SQLite入门学习.docx

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SQLite入门学习

第一节入门介绍

1、SQLite介绍

　　自几十年前出现的商业应用程序以来，数据库就成为软件应用程序的主要组成部分。

正与数据库管理系统非常关键一样，它们也变得非常庞大，并占用了相当多的系统资源，增加了管理的复杂性。

随着软件应用程序逐渐模块模块化，一种新型数据库会比大型复杂的传统数据库管理系统更适应。

嵌入式数据库直接在应用程序进程中运行，提供了零配置（zero-configuration）运行模式，并且资源占用非常少。

　　SQLite是一个开源的嵌入式关系数据库，它在2000年由D.RichardHipp发布，它的减少应用程序管理数据的开销，SQLite可移植性好，很容易使用，很小，高效而且可靠。

　　SQLite嵌入到使用它的应用程序中，它们共用相同的进程空间，而不是单独的一个进程。

从外部看，它并不像一个RDBMS，但在进程内部，它却是完整的，自包含的数据库引擎。

　　嵌入式数据库的一大好处就是在你的程序内部不需要网络配置，也不需要管理。

因为客户端和服务器在同一进程空间运行。

SQLite的数据库权限只依赖于文件系统，没有用户帐户的概念。

SQLite有数据库级锁定，没有网络服务器。

它需要的内存，其它开销很小，适合用于嵌入式设备。

你需要做的仅仅是把它正确的编译到你的程序。

2、架构（architecture）

　　SQLite采用了模块的设计，它由三个子系统，包括8个独立的模块构成。

2.1、接口（Interface）

　　接口由SQLiteCAPI组成，也就是说不管是程序、脚本语言还是库文件，最终都是通过它与SQLite交互的（我们通常用得较多的ODBC/JDBC最后也会转化为相应CAPI的调用）。

2.2、编译器（Compiler）

　　在编译器中，分词器（Tokenizer）和分析器（Parser）对SQL进行语法检查，然后把它转化为底层能更方便处理的分层的数据结构---语法树，然后把语法树传给代码生成器（codegenerator）进行处理。

而代码生成器根据它生成一种针对SQLite的汇编代码，最后由虚拟机（VirtualMachine）执行。

2.3、虚拟机（VirtualMachine）

　　架构中最核心的部分是虚拟机，或者叫做虚拟数据库引擎（VirtualDatabaseEngine,VDBE）。

它和Java虚拟机相似，解释执行字节代码。

VDBE的字节代码由128个操作码（opcodes）构成，它们主要集中在数据库操作。

它的每一条指令都用来完成特定的数据库操作（比如打开一个表的游标）或者为这些操作栈空间的准备（比如压入参数）。

总之，所有的这些指令都是为了满足SQL命令的要求（关于VM，后面会做详细介绍）。

2.4、后端（Back-End）

　　后端由B-树（B-tree），页缓存（pagecache，pager）和操作系统接口（即系统调用）构成。

B-tree和pagecache共同对数据进行管理。

B-tree的主要功能就是索引，它维护着各个页面之间的复杂的关系，便于快速找到所需数据。

而pager的主要作用就是通过OS接口在B-tree和Disk之间传递页面。

3、SQLite的特点（SQLite’sFeaturesandPhilosophy）

3.1、零配置（ZeroConfiguration）

3.2、可移植（Portability）：

　　它是运行在Windows,Linux,BSD,MacOSX和一些商用Unix系统，比如Sun的Solaris,IBM的AIX，同样，它也可以工作在许多嵌入式操作系统下，比如QNX,VxWorks,PalmOS,Symbin和WindowsCE。

3.3、Compactness：

　　SQLite是被设计成轻量级，自包含的。

oneheaderfile,onelibrary,andyou’rerelational,noexternaldatabaseserverrequired

3.4、简单（Simplicity）

3.5、灵活（Flexibility）

3.6、可靠（Reliability）：

　　SQLite的核心大约有3万行标准C代码，这些代码都是模块化的，很容易阅读。

主要参考:

TheDefinitiveGuidetoSQLite

第二节设计与概念

1、API

　　由两部分组成:

核心API（coreAPI）和扩展API（extensionAPI）

　　核心API的函数实现基本的数据库操作：

连接数据库，处理SQL，遍历结果集。

它也包括一些实用函数，比如字符串转换，操作控制，调试和错误处理。

　　扩展API通过创建你自定义的SQL函数去扩展SQLite。

　　1.1、SQLiteVersion3的一些新特点：

（1）SQLite的API全部重新设计，由第二版的15个函数增加到88个函数。

这些函数包括支持UTF-8和UTF-16编码的功能函数。

（2）改进并发性能。

加锁子系统引进一种锁升级模型（lockescalationmodel），解决了第二版的写进程饿死的问题（该问题是任何一个DBMS必须面对的问题）。

这种模型保证写进程按照先来先服务的算法得到排斥锁（ExclusiveLock）。

甚至，写进程通过把结果写入临时缓冲区（TemporaryBuffer），可以在得到排斥锁之前就能开始工作。

这对于写要求较高的应用，性能可提高400%（引自参考文献）。

　　（3）改进的B-树。

对于表采用B+树，大大提高查询效率。

    （4）SQLite3最重要的改变是它的存储模型。

由第二版只支持文本模型，扩展到支持5种本地数据类型。

　　总之，SQLiteVersion3与SQLiteVertion2有很大的不同，在灵活性，特点和性能方面有很大的改进。

1.2、主要的数据结构（ThePrincipalDataStructures）

　　SQLite由很多部分组成－parser,tokenize,virtualmachine等等。

但是从程序员的角度，最需要知道的是:

connection,statements,B-tree和pager。

它们之间的关系如下：

　　上图告诉我们在编程需要知道的三个主要方面：

API,事务（Transaction）和锁（Locks）。

从技术上来说，B-tree和pager不是API的一部分。

但是它们却在事务和锁上起着关键作用（稍后将讨论）。

1.3、Connections和Statements

　　Connection和statement是执行SQL命令涉及的两个主要数据结构，几乎所有通过API进行的操作都要用到它们。

一个连接（Connection）代表在一个独立的事务环境下的一个连接A（connectionrepresentsasingleconnectiontoadatabaseaswellasasingletransactioncontext）。

每一个statement都和一个connection关联，它通常表示一个编译过的SQL语句，在内部，它以VDBE字节码表示。

Statement包括执行一个命令所需要一切，包括保存VDBE程序执行状态所需的资源，指向硬盘记录的B-树游标，以及参数等等。

1.4、B-tree和pager

一个connection可以有多个database对象---一个主要的数据库以及附加的数据库，每一个数据库对象有一个B-tree对象，一个B-tree有一个pager对象（这里的对象不是面向对象的“对象”，只是为了说清楚问题）。

　　Statement最终都是通过connection的B-tree和pager从数据库读或者写数据，通过B-tree的游标（cursor）遍历存储在页面（page）中的记录。

游标在访问页面之前要把数所从disk加载到内存，而这就是pager的任务。

任何时候，如果B-tree需要页面，它都会请求pager从disk读取数据，然后把页面（page）加载到页面缓冲区（pagecache），之后，B-tree和与之关联的游标就可以访问位于page中的记录了。

　　如果cursor改变了page，为了防止事务回滚，pager必须采取特殊的方式保存原来的page。

总的来说，pager负责读写数据库，管理内存缓存和页面（page），以及管理事务，锁和崩溃恢复（这些在事务一节会详细介绍）。

　　总之，关于connection和transaction，你必须知道两件事：

（1）对数据库的任何操作，一个连接存在于一个事务下。

（2）一个连接决不会同时存在多个事务下。

　　wheneveraconnectiondoesanythingwithadatabase,italwaysoperatesunderexactlyone

　　transaction,nomore,noless.

1.5、核心API

　　核心API主要与执行SQL命令有关，本质上有两种方法执行SQL语句：

preparedquery和wrappedquery。

Preparedquery由三个阶段构成：

preparation，execution和finalization。

其实wrappedquery只是对preparedquery的三个过程包装而已，最终也会转化为preparedquery的执行。

1.5.1、连接的生命周期（TheConnectionLifecycle）

　　和大多数据库连接相同，由三个过程构成：

（1）连接数据库（Connecttothedatabase）：

　　每一个SQLite数据库都存储在单独的操作系统文件中，连接，打开数据库的CAPI为：

sqlite3_open（），它的实现位于main.c文件中，如下：

intsqlite3_open（constchar*zFilename,sqlite3**ppDb）

{

　returnopenDatabase（zFilename,ppDb,SQLITE_OPEN_READWRITE|SQLITE_OPEN_CREATE,0）;

}

　　当连接一个在磁盘上的数据库，如果数据库文件存在，SQLite打开一个文件；如果不存在，SQLite会假定你想创建一个新的数据库。

在这种情况下，SQLite不会立即在磁盘上创建一个文件，只有当你向数据库写入数据时才会创建文件，比如：

创建表、视图或者其它数据库对象。

如果你打开一个数据，不做任何事，然后关闭它，SQLite会创建一个文件，只是一个空文件而已。

　　另外一个不立即创建一个新文件的原因是，一些数据库的参数，比如：

编码，页面大小等，只在在数据库创建前设置。

默认情况下，页面大小为1024字节，但是你可以选择512-32768字节之间为2幂数的数字。

有些时候，较大的页面能更有效的处理大量的数据。

（2）执行事务（Performtransactions）：

　　allcommandsareexecutedwithintransactions。

默认情况下，事务自动提交，也就是每一个SQL语句都在一个独立的事务下运行。

当然也可以通过使用BEGIN..COMMIT手动提交事务。

（3）断开连接（Disconnectfromthedatabase）：

　　主要是关闭数据库的文件。

1.5.2、执行PreparedQuery

　　前面提到，预处理查询（PreparedQuery）是SQLite执行所有SQL命令的方式，包括以下三个过程：

（1）PreparedQuery：

　　分析器（parser），分词器（to