JDBC. Подключение БД и создание консольного Java приложения в IntelliJ IDEA

Введение

Эта статья открывает небольшой цикл, посвященный азам взаимодействия с базами данных (БД) в Java и введению в SQL. Многие программы заняты обработкой и модификацией информации, её поддержкой в актуальном состоянии. Поскольку данные — весьма важная часть логики программ, то под них зачастую выделяют отдельное хранилище. Информация в нём структурирована и подчинена специальным правилам, чтобы обеспечить правильность обработки и хранения. Доступ к данным и их изменение осуществляется с помощью специального языка запросов — SQL (Structured Query Language).
Система управления базами данных — это ПО, которое обеспечивает взаимодействие разных внешних программ с данными и дополнительные службы (журналирование, восстановление, резервное копирование и тому подобное), в том числе посредством SQL. То есть программная прослойка между данными и внешними программами с ними работающими. В этой части ответим на вопросы что такое SQL, что такое SQL сервер и создадим первую программу для взаимодействия с СУБД.

Виды СУБД

Существует несколько видов СУБД по способу организации хранения данных:
  • Иерархические. Данные организованы в виде древовидной структуры. Пример — файловая система, которая начинается с корня диска и далее прирастает ветвями файлов разных типов и папок разной степени вложенности.
  • Сетевые. Видоизменение иерархической, у каждого узла может быть больше одного родителя.
  • Объектно-ориентированные. Данные организованы в виде классов/объектов c их атрибутами и принципами взаимодействия согласно ООП.
  • Реляционные. Данные этого вида СУБД организованы в таблицах. Таблицы могут быть связаны друг с другом, информация в них структурирована.
В цикле статей будем рассматривать именно реляционные СУБД (как самые распространённые) на примере H2 и создавать с нуля приложение, эмулирующую подобие работы биржи. Вопрос: Почему не PostgreSQL, MySQL, MSSQL или Oracle? Ответ: Чтобы не отвлекаться на вопросы установки отдельного комплекса программ. Дальнейшей настройки, создания БД, тонкостей работы в разных ОС, версий. Для работы с H2 необходимо совершить минимум действий. Но ничего не мешает поменять текущую H2 JDBC на реляционную СУБД другого производителя (изменяется только строка адреса сервера и имя класса драйвера).

SQL

Внешние программы формируют запросы к СУБД на языке управления данными Structured Query Language. Что такое SQL и чем отличается от привычных языков программирования? Одна из особенностей SQL – декларативность. То есть, SQL — декларативный язык. Это значит, что, вбивая команды, то есть, создавая запросы к SQL-серверу, мы описываем, что именно хотим получить, а не каким способом. Посылая серверу запрос SELECT * FROM CUSTOMER (приблизительный перевод с SQL на русский: «сделать выборку из таблицы COSTUMER, выборка состоит из всех строк таблица»), мы получим данные по всем пользователям. Совершенно неважно, как и откуда сервер загрузит и сформирует интересующие нас данные. Главное – правильно сформулировать запрос.
  • Что такое SQL-Сервер и как он работает? Взаимодействие с СУБД происходит по клиент-серверному принципу. Некая внешняя программа посылает запрос в виде операторов и команд на языке SQL, СУБД его обрабатывает и высылает ответ. Для упрощения примем, что SQL Сервер = СУБД.
Если вы умеете управлять легковым автомобилем одной марки, вы, скорее всего, без особых проблем сможете сесть за руль и других. Основы вождения везде одинаковы, за исключением небольших деталей. Аналогично и для SQL-серверов разных производителей — у каждого из них своя версия SQL, но она удовлетворяет заданным стандартам (SQL92, SQL2003 …). Мы будем использовать операторы и команды в рамках SQL92. Основные SQL-операторы подразделяют на следующие группы:
  • Data Definition Language (DDL) – определения данных. Создание структуры БД и её объектов;
  • Data Manipulation Language(DML) – собственно взаимодействие с данными: вставка, удаление, изменение и чтение;
  • Transaction Control Language (TCL) – управление транзакциями;
  • Data Control Language(DCL) – управление правами доступа к данным и структурам БД.
В цикле статей мы рассмотрим первые три группы, особо уделяя внимание DML.

JDBC

В 80-е годы прошлого века персональные компьютеры типа PC XT/AT завоевали рынок. Во многом это произошло благодаря модульности их конструкции. Это означает, что пользователь мог довольно просто менять ту или иную составную часть своего компьютера (процессор, видеокарту, диски и тому подобное). Это замечательное свойство сохранилось и поныне: мы меняем видеокарту и обновляем драйвер (иногда он и вовсе обновляется сам, в автоматическом режиме). Чаще всего при таких манипуляциях ничего плохого не происходит, и существующие программы продолжат работать с обновившейся системой без переустановки. Аналогично и для работы в Java с СУБД. Для стандартизации работы с SQL-серверами взаимодействие с ней можно выполнять через единую точку — JDBC (Java DataBase Connectivity). Она представляет собой реализацию пакета java.sql для работы с СУБД. Производители всех популярных SQL-серверов выпускают для них драйверы JDBC. Рассмотрим схему ниже. Приложение использует экземпляры классов из java.sql. Затем мы передаем необходимые команды для получения/модификации данных. Далее java.sql через jdbc-драйвер взаимодействует с СУБД и возвращает нам готовый результат. Для перехода на СУБД другого производителя часто достаточно сменить JDBC и выполнить базовые настройки. Остальные части программы при этом не меняются.

Первая программа

Приступим к практической части. Создадим Java-проект с помощью IDE JetBrains IntelliJ IDEA. Заметим, что редакция Ultimate Edition содержит в своём составе замечательный инструмент для работы с SQL и БД — Data Grip. Однако она платная для большинства пользователей. Так что нам для учебных целей остается использовать общедоступную IntelliJ IDEA Community Edition. Итак:
  1. Запускаем IDE и создадём новый проект:

  2. Выбираем Java-проект, указываем версию SDK (в примере JDK8, однако это не критично):

  3. На следующем шаге выбираем в качестве типа консольное приложение:

  4. Указываем имя проекта, пакет и его размещение на диске (я создал специально для этого отдельную директорию):

  5. Отложим на минуту IDE и загрузим c www.h2database.com необходимый JDBC-файл для работы c СУБД H2 (download platform independent ZIP):

  6. Заходим внутрь скачанного файла (нас интересует jar-файл по пути h2\bin, который нам далее понадобится, скопируем его):

  7. Возвращаемся в IDE и создаём в корне проекта директории: db, где будут размещены файлы с данными СУБД; lib – здесь JAR-библиотека JDBC:

  8. Переносим в директорию lib jar-файл из шага 6, и добавим его в проект как библиотеку:

  9. Переименуем java-файл в src/sql/demo на StockExchange.java (если забыли, мы собираемся эмулировать простую «биржу»), поменяем его содержимое и запустим:
Теперь мы умеем подключаться к СУБД и отключаться от неё. Каждый шаг отражается в консоли. При первом подключении к СУБД создаётся файл базы данных stockExchange.mv.db.

Разбор кода

Собственно код:
package sql.demo;

import java.sql.*;

public class StockExchangeDB {
    // Блок объявления констант
    public static final String DB_URL = "jdbc:h2:/c:/JavaPrj/SQLDemo/db/stockExchange";
    public static final String DB_Driver = "org.h2.Driver";

    public static void main(String[] args) {
        try {
            Class.forName(DB_Driver); //Проверяем наличие JDBC драйвера для работы с БД
            Connection connection = DriverManager.getConnection(DB_URL);//соединениесБД
            System.out.println("Соединение с СУБД выполнено.");
            connection.close();       // отключение от БД
            System.out.println("Отключение от СУБД выполнено.");
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace(); // обработка ошибки  Class.forName
            System.out.println("JDBC драйвер для СУБД не найден!");
        } catch (SQLException e) {
            e.printStackTrace(); // обработка ошибок  DriverManager.getConnection
            System.out.println("Ошибка SQL !");
        }
    }
}

Блок констант:

  1. DB_Driver: Здесь мы определили имя драйвера, которое можно узнать, например, кликнув мышкой на подключенную библиотеку и развернув её структуру в директории lib текущего проекта.
  2. DB_URL: Адрес нашей базы данных. Состоит из данных, разделённых двоеточием:
  3. Протокол=jdbc
  4. Вендор (производитель/наименование) СУБД=h2
  5. Расположение СУБД, в нашем случае путь до файла (c:/JavaPrj/SQLDemo/db/stockExchange). Для сетевых СУБД тут дополнительно указываются имена или IP адреса удалённых серверов, TCP/UDP номера портов и так далее.

Обработка ошибок:

Вызов методов нашего кода может вернуть ошибки, на которые следует обратить внимание. На данном этапе мы просто информируем о них в консоли. Заметим, что ошибки при работе с СУБД — это чаще всего SQLException.

Логика работы:

  1. Class.forName(DB_Driver) – убеждаемся в наличии соответствующего JDBC-драйвера (который мы ранее загрузили и установили).
  2. DriverManager.getConnection(DB_URL) – устанавливаем соединение СУБД. По переданному адресу, JDBC сама определит тип и местоположение нашей СУБД и вернёт Connection, который мы можем использовать для связи с БД.
  3. connection.close() – закрываем соединение с СУБД и завершаем работу с программой.
В следующей части цикла мы познакомимся с DDL-операторами и типами SQL-данных, а также создадим начальную структуру нашей БД и наполним её таблицами.