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Derby 轻量级数据库

2012-02-16  孙中熙—...
Derby 轻量级数据库
2007-12-24 21:54

Derby是Apache Database工程的一个轻量级关系数据库,其源码公开,现在被JDK6中。它的最出色之处就是可以嵌入到你的应用程序中工作,这为我们编写应用软件时对数据存储提供了极大的便利,它也可以作为服务运行,但我认为这并非它的优势,听说IBM为它增加了高端性能支持,但我认为它没有必要发展的太庞大。

下面转一篇它的简单上手指南

        它是一个理想的,并且开源的,100% Java编写的,容易管理的关系数据库管理系统,它可以和一些商业产品的特性进行交付。这篇文章是关注Apache Derby项目——一个两全其美的关系数据库管理系统。Derby是一个名为Cloudscape的小公司构思的;当Cloudscape卖给Informix后,该产品得到了加强;当IBM加入时,在“big blue”期间,它的高端工程特性得到增强;现在已经成为一个有最自由的许可的开源项目而存在。

两种灵活的使用模式
         Derby可以工作在嵌入式模式下,或在完全的客户端/服务器模式下。Derby引擎可以嵌入在你的应用程序里。当工作在嵌入式模式,你的应用程序访问数据库是直接和专有的。这就意味着其他应用程序不可能在同一时间访问该数据库。嵌入式模式的主要优点是不需要进行网络和服务器设置。因为你的应用程序包含了Derby引擎,使用者并不知道你使用了一个关系数据库。
         当使用Derby的嵌入式模式时,并没有复杂的配置和特殊的API需要你去学习。实际上,你仅仅需要做:
1. 确保Derby JARs文件在你的应用程序classpath里
2. 使用嵌入式JDBC驱动
3. 写数据库访问代码到JDBC
这是正确的,Derby根本没有特殊的APIs。只需要为你的应用程序编码到JDBC,然后Derby会为你工作得很好。事实上,如果你已经有了JDBC代码,而想把代码转换到Derby嵌入式模式下运行是十分容易的。
如果你使用过ORACLE,DB2,SQL Server或MySQL,你应该对网络模式(客户端/服务器模式)的工作原理相当熟悉。一个独立的Java进程运行作为Derby的网络服务器,通过网络监听客户端的连接。该Derby网络服务器能唯一的访问数据库存储器,并能同时接受多个客户端连接。这就允许多个用户在同一时间通过网络方式访问该关系数据库管理系统。
当不适合使用嵌入式模式进行操作时(例如:你必须运行和管理个别的服务器进程,或许在不同的机器上),当你需要多用户访问数据库时,Derby的客户端-服务器模式能提供一个有效的解决方案。
配置Derby数据库
为了完全体会Derby设置和使用的好处,你需要自己亲身体验它。首先,下载和安装Derby。然后,确保你的classpath环境变量包含:
derby_installation_directory\lib\derby.jar;和derby_installation_directory\lib\derbytools.jar;
你也可以编辑提供给你的sp.bat文件,设置你的Derby安装目录,然后运行设置你的classpath。
一旦你设置好了classpath,就修改工作目录。数据库将被创建在这个目录里面。从db\createdb目录复制createdb.sql文件到工作目录。然后,启动命令行界面(执行ij)进入Derby:
java org.apache.derby.tools.ij
你也可以使用在batch子目录下提供的ij.bat,在使用前一定要编辑该批处理文件,添加你的Derby安装目录路径。这样才能进入正确的命令行,使用嵌入式Derby引擎。你看到的提示将与下面的类似:
ij version 10.0
ij>

         你可以输入“help”;来查看可以使用的命令。要创建数据库和表来使用,仅仅需要运行createdb.sql文件。使用ij命令:
run ‘createdb.sql’;
         run命令将调用一个脚本文件并执行它里面的Derby命令,类似于Windows的批处理文件。下面显示的是createdb.sql文件的内容。
connect
                 'jdbc:derby:vsjdb;create=true';
drop table orders;
drop table custs;
create table custs
                 (id char (5) not null,
                                 name char(40) not null,
                                                primary key(id));
create table orders
                 (id char(8) not null,
                                 custid char(5) not null,
                                                total integer,
                                                               primary key(id,custid));
insert into custs values (
                 '1', 'John Smith');
insert into custs values (
                 '2', 'Mary Todd');
insert into orders values(
                 '0001', '1', 39999);
insert into orders values(
                 '0002', '1', 2999);
insert into orders values(
                 '0003', '1', 1904);
insert into orders values(
                 '0004', '2', 3232);
insert into orders values(
                 '0005', '2', 109900);
在每一行都需要一个分号,这与命令行输入命令是一样的。脚本的第一行是连接命令,指明连接的嵌入式Derby驱动名字。在脚本里的连接命令为:
connect
                ‘jdbc:derby:vsjdb;create=true’;
         使用jdbc:derby说明Derby驱动是使用的JDBC协议,而vsjdb是一个数据库的名字,它能通过嵌入式驱动创建和访问。create=true属性说明如果该数据库不存在时,就创建该数据库。
         该createdb.sql脚本将创建一个名为vsjdb(当它不存在时)的数据库,并在该数据库中创建custs和orders表。它将在表中添加两个用户和五个定单。如果你使用过其他数据库的SQL语句,你应该相当熟悉在脚本里的SQL语句。
         你可以查看你的工作目录,现在你将看到一个vsjdb子目录。数据将保存在里面。数据库可以很简单的的进行备份,就是复制这个子目录。
表格1和表格2是custs和orders表的信息
Table 1: The custs table

Field Name
Data Type
Note

Id
char(5)
primary key

Name
char(40)
  
Table 2: The orders table

Field Name
Data Type
Note

Id
char(8)
primary key (compound)

Custid
char(5)
primary key (compound)

Total
int

与关系数据库管理系统数据操作
要查看顾客记录信息,在ij提示行后使用SQL SELECT语句:
select * from custs;
要查看定单,使用下面的命令:
select * from orders;
要删除顾客,尝试使用下面的命令:
delete from custs where id=’1’;
你可以选择custs表里的某一行,并能查看到哪个用户被删除。要删除与这个用户相关联的定单信息,使用下面的命令:
delete from orders where custid=’1’;

你现在可以查看orders表,并能看见所有关于一号顾客的定单都被删除了。
在你离开ij前,删除数据库里的所有记录:
delete from custs;
delete from orders;
着它将是一个空数据库,在下一部分,将写入自定义的Java代码。
使用exit命令离开ij:
exit;
自从连接URL指定了嵌入式驱动,只有ij能唯一的访问这个数据库。
嵌入Derby到你的Java应用程序中
         时间加速我们的Java编译和编写某些代码。这些代码将放入Derby做一个小测试,给你一个关系数据库管理系统能处理现实世界大量数据能力的信心。
         下面是名为FillTable.java的代码,将创建1000个用户,每个用户有10条定单——总共10000条定单。在嵌入子目录下你可以找到FillTable.java的源代码。
import java.sql.*;
public class TableFiller {
                 Connection conn = null;
                 PreparedStatement insertCust
                                 = null;
                 PreparedStatement insertOrder
                                 = null;
         上面的申明是标准的JDBC申明。conn控制JDBC连接。insertCust和insertOrder将分别处理插入记录到custs和orders表里的SQL语句。PreparedStatement的使用使关系数据库管理系统得到优化的可能。
         其次,下面的代码,driverName包含我们装载和使用的JDBC驱动器的类名。这是一个嵌入式驱动器。连接的URL是url值。你可以看见是使用的绝对路径定位这个数据库(注意:你必须要使用正斜线来分离路径)。如果你总是在你的工作目录运行这个程序的话,你可以仅使用”jdbc:derby:vsjdb”。也可以可以设置derby.system.home属性来改变Derby数据库文件的位置(例如:java –D derby.system.home=c:\mydbdir org.apche.derby.tools.ij)。
String driverName =
"org.apache.derby.jdbc.EmbeddedDriver";
String url =
                 "jdbc:derby:c:/derby1021/vsjdb";

         loadDrivers()方法装载JDBC驱动类并创建获得一个Derby的JDBC连接。并准备两个插入语句。
public void loadDrivers()
                 throws SQLException,
                 ClassNotFoundException {
                 Class.forName(driverName);
                 conn = DriverManager.getConnection(
                                 url);
                 insertCust = conn.prepareStatement(
                                 "INSERT INTO custs VALUES(
                                 , ?)");
                 insertOrder =
                                 conn.prepareStatement(
                                 "INSERT INTO orders VALUES(
                                 , ?, ?)");
}

         TableFiller的main()方法创建一个TableFiller的实例,并调用它的addCustomer()方法去创建1000个用户。它也调用addOrder()方法去创建10000条定单信息。为了显示进度,它打印顾客编号和’.’到系统输出中。
public static void main(String args[])
                 throws Exception {
                 TableFiller tf = new TableFiller();
                 tf.loadDrivers();
                 int orderNum = 1;
                 for (int i=1; i<1001; i++) {
                                 String custNum = "" + i;
                                 tf.addCustomer(
                                                custNum, "customer #" + i);
                                 System.out.print("\n"
                                                + custNum);
                                 for (int j=1; j<11; j++) {
                                                tf.addOrder( ""+ orderNum,
                                                               custNum, j * 99);
                                                orderNum++;
                                                System.out.print(".");
                                 }
                 }
                 tf.closeAll();
}

addCustomer()方法获得参数并执行insertCust的预编译语句。
public void addCustomer(
                 String id, String custname)
                 throws SQLException {
                 insertCust.setString(1, id);
                 insertCust.setString(2, custname);
                 insertCust.executeUpdate();
}

addOrder()方法获得参数并执行insertOrder的预编译语句。
public void addOrder(String id,
                 String custid, int total)
                 throws SQLException {
                 insertOrder.setString(1, id);
                 insertOrder.setString(2, custid);
                 insertOrder.setInt(3, total);
                 insertOrder.executeUpdate();
}
closeAll()整理和关闭两个预编译语句和JDBC连接,通知Derby释放被控制的资源。
public void closeAll()
                 throws SQLException {
                 insertCust.close();
                 insertOrder.close();
                 conn.close();
}
}
         当顾客和定单被创建,程序将打印顾客编号到屏幕上。编号从1到1000表明每个顾客被创建。而打印的每个’.’则表明定单被创建。
         要编译这个代码,你仅仅需要确信你已经设置了classpath,并且使用标准的Java编译命令:
java TableFiller.java

你要确保没有ij或其他Derby会话在运行。在嵌入式模式你需要唯一的访问数据库。在编译成功后,需要复制TableFiller.class文件到你的工作目录下,然后从那里运行TableFiller:
java TableFiller
你应该看见打印出来的状态和写入数据库的记录。
检验被创建的记录
         现在,去看看你创建的顾客和定单信息,确保你在工作目录并再次登录到ij。连接vsjdb数据库。
connect ‘jdbc:derby:vsjdb’;
然后使用下面的SELECT语句查看所有1000条顾客信息。
select * from custs;
同样的使用下面的SELECT语句查看所有10000条定单信息。
select * from orders;
当然,使用类似于FillTable.java里的标准JDBC代码,你可以整合Derby的关系数据库的访问功能到你的任何一个工程中。当你的项目需要一个嵌入式数据库时,有能力简单和快速处理产生大量的数据的Derby是你最好的选择。Derby的自由Apache许可允许你绑定它到你的程序上,即使你决定把你的产品进行商业买卖。
配置Derby的网络模式
         要访问Derby的网络服务器模式,首先你需要把下面的JAR文件地址添加到你的classpath值里。
derby_installation_directory\lib\derbynet.jar
         你还需要为客户端访问下载一个网络JDBC驱动。如果你使用IBM DB2 JDBC普通驱动,你则需要把下面的JAR文件地址添加到你的classpath值里:
derby_installation_directory\lib\db2_jcc.jar
derby_installation_directory\lib\db2_jcc_license_c.jar
         batch子目录里的sp.bat文件里的classpath值已经包含了这些JARs文件地址。
         启动网络服务器,使用下面的命令:
java org.apache.derby.drda.NetworkServerControl start
你也可以使用batch子目录下的netsvr.bat文件。
在默认情况下,服务器将监听TCP1527端口来接收客户端请求。你可以使用”-p <port number>”参数来改变端口。
         如果你需要关闭服务器,使用下面的命令:
java org.apache.derby.drda.NetworkServerControl shutdown
         或者你可以使用batch子目录下的netstop.bat文件。
         现在服务器已经准备好了,为我们下面的探究铺上了台阶。
自动层叠删除
         现在你有超过一万条的定单数据,你需要保证这些在数据库里的数据没有被破坏。固定这些数据是毫无疑问的。
         让我举例说明一个潜在的问题,这个问题的中心是围绕在删除一个顾客后。问题就有可能会出现。
         使用标准的SQL语句,只从custs表中删除顾客信息:
delete from custs where id='838';
         这是从数据库中删除顾客编号为838的消费者。好极了!
         如果这是你所做的,数据库的数据正式被破坏了。为什么呢?这是因为在数据库里有10定单信息没有关联到消费者!
         这可能引起应用程序各种各样的错误。所有应用程序取得定单信息并尝试打印顾客信息时,都会涉及到这个异常。当你列出所有用户和他们的定单信息时,有些定单信息永远都不会显示出来。
         在关系数据库管理系统的条款中,数据库引用完整性是不允许这样的情况的。这是因为一条顾客记录被删除,而没有删除相应的定单信息。
         因此,我们需要这样做:
delete from custs where id='838';
delete from orders where custid='838';
         而且,我们需要确保两条删除命令在同一个事务中执行。要么两条语句都执行成功,要么都执行失败。
         这个称为删除层叠,因为删除顾客记录导致删除定单信息。
         Derby有能力处理引用完整性。

Derby触发器
          保证引用完整性的方法是定义一个触发器。一个触发器是一段代码或SQL语句,当数据发生修改或存取时,它将在数据库服务器里执行。Derby支持定义触发器(使用SQL语句或Java代码),当顾客记录被删除时,可以编码实现删除关联的定单信息。然而,在Derby里有一个更简单的方法。
          它可以告诉Derby,使用标准的SQL DDL(数据定义)语句,这涉及到orders表和custs表。你也可以告诉Derby去完成自动层叠删除。
添加参考约束
          要添加自动层叠删除,就要修改原始的createdb.sql里的语句。在db\ref子目录下找到createdbref.sql文件。你需要对orders表定义进行修改。添加下面兰色字体的内容:
create table orders
          (id char(8) not null,
          custid char(5) not null
          references custs (id) on delete
          cascade, total integer,
          primary key(id,custid));
          另外一个不同是连接数据库的URL值。这时,网络驱动器是指定的。一定要注意网络驱动器是需要用户名和密码的,默认的用户名和密码都是APP,所以URL值将修改为:
connect 'jdbc:derby:net://localhost/
          vsjdb:user=APP;password=APP;';

          你现在可以强行创建带参考约束的新表。确保复制createdbref.sql到你的工作目录。再次启动ij。现在,使用下面的命令可以删除所有记录并创建新表:
run 'createdbref.sql';
          在创建了表后,你可以再次运行TableFiller.java文件去在表中添加10000条定单数据。使用network子目录的修改版本。在原始的TableFiller.java里修改的部分如下面兰色字体显示的:内容:
import java.sql.*;
import java.util.Properties;
public class TableFiller {
          Connection conn = null;
          PreparedStatement insertCust
                 = null;
          PreparedStatement insertOrder
                 = null;
          String driverName=
                 “com.ibm.db2.jcc.DB2Driver”;
          String url =
                 “jdbc:derby:net://localhost/
                 vsjdb:user=APP;password=APP;”;
          ...
          装载的驱动器将要改为网络驱动器(com.ibm.db2.jcc.DBDriver),URL值最好还是改成访问网络JDBC驱动器的值。否则,这个代码将与原始的TableFill.java文件一样。如果你要写你自己的JDBC代码,你可以设置一个string从外部文本文件里读取参数,这样你将不需要修改代码就能在嵌入式关系数据库管理系统和网络关系数据库管理系统之间转换。
多用户并发访问
          现在,来关注多用户连接,在另一个控制台窗口启动ij会话,并连接到服务器使用下面的命令:
connect 'jdbc:derby:net://localhost/
          vsjdb:user=APP;password=APP;';
          在原始的控制台窗口,编译并运行新的TableFiller.java文件。这将创建1000个顾客记录和10000条定单记录。当这些操作执行完毕后,回到新的ij窗口并使用下面的命令:
select * from custs;
…and:
select * from orders;
          当你执行这个命令的时候,你将发现所有用户和定单信息都已经被创建。网络服务器允许多用户并发访问数据。

测试层叠删除
          一旦你创建了数据记录,试着在ij里执行下面的语句:
select * from custs where id='700';
接着执行下面的语句:
select * from orders where
                  custid='700';
          你将看到顾客记录和这个顾客的10条定单信息。
          现在,尝试删除顾客,使用下面的命令:
delete from custs where id='700';
          这将删除用户记录,层叠将会删除关联的定单信息。现在尝试再次使用上面的select语句查看,你将发现那10条定单信息也被删除了。
写一个Derby存储过程
          在实验的最后,你将用Java编程语言创建一个Derby存储过程。你也可以存储代码到存储过程进入Derby数据库内部,Derby能轻松的区分数据和代码。
          该存储过程将调用deleteAll(),从它的名字可以理解到,它将删除数据库里的所有记录。在stored子目录下可以找到实现该存储过程的Java代码,它的名字为CleanTables.java。代码内容如下:
import java.sql.*;
public class CleanTables {
                  public static void delAll ()
                                  throws SQLException {
                                  Connection conn =
                                  DriverManager.getConnection(
                                                 "jdbc:default:connection");
                                  Statement delCusts =
                                                 conn.createStatement();
                                  delCusts.executeUpdate(
                                                 "delete from custs");
                                  delCusts.close();
                                  conn.close();
                                  return;
                  }
}
你可以看到,该存储程序在Java类里是一个public static的方法。JDBC连接器的内容是代码里url的值:
jdbc:default:connection
这会告诉Derby服务器提供一个默认的连接到代码。Derby将管理这些连接。实际上的语句是执行:
delete from custs;
          自从层叠删除生效,删除custs表的任何数据,也将删除orders表里相关联的数据。
在Derby数据库里存储Java代码
          要在Derby数据库里存入Java代码,你首先需要编译该代码并创建成JAR文件。编译CleanTables.java代码:
javac CleanTables.java
          创建JAR文件:
jar cvf vsjstproc.jar *.class
          或者你可以使用makejar.bat文件来完成上述操作,复制生成的vsjstporc.jar文件到工作目录。
          在工作目录,你需要设置该JAR文件到数据库中。在ij中使用下面的命令(确保你的连接会话是通过网络驱动器获得的):
call sqlj.install_jar('vsjstproc.jar',
                  'APP.cleanTable', 0);
          这个命令实际上是调用一个存储过程,它将设置vsjstporc.jar文件到数据库并为它设置是内部名cleanTable。APP引用应用程序计划。让JAR文件在数据库里是非常方便的。当你复制数据库时,这些代码将跟着被移动。
          如果你需要从数据库里删除该JAR文件,你可以使用:
call sqlj.remove_jar(
                  'APP.cleanTable', 0);
          在删除调用中仅仅需要内部名。
          当把JAR设置到数据库里后,当它需要读取Java代码时,你需要告诉Derby去识别该JAR文件。这些都需要通过存储过程设置一个属性:
call syscs_util.syscs_set_database_
                  property('derby.database.
                  classpath', 'APP.cleanTable');
          当装载Java类时,Derby都会查看内部的APP.cleanTable JAR文件。你最后准备定义一个名为deleteAll()的存储过程。使用下面的命令:
create procedure deleteAll() parameter
                  style java language java modifies
                  sql data external name
                  'CleanTables.delAll';
          Derby将从APP.cleanTable JAR文件找到CleanTable类,并锁定该类的static delAll()方法。如果你需要删除该存储过程,你可以使用下面的命令:
drop procedure deleteAll;
          有了该存储过程,你可以删除这两个表的所有数据,只需要简单的在ij下调用存储过程deleteAll():
call deleteAll();
          在这个存储过程执行完毕后,你将发现这两个表是空的了。
结论
          Derby是一个具有丰富特性的关系数据库系统,并能集成到你的项目中。
          它支持嵌入式模式和客户端-服务器模式操作,它能适应部署多变的情况。它是100%用Java实现的,并与你的Java应用程序一样的享受‘随时发布’。它能快速执行和处理大量数据,同时也支持高级特性,例如引用完整性和存储项目,它以达到理想化的持久化的数据存储所必须的。最后但并不是最小,它自由的Apache许可让你自由的绑定它到你的产品中。

下载和安装Derby
          你可以在incubator area of the Apache site里找到Derby
          一旦你解压下载的Derby,注意你的解压目录,这是你的Derby安装目录。你需要使用这个目录去设置的你的classpath。
下载Derby JDBC的网络驱动器
          为了在网络模式下访问Derby,你将需要一个JDBC网络驱动器。IBM捐赠了这个驱动器给Derby项目,但是直到写本文时,它都不是一个标准版本。
          暂时,你将需要下载IBM DB2 JDBC Universal driver for Apache Derby Network Server。根据地址里的说明去设置你的classpath。

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