在 Java 中使用外部库

发布于 2024-10-12 22:35:19 字数 11681 浏览 13 评论 0

外部库填补了 Java 核心库中的一些功能空白。

Java 自带有一组核心库，其中包含了定义常用数据类型和相关行为的库（例如 String 和 Date ）、与主机操作系统交互的实用程序（例如 System 和 File ），以及一些用来管理安全性、处理网络通信、创建或解析 XML 的有用的子系统。鉴于核心库的丰富性，程序员通常很容易在其中找到有用的组件，以减少需要编写的代码量。

即便如此，核心库仍有一些功能上的不足，因此发现这些不足的程序员们还额外创建了很多有趣的 Java 库。例如， Apache Commons “是一个专注于可重用 Java 组件所有方面的 Apache 项目”，提供了大约 43 个开源库的集合（截至撰写本文时），涵盖了 Java 核心库之外的一系列功能（例如 geometry 或 statistics ），并增强或替换了 Java 核心库中的原有功能（例如 math 或 numbers ）。

另一种常见的 Java 库类型是系统组件的接口（例如数据库系统接口），本文会着眼于使用此类接口连接到 PostgreSQL 数据库，并得到一些有趣的信息。首先，我们来回顾一下库的重要部分。

什么是库？

库library里自然包含的是一些有用的代码。但为了发挥用处，代码需要以特定方式进行组织，特定的方式使 Java 程序员可以访问其中组件来解决手头问题。

可以说，一个库最重要的部分是它的应用程序编程接口（API）文档。这种文档很多人都熟悉，通常是由 Javadoc 生成的。Javadoc 读取代码中的结构化注释并以 HTML 格式输出文档，通常 API 的包package 在页面左上角的面板中显示，类class 在左下角显示，同时右侧会有库、包或类级别的详细文档（具体取决于在主面板中选择的内容）。例如， Apache Commons Math 的顶级 API 文档如下所示：

API documentation for Apache Commons Math

单击主面板中的包会显示该包中定义的 Java 类和接口。例如， org.apache.commons.math4.analysis.solvers 显示了诸如 BisectionSolver 这样的类，该类用于使用二分算法查找单变量实函数的零点。单击 BisectionSolver 链接会列出 BisectionSolver 类的所有方法。

这类文档可用作参考文档，不适合作为学习如何使用库的教程。比如，如果你知道什么是单变量实函数并查看包 org.apache.commons.math4.analysis.function ，就可以试着使用该包来组合函数定义，然后使用 org.apache.commons.math4.analysis.solvers 包来查找刚刚创建的函数的零点。但如果你不知道，就可能需要更多学习向的文档，也许甚至是一个实际例子，来读懂参考文档。

这种文档结构还有助于阐明包package（相关 Java 类和接口定义的集合）的含义，并显示特定库中捆绑了哪些包。

这种库的代码通常是在 .jar 文件中，它基本上是由 Java 的 jar 命令创建的 .zip 文件，其中还包含一些其他有用的信息。.jar 文件通常被创建为构建过程的端点，该构建过程编译了所定义包中的所有 .java 文件。

要访问外部库提供的功能，有两个主要步骤：

确保通过类路径（或者命令行中的 -cp 参数或者 CLASSPATH 环境变量），库可用于 Java 编译步骤（ javac ）和执行步骤（ java ）。
使用恰当的 import 语句访问程序源代码中的包和类。

其余的步骤就与使用 String 等 Java 核心类相同，使用库提供的类和接口定义来编写代码。很简单对吧？不过也没那么简单。首先，你需要了解库组件的预期使用模式，然后才能编写代码。

示例：连接 PostgreSQL 数据库

在数据库系统中访问数据的典型使用步骤是：

访问正在使用的特定数据库软件代码。
连接到数据库服务器。
构建查询字符串。
执行查询字符串。
针对返回的结果，做需要的处理。
断开与数据库服务器的连接。

所有这些面向程序员的部分由接口包 java.sql 提供，它独立于数据库，定义了核心客户端 Java 数据库连接（JDBC）API。 java.sql 包是 Java 核心库的一部分，因此无需提供 .jar 文件即可编译。但每个数据库提供者都会创建自己的 java.sql 接口实现（例如 Connection 接口），并且必须在运行步骤中提供这些实现。

接下来我们使用 PostgreSQL，看看这一过程是如何进行的。

访问特定数据库的代码

以下代码使用 Java 类加载器（ Class.forName() 调用）将 PostgreSQL 驱动程序代码加载到正在执行的虚拟机中：

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.");
    }
}

因为类加载器可能失败，失败时会抛出异常，所以将对 Class.forName() 的调用放在 try-catch 代码块中。

如果你使用 javac 编译上面的代码，然后用 java 运行，会报异常：

me@mymachine:~/Test$ javac Test1.java
me@mymachine:~/Test$ java Test1
couldn't find driver
java.lang.ClassNotFoundException: org.postgresql.Driver
me@mymachine:~/Test$

类加载器要求类路径中有包含 PostgreSQL JDBC 驱动程序实现的 .jar 文件：

me@mymachine:~/Test$ java -cp ~/src/postgresql-42.2.5.jar:. Test1
driver loaded
done.
me@mymachine:~/Test$

连接到数据库服务器

以下代码实现了加载 JDBC 驱动程序和创建到 PostgreSQL 数据库的连接：

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.");
        }
}

编译并运行上述代码:

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$

关于上述的一些注意事项：

注释 [2] 后面的代码使用系统属性来设置连接参数（在本例中参数为 PostgreSQL 用户名和密码）。代码也可以从 Java 命令行获取这些参数并将所有参数作为参数包传递，同时还有一些其他 Driver.getConnection() 选项可用于单独传递参数。
JDBC 需要一个用于定义数据库的 URL，它在上述代码中被声明为 String database 并与连接参数一起传递给 Driver.getConnection() 方法。
代码使用 try-with-resources 语句，它会在 try-catch 块中的代码完成后自动关闭连接。 Stack Overflow 上对这种方法进行了长期的讨论。
try-with-resources 语句提供对 Connection 实例的访问，并可以在其中执行 SQL 语句；所有错误都会被同一个 catch 语句捕获。

用数据库的连接处理一些有趣的事情

日常工作中，我经常需要知道为给定的数据库服务器实例定义了哪些用户，这里我使用这个简便的 SQL 来获取所有用户的列表：

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.");
        }
}

在上述代码中，一旦有了 Connection 实例，它就会定义一个查询字符串（上面的注释 [4] ），创建一个 Statement 实例并用其来执行查询字符串，然后将其结果放入一个 ResultSet 实例。程序可以遍历该 ResultSet 实例来分析返回的结果，并以关闭 ResultSet 和 Statement 实例结束（上面的注释 [5] ）。

编译和执行程序会产生以下输出：

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$

这是在一个简单的 Java 应用程序中使用 PostgreSQL JDBC 库的（非常简单的）示例。要注意的是，由于 java.sql 库的设计方式，它不需要在代码中使用像 import org.postgresql.jdbc.*; 这样的 Java 导入语句，而是使用 Java 类加载器在运行时引入 PostgreSQL 代码的方式，也正因此无需在代码编译时指定类路径。

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