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## 6. 数据库访问

参考[jdbc(ppt)](./resources/JDBC.pptx)

### 6.1 JDBC(了解)
#### 6.1.1 什么是JDBC？
- **定义**: JDBC (Java Database Connectivity) 是Java中用于连接和操作关系型数据库的标准API。
- **用途**: JDBC允许Java应用程序与各种关系型数据库进行交互，包括执行SQL语句、处理查询结果等。
- **优势**: 提供了一个统一的接口，使得开发者可以使用相同的API来操作不同的数据库。

#### 6.1.2 JDBC常用API
- **Driver接口**: 定义了数据库驱动必须实现的方法。
- **DriverManager类**: 提供了加载驱动、获取数据库连接等静态方法。
- **Connection接口**: 代表与数据库的连接，用于创建Statement对象。
- **Statement接口**: 用于发送SQL语句到数据库。
- **PreparedStatement接口**: 继承自Statement，用于预编译SQL语句并设置参数。
- **ResultSet接口**: 用于处理查询结果。
- **SQLException类**: JDBC中所有异常的基类，用于表示数据库访问过程中出现的问题。

#### 6.1.3 实现第一个JDBC程序

下面是一个使用JDBC API操作数据库的例子：

```java
import java.sql.Connection;
import java.sql.DriverManager;
import java.sql.PreparedStatement;
import java.sql.ResultSet;
import java.sql.SQLException;

public class JdbcCrudExample {

    private static final String DB_URL = "jdbc:mysql://localhost:3306/mydatabase";
    private static final String USER = "root";
    private static final String PASS = "password";

    public static void main(String[] args) {
        Connection conn = null;
        try {
            // 加载MySQL驱动
            Class.forName("com.mysql.cj.jdbc.Driver");

            // 获取数据库连接
            conn = DriverManager.getConnection(DB_URL, USER, PASS);

            // 创建表
            createTable(conn);

            // 插入记录
            insertUser(conn, "Alice", 28);
            insertUser(conn, "Bob", 32);

            // 查询记录
            queryUsers(conn);

            // 更新记录
            updateUser(conn, "Alice", 29);

            // 删除记录
            deleteUser(conn, "Bob");

            // 再次查询记录
            queryUsers(conn);

        } catch (ClassNotFoundException | SQLException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (conn != null) {
                try {
                    conn.close();
                } catch (SQLException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

    private static void createTable(Connection conn) throws SQLException {
        String sql = "CREATE TABLE IF NOT EXISTS users (" +
                     "id INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY," +
                     "name VARCHAR(255) NOT NULL," +
                     "age INT)";
        PreparedStatement stmt = conn.prepareStatement(sql);
        stmt.executeUpdate();
        stmt.close();
    }

    private static void insertUser(Connection conn, String name, int age) throws SQLException {
        String sql = "INSERT INTO users (name, age) VALUES (?, ?)";
        PreparedStatement pstmt = conn.prepareStatement(sql);
        pstmt.setString(1, name);
        pstmt.setInt(2, age);
        pstmt.executeUpdate();
        pstmt.close();
    }

    private static void queryUsers(Connection conn) throws SQLException {
        String sql = "SELECT * FROM users";
        PreparedStatement pstmt = conn.prepareStatement(sql);
        ResultSet rs = pstmt.executeQuery();
        while (rs.next()) {
            int id = rs.getInt("id");
            String name = rs.getString("name");
            int age = rs.getInt("age");
            System.out.println("ID: " + id + ", Name: " + name + ", Age: " + age);
        }
        rs.close();
        pstmt.close();
    }

    private static void updateUser(Connection conn, String name, int age) throws SQLException {
        String sql = "UPDATE users SET age = ? WHERE name = ?";
        PreparedStatement pstmt = conn.prepareStatement(sql);
        pstmt.setInt(1, age);
        pstmt.setString(2, name);
        int rowsUpdated = pstmt.executeUpdate();
        System.out.println(rowsUpdated + " row(s) updated.");
        pstmt.close();
    }

    private static void deleteUser(Connection conn, String name) throws SQLException {
        String sql = "DELETE FROM users WHERE name = ?";
        PreparedStatement pstmt = conn.prepareStatement(sql);
        pstmt.setString(1, name);
        int rowsDeleted = pstmt.executeUpdate();
        System.out.println(rowsDeleted + " row(s) deleted.");
        pstmt.close();
    }
}
```

### 6.2 数据库连接池(了解)
#### 6.2.1 什么是数据库连接池？
- **定义**: 数据库连接池是一种管理数据库连接的技术，用于提高性能和减少资源消耗。
- **优势**: 减少了创建和销毁连接的开销，提高了应用程序的响应速度。

#### 6.2.2 DataSource接口
- **定义**: JDBC 4.0 引入的`javax.sql.DataSource`接口，用于创建数据库连接池。
- **使用**: 通过`getConnection()`方法获取连接。

#### 6.2.3 常见数据库连接池实现
- **Apache Commons DBCP**: 早期的数据库连接池实现。
- **C3P0**: 一个免费的开源连接池实现。
- **HikariCP**: 一个高性能的数据库连接池实现。
- **DBUtils**: 一个轻量级的数据库工具类，支持连接池管理。

#### 6.2.4 使用HikariCP实现数据库连接池
- **配置**: 设置连接池的参数。
  ```java
  HikariConfig config = new HikariConfig();
  config.setJdbcUrl("jdbc:mysql://localhost:3306/mydatabase");
  config.setUsername("username");
  config.setPassword("password");
  config.setMaximumPoolSize(10);
  config.setConnectionTimeout(30000);
  ```
- **创建连接池**:
  ```java
  HikariDataSource ds = new HikariDataSource(config);
  ```
- **获取连接**:
  ```java
  Connection conn = ds.getConnection();
  ```

### 6.3 SQL注入的预防措施(了解)
- **定义**: SQL注入是一种常见的安全攻击，通过在SQL语句中插入恶意代码来破坏数据库。
- **预防**: 使用预编译语句（PreparedStatement）来防止SQL注入。
    - **创建PreparedStatement对象**:
      ```java
      PreparedStatement pstmt = conn.prepareStatement("SELECT * FROM users WHERE name = ?");
      pstmt.setString(1, "John Doe");
      ```
    - **执行SQL查询**:
      ```java
      ResultSet rs = pstmt.executeQuery();
      ```

### 6.4 ORM(了解)
#### 6.4.1 ORM基本概念
- **定义**: ORM (Object-Relational Mapping) 是一种编程技术，用于将对象模型映射到关系型数据库模型。
- **目的**: 简化数据库操作，提高开发效率。
#### 6.4.2 常见ORM框架介绍
- **JPA (Java Persistence API)**
    - **定义**: JPA 是Java EE标准的一部分，提供了一种对象持久化机制。
    - **特点**: 支持实体管理和生命周期管理。
- **Hibernate**
    - **定义**: Hibernate 是一个流行的ORM框架，实现了JPA规范。
    - **特点**: 提供了强大的映射能力和缓存机制。
- **MyBatis**
    - **定义**: MyBatis 是一个半自动的ORM框架，提供了SQL查询的灵活性。
    - **特点**: 支持动态SQL和存储过程。

#### 6.4.3 JPA (掌握)

> JPA的全称是Java Persistence API， 即Java 持久化API，是SUN公司推出的一套基于ORM的规范，内部是由一系列的接口和抽象类构成。 JPA通过注解描述对象-关系表的映射关系，并将运行期的实体对象持久化到数据库中。
>
> JPA本身不是ORM框架——因为JPA并未提供ORM实现，它只是制订了ORM规范、API接口，具体实现则由服务厂商来提供实现。

> 在Spring Boot中，我们可以使用Spring Data JPA库来实现JPA。Spring Data JPA通过提供一系列接口和依赖注入的实现来简化与JPA的交互，同时提供了自动配置和默认规则，使得应用程序无需编写大量的代码就能实现数据的访问和操作。
![spring data jap](./resources/imgs/spring-data-jpa.png)


##### 理解实体类

在面向对象编程中，实体类是指具有某种功能或者意义的对象，可以是一个人、一件物品、一个地点、一项服务等。实体类通常由多个属性（字段）组成，并且可以具有多个操作（方法），来处理这些属性的修改、获取、设置等。

> 在ORM框架中，实体类通常是指与数据库表相关联的Java类，用于存储数据库表中的数据，并提供了对这些数据进行操作的方法。这个类的所有属性通常与该表中的列相对应，并具有相同的类型和名称。

下面是一个使用Java语言定义的User实体类的例子：

```java
@Entity
@Table(name = "users")
public class User {

    @Id
    @GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)
    private Long id;
    
    @Column(nullable = false, unique = true)
    private String username;
    
    @Column(nullable = false)
    private String password;

    // getter and setters omitted for brevity
}
```

在此类定义中，使用@Entity和@Table注释来指定该类映射到数据库中的哪个表。该类中的id、username和password字段，分别对应数据库表中的id、username和password列，并使用@Column注释指定每个字段与表中的列之间的映射关系。在此示例中，还使用@Id和@GeneratedValue注释表示id字段是主键，自动递增产生。


##### 使用spring data jpa实现数据库访问层

在Spring Boot中，Repository层是数据访问层的一种实现方式。它是一个在数据访问层中专注于对数据库进行访问、操作和管理的接口。
[
Repository层通常使用ORM框架（例如Hibernate、MyBatis）来与数据库进行交互，并将实体类映射到数据库表中。Repository层的目标是隐藏与底层数据存储相关的细节，使开发人员仅需关注业务逻辑，并提供可扩展性和松散耦合性。

下面是一个简单的例子，演示如何在Spring Boot中创建一个UserRepository：]()
```java
public interface UserRepository extends JpaRepository<User, Long> {
    User findByUsername(String username);
}
```
> 上述代码定义了一个UserRepository接口，该接口继承了JpaRepository，并特定了实体类为User，主键类型为Long。UserRepository中还定义了根据用户名查询用户信息的findByUsername方法。

> 在此例中，我们使用JpaRepository提供的方法来实现基本的CRUD操作，同时自定义findByUsername方法，以满足我们的业务需求。

##### JpaRepository

JpaRepository接口继承了PagingAndSortingRepository和CrudRepository两个接口，它包含了CRUD方法和分页/排序方法等常用操作，如save、findById、findAll、deleteById和flush等。以下是JpaRepository的一些常用方法：

- findOne：根据主键查询单个实体。
- findById：根据主键查询单个实体，返回Optional类型结果。
- save：保存或更新实体。
- deleteById：根据主键删除实体。
- findAll：查询所有实体列表。
- count：统计实体数量。
- existsById：判断是否存在指定主键的实体。
- flush：立即将持久化上下文的挂起状态写入数据库。

JpaRepository还支持自定义查询方法，这可以通过在接口中添加自定义方法来实现。自定义查询方法应使用@Query注解，具有灵活性和可扩展性，例如：

```java
public interface UserRepository extends JpaRepository<User, Long> {
    @Query("SELECT u FROM User u WHERE u.username = ?1 AND u.age = ?2")
    List<User> findByUsernameAndAge(String username, Integer age);
}
```
以上代码中，定义了一个查询方法findByUsernameAndAge，使用@Query注解指定查询语句。参数值通过?1和?2进行占位并传入，同时需要注意复合查询之间的关系。

##### Spring Boot项目中JPA的配置

在application.yml中配置JPA的属性，如数据库连接信息、实体类包名、数据库类型等。示例如下：

```yaml
spring:
  jackson:
    property-naming-strategy: SNAKE_CASE # 驼峰转下划线
  datasource:
    url: jdbc:mysql://localhost:3306/paopao?useSSL=false&serverTimezone=UTC&allowPublicKeyRetrieval=true # MySQL连接URL，paopao是数据库名
    driverClassName: com.mysql.cj.jdbc.Driver # MySQL的Driver类名
    username: root # MySQL用户名
    password: root # MySQL密码
  jpa:
    show-sql: true
    open-in-view: false
    defer-datasource-initialization: true
    database-platform: org.hibernate.dialect.MySQL8Dialect # 修改为MySQL的Dialect
    hibernate:
      ddl-auto: update # 根据需要调整，update适用于开发和某些生产环境
      format_sql: true # 保持原样，用于格式化SQL输出
```

### 6.5 事务管理(掌握)

#### 6.5.1 事务管理的基本概念

在计算机科学中，特别是在数据库管理和分布式计算领域，事务（Transaction）是一种基本的操作单位，它确保了一系列操作要么全部成功，要么全部失败。事务的概念是数据库管理系统（DBMS）中用来保证数据完整性和一致性的重要机制之一。

事务具有以下几个核心特点，通常称为ACID属性

- **原子性 (Atomicity)**: 事务中的所有操作要么全部完成，要么一个也不完成。
- **一致性 (Consistency)**: 事务的执行不会破坏数据的一致性。
- **隔离性 (Isolation)**: 事务之间是隔离的，不会相互影响。
- **持久性 (Durability)**: 一旦事务提交，它的效果是持久的。

#### 6.5.2 Spring事务管理器
- **定义**: Spring提供了多种事务管理器，如`DataSourceTransactionManager`。
- **示例**:
  ```java
  @Configuration
  @EnableTransactionManagement
  public class AppConfig {
      @Bean
      public PlatformTransactionManager transactionManager(DataSource dataSource) {
          return new DataSourceTransactionManager(dataSource);
      }
  }
  ```

#### 6.5.3 使用@Transactional进行声明式事务管理
- **定义**: 使用@Transactional注解来声明式地管理事务，简化了事务控制代码。
- **示例**:
  ```java
  @Service
  @Transactional
  public class UserService {
      private final UserRepository userRepository;
      
      @Autowired
      public UserService(UserRepository userRepository) {
          this.userRepository = userRepository;
      }
      
      public void createUser(User user) {
          userRepository.save(user);
      }
  }
  ```

#### 6.5.4 使用编程式事务管理
- **定义**: 通过编程的方式显式地管理事务，适用于需要更细粒度控制事务的情况。
- **示例**:
  ```java
  @Service
  public class UserService {
      private final UserRepository userRepository;
      private final PlatformTransactionManager transactionManager;
      
      @Autowired
      public UserService(UserRepository userRepository, PlatformTransactionManager transactionManager) {
          this.userRepository = userRepository;
          this.transactionManager = transactionManager;
      }
      
      public void createUser(User user) {
          TransactionDefinition def = new DefaultTransactionDefinition();
          TransactionStatus status = transactionManager.getTransaction(def);
          try {
              userRepository.save(user);
              transactionManager.commit(status);
          } catch (Exception e) {
              transactionManager.rollback(status);
              throw e;
          }
      }
  }
  ```