparedStatement：最重要的防御手段
  2. 输入验证：对所有用户输入进行严格验证
  3. 最小权限原则：数据库用户只授予必要权限
  4. 使用ORM框架：如Hibernate、MyBatis等
// 易受SQL注入的写法
String query = "SELECT * FROM users WHERE name = '" + userName + "'";
Statement stmt = conn.createStatement();
ResultSet rs = stmt.executeQuery(query);// 安全的写法
String query = "SELECT * FROM users WHERE name = ?";
PreparedStatement pstmt = conn.prepareStatement(query);
pstmt.setString(1, userName);
ResultSet rs = pstmt.executeQuery();

八、JDBC常见面试题

8.1 基础问题

  1. 什么是JDBC？
    JDBC是Java数据库连接API，提供了一套用于执行SQL语句的Java接口，使Java程序能够与各种关系型数据库进行交互。

  2. JDBC驱动有哪些类型？

    • Type 1: JDBC-ODBC桥接驱动
    • Type 2: 本地API驱动
    • Type 3: 网络协议驱动
    • Type 4: 纯Java驱动（最常用）

  3. Statement和PreparedStatement的区别？

    • Statement用于执行静态SQL，每次执行都需要编译
    • PreparedStatement用于执行预编译SQL，性能更好，可防止SQL注入

  4. execute、executeQuery和executeUpdate的区别？

    • execute: 可执行任何SQL，返回boolean表示是否有ResultSet
    • executeQuery: 执行查询，返回ResultSet
    • executeUpdate: 执行DML语句，返回受影响的行数

8.2 进阶问题

  1. 什么是数据库连接池？为什么使用它？
    数据库连接池是管理数据库连接的缓存池，通过复用连接减少创建和关闭连接的开销，提高性能。

  2. JDBC如何处理事务？
    通过Connection的setAutoCommit(false)关闭自动提交，使用commit()提交事务，rollback()回滚事务。

  3. ResultSet.TYPE_SCROLL_INSENSITIVE和ResultSet.TYPE_SCROLL_SENSITIVE的区别？

    • INSENSITIVE: 结果集不反映底层数据的更改
    • SENSITIVE: 结果集反映底层数据的更改

  4. JDBC中的批处理是什么？
    批处理允许将多个SQL语句分组为一个单元一次性提交到数据库，减少网络通信开销，提高性能。

8.3 实战问题

  1. 如何优化JDBC性能？

    • 使用连接池
    • 使用PreparedStatement
    • 使用批处理
    • 合理设置fetch size
    • 及时关闭资源

  2. 如何处理JDBC中的大数据类型？
    使用setBinaryStream()、setCharacterStream()等方法处理BLOB和CLOB类型数据。

  3. 如何实现JDBC的分页查询？
    不同数据库语法不同，MySQL使用LIMIT，Oracle使用ROWNUM，也可以通过ResultSet的absolute()方法实现。

// MySQL分页
String sql = "SELECT * FROM users LIMIT ?, ?";
PreparedStatement pstmt = conn.prepareStatement(sql);
pstmt.setInt(1, (pageNo - 1) * pageSize); // 起始位置
pstmt.setInt(2, pageSize); // 每页大小

九、总结

JDBC作为Java访问数据库的标准API，是每个Java开发者必须掌握的基础技能。本文从JDBC的基本概念开始，详细介绍了核心组件、编程步骤、事务处理、连接池等关键知识点，并涵盖了常见的面试问题。

随着技术的发展，虽然现在更多使用ORM框架如MyBatis、Hibernate等，但这些框架底层仍然基于JDBC。深入理解JDBC原理和最佳实践，不仅有助于编写高效的数据库访问代码，也是解决复杂数据库问题的关键。

希望本文能帮助你全面掌握JDBC，无论是日常开发还是面试准备，都能游刃有余。


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