SQLite入门与分析(二)---设计与概念

写在前面:谢谢各位的关注,没想到会有这么多人关注。高兴的同时,也感到压力,因为我接触SQLite也就几天,也没在实际开发中用过,只是最近项目的需求才来研究它,所以我很担心自己的文章是否会有错误,误导别人。但是我很想把自己的学习成果与大家分享,所以如果大家觉得我有不对的地方,望不吝赐教。
我原打算直接从VDBE入手的,因为它起着承上启下的作用,是整个SQLite的核心,并分析源码,但考虑到这是一个系列的文章,我希望能把问题说全,所以还是从基本概念入手,对于初学者,如果没有这些概念,是很继续下去的。好了,下面开始第二章,由于这一章内容很多,我将分两部分讨论,下面开始第一部分。

1、 API
由两部分组成: 核心API(core API) 和扩展API(extension API)
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、SQLite Version 3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(lock escalation model),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(Exclusive Lock)。甚至,写进程通过把结果写入临时缓冲区(Temporary Buffer),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)SQLite 3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,SQLite Version 3与SQLite Vertion 2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(The Principal Data Structures)
SQLite由很多部分组成-parser,tokenize,virtual machine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 (connection represents a single connection to a database as well as a single transaction context)。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(page cache),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。
whenever a connection does anything with a database, it always operates under exactly one
transaction, no more, no less.

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:prepared query 和wrapped query。Prepared query由三个阶段构成:preparation,execution和finalization。其实wrapped query只是对prepared query的三个过程包装而已,最终也会转化为prepared query的执行。

1.5.1、连接的生命周期(The Connection Lifecycle)
和大多数据库连接相同,由三个过程构成:
(1) 连接数据库(Connect to the database):
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C API为:sqlite3_open(),它的实现位于main.c文件中,如下:
int sqlite3_open(const char *zFilename, sqlite3 **ppDb)
{
  return openDatabase(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(Perform transactions):
all commands are executed within transactions。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(Disconnect from the database):
主要是关闭数据库的文件。

1.5.2、执行Prepared Query
前面提到,预处理查询(Prepared Query)是SQLite执行所有SQL命令的方式,包括以下三个过程:
(1) Prepared Query:
分析器(parser),分词器(tokenizer)和代码生成器(code generator)把SQL Statement编译成VDBE字节码,编译器会创建一个statement句柄(sqlite3_stmt),它包括字节码以及其它执行命令和遍历结果集的所有资源。
 相应的C API为sqlite3_prepare(),位于prepare.c文件中,如下:
int sqlite3_prepare(
  sqlite3 *db,              /* Database handle. */
  const char *zSql,         /* UTF-8 encoded SQL statement. */
  int nBytes,               /* Length of zSql in bytes. */
  sqlite3_stmt **ppStmt,    /* OUT: A pointer to the prepared statement */
  const char **pzTail       /* OUT: End of parsed string */
){
  int rc;
  rc = sqlite3LockAndPrepare(db,zSql,nBytes,0,ppStmt,pzTail);
  assert( rc==SQLITE_OK || ppStmt==0 || *ppStmt==0 );  /* VERIFY: F13021 */
  return rc;
}
(2) Execution:
虚拟机执行字节码,执行过程是一个步进(stepwise)的过程,每一步(step)由sqlite3_step()启动,并由VDBE执行一段字节码。由sqlite3_prepare编译字节代码,并由sqlite3_step()启动虚拟机执行。在遍历结果集的过程中,它返回SQLITE_ROW,当到达结果末尾时,返回SQLITE_DONE。
(3) Finalization:
VDBE关闭statement,释放资源。相应的C API为sqlite3_finalize()。

通过下图可以更容易理解该过程:

 

最后以一个具体的例子结束本节,下节讨论事务。

Code

 /Files/hustcat/2008/Learn.rar

 

主要参考:The Definitive Guide to SQLite 

posted @ 2009-02-13 22:43  YY哥  阅读(20991)  评论(12编辑  收藏  举报