如何在 Java 中使用外部庫
外部庫填補了 Java 核心庫中的一些功能空白。
Java 自帶有一組核心庫，其中包含了定義常用數據類型和相關行為的庫(例如 String 和 Date)、與主機操作系統交互的實用程序(例如 System 和 File)，以及一些用來管理安全性、處理網絡通信、創建或解析 XML的有用的子系統。鑒于核心庫的豐富性，程序員通常很容易在其中找到有用的組件，以減少需要編寫的代碼量。
即便如此，核心庫仍有一些功能上的不足，因此發現這些不足的程序員們還額外創建了很多有趣的 Java 庫。例如，Apache Commons“是一個專注于可重用 Java 組件所有方面的 Apache 項目”，提供了大約 43 個開源庫的集合(截至撰寫本文時)，涵蓋了 Java 核心庫之外的一系列功能 (例如 geometry 或 statistics)，并增強或替換了 Java 核心庫中的原有功能(例如 math 或 numbers)。
另一種常見的 Java 庫類型是系統組件的接口(例如數據庫系統接口)，本文會著眼于使用此類接口連接到 PostgreSQL 數據庫，并得到一些有趣的信息。首先，我們來回顧一下庫的重要部分。
什么是庫?
庫library里自然包含的是一些有用的代碼。但為了發揮用處，代碼需要以特定方式進行組織，特定的方式使 Java 程序員可以訪問其中組件來解決手頭問題。
可以說，一個庫最重要的部分是它的應用程序編程接口(API)文檔。這種文檔很多人都熟悉，通常是由 Javadoc 生成的。Javadoc 讀取代碼中的結構化注釋并以 HTML 格式輸出文檔，通常 API 的 包package 在頁面左上角的面板中顯示，類class 在左下角顯示，同時右側會有庫、包或類級別的詳細文檔(具體取決于在主面板中選擇的內容)。例如，Apache Commons Math 的頂級 API 文檔 如下所示：
單擊主面板中的包會顯示該包中定義的 Java 類和接口。例如，org.apache.commons.math4.analysis.solvers 顯示了諸如 BisectionSolver 這樣的類，該類用于使用二分算法查找單變量實函數的零點。單擊 BisectionSolver 鏈接會列出 BisectionSolver 類的所有方法。
這類文檔可用作參考文檔，不適合作為學習如何使用庫的教程。比如，如果你知道什么是單變量實函數并查看包 org.apache.commons.math4.analysis.function，就可以試著使用該包來組合函數定義，然后使用 org.apache.commons.math4.analysis.solvers 包來查找剛剛創建的函數的零點。但如果你不知道，就可能需要更多學習向的文檔，也許甚至是一個實際例子，來讀懂參考文檔。
這種文檔結構還有助于闡明 包package(相關 Java 類和接口定義的集合)的含義，并顯示特定庫中捆綁了哪些包。
這種庫的代碼通常是在 .jar 文件 中，它基本上是由 Java 的 jar 命令創建的 .zip 文件，其中還包含一些其他有用的信息。.jar 文件通常被創建為構建過程的端點，該構建過程編譯了所定義包中的所有 .java 文件。
要訪問外部庫提供的功能，有兩個主要步驟：
- 確保通過類路徑(或者命令行中的 -cp 參數或者 CLASSPATH 環境變量)，庫可用于 Java 編譯步驟(javac)和執行步驟(java)。
- 使用恰當的 import 語句訪問程序源代碼中的包和類。
其余的步驟就與使用 String 等 Java核心類相同，使用庫提供的類和接口定義來編寫代碼。很簡單對吧?不過也沒那么簡單。首先，你需要了解庫組件的預期使用模式，然后才能編寫代碼。
示例：連接 PostgreSQL 數據庫
在數據庫系統中訪問數據的典型使用步驟是：
- 訪問正在使用的特定數據庫軟件代碼。
- 連接到數據庫服務器。
- 構建查詢字符串。
- 執行查詢字符串。
- 針對返回的結果，做需要的處理。
- 斷開與數據庫服務器的連接。
所有這些面向程序員的部分由接口包 java.sql 提供，它獨立于數據庫，定義了核心客戶端 Java 數據庫連接(JDBC)API。java.sql 包是 Java 核心庫的一部分，因此無需提供 .jar 文件即可編譯。但每個數據庫提供者都會創建自己的 java.sql 接口實現(例如 Connection 接口)，并且必須在運行步驟中提供這些實現。
接下來我們使用 PostgreSQL，看看這一過程是如何進行的。
訪問特定數據庫的代碼
以下代碼使用 Java 類加載器(Class.forName() 調用)將 PostgreSQL 驅動程序代碼加載到正在執行的虛擬機中：
- import java.sql.*;
- public class Test1 {
- public static void main(String args[]) {
- // Load the driver (jar file must be on class path) [1]
- try {
- Class.forName("org.postgresql.Driver");
- System.out.println("driver loaded");
- } catch (Exception e1) {
- System.err.println("couldn't find driver");
- System.err.println(e1);
- System.exit(1);
- }
- // If we get here all is OK
- System.out.println("done.");
- }
- }
因為類加載器可能失敗，失敗時會拋出異常，所以將對 Class.forName() 的調用放在 try-catch 代碼塊中。
如果你使用 javac 編譯上面的代碼，然后用 java 運行，會報異常：
- me@mymachine:~/Test$ javac Test1.java
- me@mymachine:~/Test$ java Test1
- couldn't find driver
- java.lang.ClassNotFoundException: org.postgresql.Driver
- me@mymachine:~/Test$
類加載器要求類路徑中有包含 PostgreSQL JDBC 驅動程序實現的 .jar 文件：
- me@mymachine:~/Test$ java -cp ~/src/postgresql-42.2.5.jar:. Test1
- driver loaded
- done.
- me@mymachine:~/Test$
連接到數據庫服務器
以下代碼實現了加載 JDBC 驅動程序和創建到 PostgreSQL 數據庫的連接：
- import java.sql.*;
- public class Test2 {
- public static void main(String args[]) {
- // Load the driver (jar file must be on class path) [1]
- try {
- Class.forName("org.postgresql.Driver");
- System.out.println("driver loaded");
- } catch (Exception e1) {
- System.err.println("couldn't find driver");
- System.err.println(e1);
- System.exit(1);
- }
- // Set up connection properties [2]
- java.util.Properties props = new java.util.Properties();
- props.setProperty("user","me");
- props.setProperty("password","mypassword");
- String database = "jdbc:postgresql://myhost.org:5432/test";
- // Open the connection to the database [3]
- try (Connection conn = DriverManager.getConnection(database, props)) {
- System.out.println("connection created");
- } catch (Exception e2) {
- System.err.println("sql operations failed");
- System.err.println(e2);
- System.exit(2);
- }
- System.out.println("connection closed");
- // If we get here all is OK
- System.out.println("done.");
- }
- }
編譯并運行上述代碼:
- me@mymachine:~/Test$ javac Test2.java
- me@mymachine:~/Test$ java -cp ~/src/postgresql-42.2.5.jar:. Test2
- driver loaded
- connection created
- connection closed
- done.
- me@mymachine:~/Test$
關于上述的一些注意事項：
- 注釋 [2] 后面的代碼使用系統屬性來設置連接參數(在本例中參數為 PostgreSQL 用戶名和密碼)。代碼也可以從 Java 命令行獲取這些參數并將所有參數作為參數包傳遞，同時還有一些其他 Driver.getConnection() 選項可用于單獨傳遞參數。
- JDBC 需要一個用于定義數據庫的 URL，它在上述代碼中被聲明為 String database 并與連接參數一起傳遞給 Driver.getConnection() 方法。
- 代碼使用 try-with-resources 語句，它會在 try-catch 塊中的代碼完成后自動關閉連接。Stack Overflow 上對這種方法進行了長期的討論。
- try-with-resources 語句提供對 Connection 實例的訪問，并可以在其中執行 SQL 語句;所有錯誤都會被同一個 catch 語句捕獲。
用數據庫的連接處理一些有趣的事情
日常工作中，我經常需要知道為給定的數據庫服務器實例定義了哪些用戶，這里我使用這個 簡便的 SQL 來獲取所有用戶的列表：
- import java.sql.*;
- public class Test3 {
- public static void main(String args[]) {
- // Load the driver (jar file must be on class path) [1]
- try {
- Class.forName("org.postgresql.Driver");
- System.out.println("driver loaded");
- } catch (Exception e1) {
- System.err.println("couldn't find driver");
- System.err.println(e1);
- System.exit(1);
- }
- // Set up connection properties [2]
- java.util.Properties props = new java.util.Properties();
- props.setProperty("user","me");
- props.setProperty("password","mypassword");
- String database = "jdbc:postgresql://myhost.org:5432/test";
- // Open the connection to the database [3]
- try (Connection conn = DriverManager.getConnection(database, props)) {
- System.out.println("connection created");
- // Create the SQL command string [4]
- String qs = "SELECT " +
- " u.usename AS \"User name\", " +
- " u.usesysid AS \"User ID\", " +
- " CASE " +
- " WHEN u.usesuper AND u.usecreatedb THEN " +
- " CAST('superuser, create database' AS pg_catalog.text) " +
- " WHEN u.usesuper THEN " +
- " CAST('superuser' AS pg_catalog.text) " +
- " WHEN u.usecreatedb THEN " +
- " CAST('create database' AS pg_catalog.text) " +
- " ELSE " +
- " CAST('' AS pg_catalog.text) " +
- " END AS \"Attributes\" " +
- "FROM pg_catalog.pg_user u " +
- "ORDER BY 1";
- // Use the connection to create a statement, execute it,
- // analyze the results and close the result set [5]
- Statement stat = conn.createStatement();
- ResultSet rs = stat.executeQuery(qs);
- System.out.println("User name;User ID;Attributes");
- while (rs.next()) {
- System.out.println(rs.getString("User name") + ";" +
- rs.getLong("User ID") + ";" +
- rs.getString("Attributes"));
- }
- rs.close();
- stat.close();
- } catch (Exception e2) {
- System.err.println("connecting failed");
- System.err.println(e2);
- System.exit(1);
- }
- System.out.println("connection closed");
- // If we get here all is OK
- System.out.println("done.");
- }
- }
在上述代碼中，一旦有了 Connection 實例，它就會定義一個查詢字符串(上面的注釋 [4])，創建一個 Statement 實例并用其來執行查詢字符串，然后將其結果放入一個 ResultSet 實例。程序可以遍歷該 ResultSet 實例來分析返回的結果，并以關閉 ResultSet 和 Statement 實例結束(上面的注釋 [5])。
編譯和執行程序會產生以下輸出：
- me@mymachine:~/Test$ javac Test3.java
- me@mymachine:~/Test$ java -cp ~/src/postgresql-42.2.5.jar:. Test3
- driver loaded
- connection created
- User name;User ID;Attributes
- fwa;16395;superuser
- vax;197772;
- mbe;290995;
- aca;169248;
- connection closed
- done.
- me@mymachine:~/Test$
這是在一個簡單的 Java 應用程序中使用 PostgreSQL JDBC 庫的(非常簡單的)示例。要注意的是，由于 java.sql 庫的設計方式，它不需要在代碼中使用像 import org.postgresql.jdbc.*; 這樣的 Java 導入語句，而是使用 Java 類加載器在運行時引入 PostgreSQL 代碼的方式，也正因此無需在代碼編譯時指定類路徑。
