SQLite的架构（十一）

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介绍

本文档介绍SQLite库的架构。 这里的信息对那些想要了解或 修改SQLite的内部工作原理。

接口SQL 命令处理器虚拟机B-树呼叫器操作系统接口分词器解析 器法典发电机公用事业测试代码核心后端SQL 编译器辅料

附近的图表显示了SQLite的主要组件 以及它们如何互操作。下面的文字 解释了各个组件的角色。

概述

SQLite 的工作原理是将 SQL 文本编译为字节码，然后运行 使用虚拟机的字节码。

sqlite3_prepare_v2（） 和相关接口充当编译器 用于将 SQL 文本转换为字节码。sqlite3_stmt对象是 实现单个字节码程序的容器 SQL 语句。sqlite3_step（） 接口传递字节码程序 进入虚拟机，并运行程序，直到它完成， 或形成一行要返回的结果，或遇到致命错误，或被中断。

接口

大部分 C 语言接口都可以在源代码中找到 文件 main.c、legacy.c 和 vdbeapi.c，尽管某些例程是 分散在他们可以访问数据的其他文件中 具有文件范围的结构。 sqlite3_get_table（） 例程在 table.c 中实现。 sqlite3_mprintf（） 例程位于 printf.c 中。 sqlite3_complete（） 接口位于 complete.c 中。 TCL 接口由 tclsqlite.c 实现。

为避免名称冲突，所有外部 SQLite 库中的符号以前缀 sqlite3 开头。 那些供外部使用的符号（换句话说， 那些构成 API for SQLite 的符号）添加下划线，以及 因此，从sqlite3_开始。扩展 API 有时会添加 下划线前的扩展名;例如：sqlite3rbu_ 或 sqlite3session_。

分词器

当要计算包含 SQL 语句的字符串时，它是 首先发送到分词器。 分词器中断 将 SQL 文本转换为令牌并传递这些令牌 一个接一个地到解析器。分词器是手动编码的 文件 tokenize.c.

请注意，在此设计中，分词器调用分析器。人 熟悉YACC和BISON的人可能习惯于做事 另一种方式 - 让解析器调用分词器。拥有 不过，分词器调用解析器更好，因为它可以制作 线程安全，它运行得更快。

解析 器

解析器根据 他们的背景。SQLite 的解析器是使用 Lemon 解析器生成器生成的。 Lemon 的工作与 YACC/BISON 相同，但它使用 一种不同的输入语法，不易出错。 Lemon 还生成了一个可重入且线程安全的解析器。 Lemon 定义了非终端析构函数的概念，所以 当遇到语法错误时，它不会泄漏内存。 驱动 Lemon 并定义 SQL 语言的语法文件 SQLite 理解的内容可以在 parse.y 中找到。

因为 Lemon 是一个在开发机器上通常找不到的程序， Lemon 的完整源代码（只有一个 C 文件）包含在 “tool”子目录中的 SQLite 分发。

代码生成器

解析器将令牌组装到解析树中后， 代码生成器运行以分析解析树并生成执行 SQL 语句工作的字节码。 预准备语句对象是此字节码的容器。 代码生成器中有许多文件，包括：attach.c、auth.c、build.c、delete.c、expr.c、insert.c、pragma.c、select.c、trigger.c、update.c、vacuum.c、where.c、wherecode.c 和 whereexpr.c。 在这些文件中，大多数严肃的魔术都发生了。expr.c 处理表达式的代码生成。where*.c 处理 WHERE 子句的代码生成 SELECT、UPDATE 和 DELETE 语句。文件 attach.c、delete.c、insert.c、select.c、trigger.c update.c 和 vacuum.c 处理代码生成 对于具有相同名称的 SQL 语句。（每个文件都调用例程 必要时在 expr.c 和 where.c 中。所有其他 SQL 语句是从 build.c 中编码出来的。 auth.c 文件实现了 sqlite3_set_authorizer（） 的功能。

代码生成器，尤其是 where*.c 和 select.c 中的逻辑，有时称为查询规划器。对于任何特定的 SQL 语句，可能有 成百上千或数百万种不同的算法进行计算 答案是。查询计划器是一个 AI，它努力选择 这数百万种选择中的最佳算法。

字节码引擎

代码生成器创建的字节码程序由 虚拟机。

虚拟机本身完全包含在单个 源文件 vdbe.c。vdbe.h 头文件定义接口 在虚拟机和 SQLite 库的其余部分以及 vdbeInt.h 之间，vdbeInt.h 定义了 对虚拟机本身是私有的。 其他各种 vdbe*.c 文件是虚拟机的帮助程序。 vdbeaux.c 文件包含虚拟使用的实用程序 机器和接口模块由库的其余部分用于 构造 VM 程序。vdbeapi.c 文件包含外部 虚拟机的接口，例如 sqlite3_bind_int（） 和 sqlite3_step（）。个人价值观 （字符串、整数、浮点数和 BLOB）存储 在名为“Mem”的内部对象中，该对象由 vdbemem.c 实现。

SQLite 使用对 C 语言例程的回调来实现 SQL 函数。 甚至内置的 SQL 函数也是以这种方式实现的。大多数 内置的 SQL 函数（例如：abs（）、count（）、substr（） 等）可以在 func.c 源代码中找到 文件。 日期和时间转换函数可在 date.c 中找到。 实现了一些函数，例如 coalesce（） 和 typeof（） 作为字节码直接由代码生成器提供。

B-树

SQLite 数据库使用 B 树实现在磁盘上维护 在 btree.c 源文件中找到。单独的 B 树用于 数据库中的每个表和每个索引。所有 B 树都存储在 相同的磁盘文件。文件格式详细信息稳定且定义明确，并且 保证向前迈进兼容。

B-tree 子系统和 SQLite 库的其余部分的接口 由头文件 btree.h 定义。

页面缓存

B-tree 模块以固定大小从磁盘请求信息 页面。默认page_size为 4096 字节，但可以是 两个介于 512 和 65536 字节之间。 页面缓存负责读取、写入和 缓存这些页面。 页面缓存还提供回滚和原子提交抽象 并负责数据库文件的锁定。这 B-tree 驱动程序从页面缓存中请求特定页面并通知 想要修改页面或提交或回滚时的页面缓存 变化。页面缓存处理所有混乱的细节，以确保 快速、安全、高效地处理请求。

主页面缓存实现位于 pager.c 文件中。WAL 模式逻辑位于单独的 wal.c 中。内存中缓存由 pcache.c 和 pcache1.c 文件实现。 页面缓存子系统之间的接口 SQLite 的其余部分由头文件 pager.h 定义。

操作系统接口

为了提供跨操作系统的可移植性， SQLite 使用一个名为 VFS 的抽象对象。每个 VFS 都提供方法 用于打开、读取、写入和关闭磁盘上的文件，以及其他 特定于操作系统的任务，例如查找当前时间或获取随机性 初始化内置伪随机数生成器。 SQLite 目前为 unix（在 os_unix.c 文件中）和 Windows（在 os_win.c 文件中）提供 VFS。

公用事业

内存分配、无大小写字符串比较例程、 可移植文本到数字转换例程和其他实用程序 位于 util.c 中。 解析器使用的符号表由找到的哈希表维护 在 hash.c 中。utf.c 源文件包含 Unicode 转换子例程。 SQLite 有自己的 printf（） 私有实现（使用 一些扩展）在 printf.c 和它自己的 random.c 中的伪随机数生成器 （PRNG）。

测试代码

源代码树的“src/”文件夹中名称以 test 开头的文件仅用于测试，不包含在标准中 库的构建。