编程访问数据库

1. 概述

2. 数据库访问技术

2.1 ODBC（Open Database Connectivity）

• 微软开发的开放数据库连接标准

• 提供统一的API接口，支持多种数据库

• 跨平台支持

• 性能相对较低

2.2 JDBC（Java Database Connectivity）

• Java语言访问数据库的标准API

• 提供统一的接口，支持多种数据库

• 性能较高

• 支持连接池、事务管理等高级特性

2.3 ADO.NET

• .NET框架中访问数据库的技术

• 支持多种数据源

• 提供数据集（DataSet）和数据适配器（DataAdapter）

• 支持断开式连接

2.4 ORM（Object-Relational Mapping）

• 对象关系映射技术

• 将数据库表映射为对象

• 简化数据库操作，提高开发效率

• 常用ORM框架：Hibernate、MyBatis、Entity Framework、Django ORM等

2.5 数据库驱动

• 每种数据库都提供相应的驱动程序

• 驱动程序负责与数据库进行通信

• 不同编程语言需要不同的驱动程序

3. Java访问数据库（JDBC）

3.1 JDBC概述

3.2 JDBC核心组件

• DriverManager：管理数据库驱动，建立数据库连接

• Connection：表示数据库连接

• Statement：执行SQL语句

• PreparedStatement：预编译SQL语句，提高性能和安全性

• ResultSet：表示查询结果集

• ResultSetMetaData：获取结果集的元数据

• DatabaseMetaData：获取数据库的元数据

3.3 JDBC基本使用步骤

3.3.1 加载数据库驱动

3.3.2 建立数据库连接

3.3.3 创建Statement对象

3.3.4 执行SQL语句

3.3.5 处理结果集

3.3.6 关闭资源

3.4 JDBC事务管理

3.5 JDBC连接池

3.5.1 常用连接池

• DBCP：Apache Commons DBCP

• C3P0：成熟的连接池

• Druid：阿里巴巴开源的连接池，性能优异

• HikariCP：高性能连接池，Spring Boot默认使用

3.5.2 HikariCP示例

4. Python访问数据库

4.1 Python数据库API

4.2 常用数据库驱动

• MySQL：mysql-connector-python、PyMySQL

• PostgreSQL：psycopg2

• SQLite：内置sqlite3模块

• Oracle：cx_Oracle

4.3 MySQL示例

4.4 SQLite示例

4.5 Python ORM框架

4.5.1 SQLAlchemy

5. C#访问数据库（ADO.NET）

5.1 ADO.NET概述

5.2 ADO.NET核心组件

• SqlConnection：SQL Server数据库连接

• SqlCommand：执行SQL命令

• SqlDataReader：读取查询结果

• SqlDataAdapter：数据适配器，用于填充数据集

• DataSet：内存中的数据集

• DataTable：数据表

5.3 ADO.NET基本示例

5.4 Entity Framework示例

6. 数据库连接池

6.1 连接池概述

6.2 连接池工作原理

1. 应用程序启动时，创建一定数量的数据库连接，放入连接池

2. 当应用程序需要数据库连接时，从连接池中获取一个可用连接

3. 应用程序使用完连接后，将连接归还到连接池，而不是关闭连接

4. 连接池会定期检查连接的有效性，移除失效的连接

5. 当连接池中的连接数量不足时，会创建新的连接（直到达到最大连接数）

6.3 连接池配置参数

• 最小连接数：连接池保持的最小连接数量

• 最大连接数：连接池允许的最大连接数量

• 连接超时时间：获取连接的超时时间

• 连接最大空闲时间：连接最大空闲时间，超过则关闭

• 验证连接 SQL：用于验证连接有效性的SQL语句

7. 数据库访问最佳实践

7.1 安全性

• 使用参数化查询，防止SQL注入

• 最小权限原则：数据库用户只授予必要的权限

• 加密敏感数据

• 保护数据库连接信息（如使用配置文件、环境变量等）

7.2 性能

• 使用连接池管理数据库连接

• 合理使用预编译语句

• 减少数据库访问次数（如批量操作）

• 优化SQL语句，使用索引

• 合理设置事务隔离级别

7.3 可靠性

• 正确处理异常，确保资源关闭

• 使用事务保证数据一致性

• 实现重试机制，处理临时故障

• 监控数据库连接和性能

7.4 代码质量

• 封装数据库访问逻辑，提高代码复用性

• 使用ORM框架简化数据库操作

• 编写单元测试，确保数据库操作正确性

• 遵循编码规范，提高代码可读性

8. 数据库访问性能优化

8.1 SQL语句优化

• 使用索引

• 避免全表扫描

• 优化JOIN操作

• 合理使用子查询

• 避免在WHERE子句中使用函数

8.2 连接管理优化

• 使用连接池

• 及时关闭连接

• 合理设置连接池参数

8.3 数据传输优化

• 只查询需要的列

• 使用分页查询

• 批量插入和更新

• 压缩数据传输

8.4 缓存优化

• 使用应用级缓存

• 使用数据库缓存

• 合理设置缓存失效策略

9. 总结与展望

9.1 编程访问数据库总结

• 编程访问数据库是开发数据库应用程序的基础

• 不同编程语言有不同的数据库访问技术

• JDBC、ODBC、ADO.NET是传统的数据库访问技术

• ORM框架简化了数据库操作，提高了开发效率

• 连接池技术提高了应用程序的性能和可靠性

9.2 未来发展趋势

• 云数据库访问技术的发展

• NoSQL数据库访问技术

• 大数据处理技术

• 人工智能在数据库访问中的应用

• 更加智能化的ORM框架

10. 思考与练习

1. 常用的数据库访问技术有哪些？它们的特点是什么？

2. JDBC的核心组件有哪些？它们的作用是什么？

3. 如何使用JDBC访问MySQL数据库？

4. 什么是ORM？常用的ORM框架有哪些？

5. 数据库连接池的工作原理是什么？它有什么优点？

6. 如何防止SQL注入攻击？

7. 编写一个Java程序，使用JDBC访问MySQL数据库，实现增删改查操作

8. 编写一个Python程序，使用SQLAlchemy访问SQLite数据库

11. 参考资料

1. 《Java数据库编程实战》

2. 《Python核心编程》

3. 《ADO.NET实体数据模型》

4. JDBC官方文档

5. SQLAlchemy官方文档

6. 相关技术博客和论坛