JDBC:深入理解PreparedStatement和Statement

前言

最近听一个老师讲了公开课,在其中讲到了PreparedStatement的执行原理和Statement的区别。

当时听公开课老师讲的时候感觉以前就只知道PreparedStatement是“预编译类”,能够对sql语句进行预编译,预编译后能够提高数据库sql语句执行效率。

但是,听了那个老师讲后我就突然很想问自己,预编译??是谁对sql语句的预编译??是数据库?还是PreparedStatement对象??到底什么是预编译??为什么能够提高效率??为什么在数据库操作时能够防止sql注入攻击??这就引起了我对Preparedstatement的疑惑。

公开课老师讲的时候说:”PreparedStatement会对sql文进行预编译,预编译后,会存储在PreparedStatement对象中,等下次再执行这个PreparedStatement对象时,会提高很多效率”。这句话我听了后更疑惑了,预编译是什么我不知道就算了,竟然还说:对sql预编译后会存储在PreparedStatement对象中??我就想问问sql预编译后是什么??什么被存储在PreparedStatement对象中??

更让人感觉疑惑的是Statement。对就是Statement,公开课老师说:“同一条sql语句(字符串都是相同的)在Statement对象中多次执行时,Statement只会对当前sql文编译一次,编译后存储在Statement中,在之后的执行过程中,都不会进行编译而是直接运行sql语句”。什么??我没听错吧?Statement还有编译??等等等等。。。。我当时真的是听的怀疑人生。

PreparedStatement

在说PreparedStatement之前,我们来看看什么是预编译。其实预编译是MySQL数据库本身都支持的。但是MySQL Server 4.1之前的版本是不支持预编译的。(具体是否包括4.1还得读者们亲自试验)

在这里,笔者用的是MySQL5.6绿色版。

MySQL中的预编译功能是这样的

预编译的好处:

大家平时都使用过JDBC中的PreparedStatement接口,它有预编译功能。什么是预编译功能呢?它有什么好处呢?
当客户发送一条SQL语句给服务器后,服务器总是需要校验SQL语句的语法格式是否正确,然后把SQL语句编译成可执行的函数,最后才是执行SQL语句。其中校验语法,和编译所花的时间可能比执行SQL语句花的时间还要多。
注意:可执行函数存储在MySQL服务器中,并且当前连接断开后,MySQL服务器会清除已经存储的可执行函数。
如果我们需要执行多次insert语句,但只是每次插入的值不同,MySQL服务器也是需要每次都去校验SQL语句的语法格式,以及编译,这就浪费了太多的时间。如果使用预编译功能,那么只对SQL语句进行一次语法校验和编译,所以效率要高。
MySQL执行预编译

MySQL执行预编译分为如三步:

1.执行预编译语句,例如:prepare showUsersByLikeName from 'select * from user where username like ?';
2.设置变量,例如:set @username='%小明%';
3.执行语句,例如:execute showUsersByLikeName using @username;

如果需要再次执行myfun,那么就不再需要第一步,即不需要再编译语句了:

1.设置变量,例如:set @username='%小宋%';
2.执行语句,例如:execute showUsersByLikeName using @username;

如果你看MySQL日志记录,你就会看到:

B6F15211-DFD8-B5C5-968E-F843625FF4B7.png

配置MySQL日志记录

17D8DED7-5015-5F22-D4F4-7A195A8780CC.png

路径地址可以自己修改。

log-output=FILE
general-log=1
general_log_file="E:\mysql.log"
slow-query-log=1
slow_query_log_file="E:\mysql_slow.log"
long_query_time=2

配置之后就重启MySQL服务器:

  • 在cmd管理员界面执行以下操作。
net stop mysql
net start mysql
使用PreparedStatement执行sql查询
  • JDBC MySQL驱动5.0.5以后的版本默认PreparedStatement是关闭预编译功能的,所以需要我们手动开启。而之前的JDBC MySQL驱动版本默认是开启预编译功能的。
  • MySQL数据库服务器的预编译功能在4.1之后才支持预编译功能的。如果数据库服务器不支持预编译功能时,并且使用PreparedStatement开启预编译功能是会抛出异常的。这点非常重要。笔者用的是mysql-connector-jar-5.1.13版本的JDBC驱动。

在我们以前写项目的时候,貌似都没有注意是否开启PreparedStatement的预编译功能,以为它一直都是在使用的,现在看看不开启PreparedStatement的预编译,查看MySQL的日志输出到底是怎么样的。

@Test
    public void showUser(){
        //数据库连接
        Connection connection = null;
        //预编译的Statement,使用预编译的Statement提高数据库性能
        PreparedStatement preparedStatement = null;
        //结果 集
        ResultSet resultSet = null;

        try {
            //加载数据库驱动
            Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");

            //通过驱动管理类获取数据库链接
            connection =  DriverManager.getConnection("jdbc:mysql://localhost:3306/mybatis", "root", "");
            //定义sql语句 ?表示占位符
            String sql = "select * from user where username = ?";
            //获取预处理statement
            preparedStatement = connection.prepareStatement(sql);

            //设置参数,第一个参数为sql语句中参数的序号(从1开始),第二个参数为设置的参数值
            preparedStatement.setString(1, "王五");
            //向数据库发出sql执行查询,查询出结果集
            resultSet =  preparedStatement.executeQuery();

            preparedStatement.setString(1, "张三");
            resultSet =  preparedStatement.executeQuery();
            //遍历查询结果集
            while(resultSet.next()){
                System.out.println(resultSet.getString("id")+"  "+resultSet.getString("username"));
            }
            resultSet.close();
            preparedStatement.close();

            System.out.println("#############################");

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }finally{
            //释放资源
            if(resultSet!=null){
                try {
                    resultSet.close();
                } catch (SQLException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if(preparedStatement!=null){
                try {
                    preparedStatement.close();
                } catch (SQLException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if(connection!=null){
                try {
                    connection.close();
                } catch (SQLException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
            }

        }
    }

这是输出日志:

20 Query /* mysql-connector-java-5.1.13 ( Revision: ${bzr.revision-id} ) */SELECT @@session.auto_increment_increment
           20 Query SHOW COLLATION
           20 Query SET NAMES utf8mb4
           20 Query SET character_set_results = NULL
           20 Query SET autocommit=1
           20 Query select * from user where username = '王五'
           20 Query select * from user where username = '张三'
           20 Quit

可以看到,在日志中并没有看到"prepare"命令来预编译"select * from user where username = ?"这个sql模板。所以我们一般用的PreparedStatement并没有用到预编译功能的,只是用到了防止sql注入攻击的功能。防止sql注入攻击的实现是在PreparedStatement中实现的,和服务器无关。笔者在源码中看到,PreparedStatement对敏感字符已经转义过了。

在PreparedStatement中开启预编译功能
  • 设置MySQL连接URL参数:useServerPrepStmts=true,如下所示。
  • jdbc:mysql://localhost:3306/mybatis?&useServerPrepStmts=true
  • 这样才能保证mysql驱动会先把SQL语句发送给服务器进行预编译,然后在执行executeQuery()时只是把参数发送给服务器。

再次执行上面的程序看下MySQL日志输出:

21 Query SHOW WARNINGS
           21 Query /* mysql-connector-java-5.1.13 ( Revision: ${bzr.revision-id} ) */SELECT @@session.auto_increment_increment
           21 Query SHOW COLLATION
           21 Query SET NAMES utf8mb4
           21 Query SET character_set_results = NULL
           21 Query SET autocommit=1
           21 Prepare   select * from user where username = ?
           21 Execute   select * from user where username = '王五'
           21 Execute   select * from user where username = '张三'
           21 Close stmt    
           21 Quit

很明显已经进行了预编译,Prepare select * from user where username = ?,这一句就是对sql语句模板进行预编译的日志。好的非常Nice。

注意:

我们设置的是MySQL连接参数,目的是告诉MySQL JDBC的PreparedStatement使用预编译功能(5.0.5之后的JDBC驱动版本需要手动开启,而之前的默认是开启的),不管我们是否使用预编译功能,MySQL Server4.1版本以后都是支持预编译功能的。

cachePrepStmts参数

当使用不同的PreparedStatement对象来执行相同的SQL语句时,还是会出现编译两次的现象,这是因为驱动没有缓存编译后的函数key,导致二次编译。如果希望缓存编译后函数的key,那么就要设置cachePrepStmts参数为true。例如:

jdbc:mysql://localhost:3306/mybatis?useServerPrepStmts=true&cachePrepStmts=true

程序代码:

@Test
    public void showUser(){
        //数据库连接
        Connection connection = null;
        //预编译的Statement,使用预编译的Statement提高数据库性能
        PreparedStatement preparedStatement = null;
        //结果 集
        ResultSet resultSet = null;

        try {
            //加载数据库驱动
            Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");

            //通过驱动管理类获取数据库链接
            connection =  DriverManager.getConnection("jdbc:mysql://localhost:3306/mybatis?&useServerPrepStmts=true&cachePrepStmts=true", "root", "");

            preparedStatement=connection.prepareStatement("select * from user where username like ?");
            preparedStatement.setString(1, "%小明%");
            resultSet =  preparedStatement.executeQuery();
            //遍历查询结果集
            while(resultSet.next()){
                System.out.println(resultSet.getString("id")+"  "+resultSet.getString("username"));
            }
            //注意这里必须要关闭当前PreparedStatement对象流,否则下次再次创建PreparedStatement对象的时候还是会再次预编译sql模板,使用PreparedStatement对象后不关闭当前PreparedStatement对象流是不会缓存预编译后的函数key的
            resultSet.close();
            preparedStatement.close();

            preparedStatement=connection.prepareStatement("select * from user where username like ?");
            preparedStatement.setString(1, "%三%");
            resultSet =  preparedStatement.executeQuery();
            //遍历查询结果集
            while(resultSet.next()){
                System.out.println(resultSet.getString("id")+"  "+resultSet.getString("username"));
            }

            resultSet.close();
            preparedStatement.close();

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }finally{
            //释放资源
            if(resultSet!=null){
                try {
                    resultSet.close();
                } catch (SQLException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if(preparedStatement!=null){
                try {
                    preparedStatement.close();
                } catch (SQLException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if(connection!=null){
                try {
                    connection.close();
                } catch (SQLException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
            }

        }
    }

日志输出:

24 Query SHOW WARNINGS
           24 Query /* mysql-connector-java-5.1.13 ( Revision: ${bzr.revision-id} ) */SELECT @@session.auto_increment_increment
           24 Query SHOW COLLATION
           24 Query SET NAMES utf8mb4
           24 Query SET character_set_results = NULL
           24 Query SET autocommit=1
           24 Prepare   select * from user where username like ?
           24 Execute   select * from user where username like '%小明%'
           24 Execute   select * from user where username like '%三%'
           24 Quit

注意:每次使用PreparedStatement对象后都要关闭该PreparedStatement对象流,否则预编译后的函数key是不会缓存的。

Statement执行sql语句是否会对编译后的函数进行缓存

这个不好说,对于每个数据库的具体实现都是不一样的,对于预编译肯定都大体相同,但是对于Statement和普通sql,数据库一般都是先检查sql语句是否正确,然后编译sql语句成为函数,最后执行函数。其实也不乏某些数据库很疯狂,对于普通sql的函数进行缓存。但是目前的主流数据库都不会对sql函数进行缓存的。因为sql语句变化那么多,如果对所有函数缓存,那么对于内存的消耗也是非常巨大的。

如果你不确定普通sql语句的函数是否被存储,那要怎么做呢??

其实还是一个道理,查看MySQL日志记录:检查第二次执行相同sql语句时,是否是直接通过execute来进行查询的。

@Test
    public void showUser(){
        //数据库连接
        Connection connection = null;
        //预编译的Statement,使用预编译的Statement提高数据库性能
        PreparedStatement preparedStatement = null;
        //结果 集
        ResultSet resultSet = null;

        try {
            //加载数据库驱动
            Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");

            //通过驱动管理类获取数据库链接
            connection =  DriverManager.getConnection("jdbc:mysql://localhost:3306/mybatis?&useServerPrepStmts=true&cachePrepStmts=true", "root", "");

            Statement statement=connection.createStatement();


            resultSet =  statement.executeQuery("select * from user where username='小天'");
            //遍历查询结果集
            while(resultSet.next()){
                System.out.println(resultSet.getString("id")+"  "+resultSet.getString("username"));
            }

            resultSet.close();
            statement.close();

            statement=connection.createStatement();

            resultSet =  statement.executeQuery("select * from user where username='小天'");
            //遍历查询结果集
            while(resultSet.next()){
                System.out.println(resultSet.getString("id")+"  "+resultSet.getString("username"));
            }

            resultSet.close();
            statement.close();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }finally{
            //释放资源
            if(resultSet!=null){
                try {
                    resultSet.close();
                } catch (SQLException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if(preparedStatement!=null){
                try {
                    preparedStatement.close();
                } catch (SQLException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if(connection!=null){
                try {
                    connection.close();
                } catch (SQLException e) {
                    // TODO Auto-generated catch block
                    e.printStackTrace();
                }
            }

        }
    }

日志记录:

26 Query SHOW WARNINGS
           26 Query /* mysql-connector-java-5.1.13 ( Revision: ${bzr.revision-id} ) */SELECT @@session.auto_increment_increment
           26 Query SHOW COLLATION
           26 Query SET NAMES utf8mb4
           26 Query SET character_set_results = NULL
           26 Query SET autocommit=1
           26 Query select * from user where username='小天'
           26 Query select * from user where username='小天'
           26 Quit

看日志就会知道,都是Query命令,所以并没有存储函数。

总结:
  • 所以到了这里我的疑惑都解开了,PreparedStatement的预编译是数据库进行的,编译后的函数key是缓存在PreparedStatement中的,编译后的函数是缓存在数据库服务器中的。预编译前有检查sql语句语法是否正确的操作。只有数据库服务器支持预编译功能时,JDBC驱动才能够使用数据库的预编译功能,否则会报错。预编译在比较新的JDBC驱动版本中默认是关闭的,需要配置连接参数才能够打开。在已经配置好了数据库连接参数的情况下,Statement对于MySQL数据库是不会对编译后的函数进行缓存的,数据库不会缓存函数,Statement也不会缓存函数的key,所以多次执行相同的一条sql语句的时候,还是会先检查sql语句语法是否正确,然后编译sql语句成函数,最后执行函数。
  • 对于PreparedStatement在设置参数的时候会对参数进行转义处理。
  • 因为PreparedStatement已经对sql模板进行了编译,并且存储了函数,所以PreparedStatement做的就是把参数进行转义后直接传入参数到数据库,然后让函数执行。这就是为什么PreparedStatement能够防止sql注入攻击的原因了。
  • PreparedStatement的预编译还有注意的问题,在数据库端存储的函数和在PreparedStatement中存储的key值,都是建立在数据库连接的基础上的,如果当前数据库连接断开了,数据库端的函数会清空,建立在连接上的PreparedStatement里面的函数key也会被清空,各个连接之间的预编译都是互相独立的。
使用Statement执行预编译

使用Statement执行预编译就是把上面的原始SQL语句预编译执行一次。

Connection con = JdbcUtils.getConnection();
        Statement stmt = con.createStatement();
        stmt.executeUpdate("prepare myfun from 'select * from t_book where bid=?'");
        stmt.executeUpdate("set @str='b1'");
        ResultSet rs = stmt.executeQuery("execute myfun using @str");
        while(rs.next()) {
            System.out.print(rs.getString(1) + ", ");
            System.out.print(rs.getString(2) + ", ");
            System.out.print(rs.getString(3) + ", ");
            System.out.println(rs.getString(4));
        }

        stmt.executeUpdate("set @str='b2'");
        rs = stmt.executeQuery("execute myfun using @str");

        while(rs.next()) {
            System.out.print(rs.getString(1) + ", ");
            System.out.print(rs.getString(2) + ", ");
            System.out.print(rs.getString(3) + ", ");
            System.out.println(rs.getString(4));
        }

        rs.close();
        stmt.close();
        con.close();
在持久层框架中存在的问题

很多主流持久层框架(MyBatis,Hibernate)其实都没有真正的用上预编译,预编译是要我们自己在参数列表上面配置的,如果我们不手动开启,JDBC驱动程序5.0.5以后版本 默认预编译都是关闭的。

所以我们要在参数列表中配置,例如:

jdbc:mysql://localhost:3306/mybatis?&useServerPrepStmts=true&cachePrepStmts=true

注意:

在MySQL中,既要开启预编译也要开启缓存。因为如果只是开启预编译的话效率还没有不开启预编译效率高,大家可以做一下性能测试,其中性能测试结果在这篇博客中有写到,探究mysql预编译,而在MySQL中开启预编译和开启缓存,其中的查询效率和不开启预编译和不开启缓存的效率是持平的。这里用的测试类是PreparedStatement。

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