内存数据库Apache Derby、H2

概述

传统关系型数据库涉及大量的工作，如果想在Java应用程序里使用MySQL数据库，至少需要如下步骤：

• 安装（可选：配置用户名密码）
• 建表（要么从命令行进入，要么安装一个可视化工具，如DataGrip）
• 插入数据（可选）
• 配置连接信息（数据库的连接串，用户名，密码等信息）

还是有些繁琐。想象如下场景：

1. 想要快速进行POC（Proof of Concept）概念验证测试
2. 考虑单元测试
   • 当数据库中的某些数据/模式发生更改时，不希望它们失败
   • 可能希望能够并行运行它们，多个开发人员可能并行运行测试。

此时，内存数据库（In-Memory Database，嵌入式数据库）可提供一种较为理想的解决方案。在Java应用程序启动时创建内存数据库，并在应用程序停止时销毁。好处：

• 零项目设置或基础设施
• 零配置零维护
• 易于学习，POC和单元测试

总结，以存储介质来分类，数据库有两种：

• 内存数据库：数据主要存储在内存中，可将数据进行持久化到文件硬盘中。如Redis、H2DB的内存模式。由于内存容量有限，不适合大型应用。
• 硬盘数据库：最为常见。如SSDB是基于SSD硬盘的KV数据库，支持的数据接口很丰富，是Redis的另外一个选择。

举例

如SQLite、Berkeley DB、Derby、H2、HSQL DB、MySQL Embedded都是内存数据库。

Derby

官网
Apache Derby是100% Java编写，安装简单易管理，体积小，与平台无关的内存数据库，以 Java 类库的形式对外提供服务。支持的数据库最大50GB，支持标准SQL92，SQL1999，SQL2003，临时表，索引，触发器，视图，存储过程，外键，约束，并行，事务，加密与安全等。性能较好，在插入100万条记录时，CPU占用率一直低于 40%，平均每插一条记录耗时小于 0.3 毫秒。

支持两种运行模式：

1. 内嵌模式：数据库与应用程序共享同一个JVM，通常由应用程序负责启动和停止，对除启动它的应用程序外的其它应用程序不可见，即其它应用程序不可访问它；
2. 网络模式：数据库独占一个JVM，做为服务器上的一个独立进程运行。在这种模式下，允许有多个应用程序来访问同一个Derby数据库。

下载地址，需根据JDK版本下载相应的Derby版本。目前还在使用JDK8，故下载db-derby-10.14.2.0-bin.zip版本，解压后的目录：

1. bin：工具脚本和设备环境的脚本；
2. demo：实例程序；
3. docs：文档；
4. javadoc：API文档；
5. lib：jar文件；
6. test：测试jar包；

命令行

bin目录提供ij脚本。

D:\Program\db-derby-10.14.2.0-bin\bin> ./ij.bat
ij 版本 10.14
ij> show databases
> # 输出为空,表明此时没有任何数据库
> connect 'jdbc:derby:mydb;create=true';
IJ 错误：无法建立 connection # 连接数据库,没有则创建
ij> connect 'jdbc:derby:e:/mydb;create=true'; # 必须指定路径
ij> # 输出为空,表示执行成功无报错

看一下本地生成的目录：

接下来可以像MySQL那样操作：

ij> create table test(id int primary key, name varchar(22));
已插入/更新/删除 0 行
ij> insert into test values(1,'johnny');
已插入/更新/删除 1 行
ij> select * from test
> ; # 语句必须以英文分号结尾
ID         |NAME
----------------------------------
1          |johnny
已选择 1 行
ij> disconnect; # 断开连接
ij> exit; # 退出,Ctrl+C

Java

Maven添加如下依赖：

<dependency><groupId>org.apache.derby</groupId><artifactId>derby</artifactId><version>10.14.2.0</version><scope>test</scope>
</dependency>

注意需要根据JDK版本号添加相应的Derby版本，JDBC demo示例代码略，过于简单。

H2

Spring Boot已经是Java开发者事实上的标准。SB提供简单配置，可在真实数据库（如MySQL）和内存数据库（如H2）之间切换。

H2是用Java编写的关系数据库管理系统，可嵌入Java应用程序中，也可以在客户端 - 服务器模式下运行。支持SQL标准的子集，还提供一个Web控制台（h2-console）来查看和维护数据库。使用时加入H2运行时依赖

<dependency><groupId>com.h2database</groupId><artifactId>h2</artifactId><scope>runtime</scope>
</dependency>

在application.properties中启用h2控制台功能：spring.h2.console.enabled=true
启动应用程序，可看到控制台打印输出：

o.s.b.a.h2.H2ConsoleAutoConfiguration    : H2 console available at '/h2-console'. Database available at 'jdbc:h2:mem:dc2f642f-cc93-48df-b170-4110b17384c3'

浏览器访问http://localhost:<server.port>/h2-console/，会自动跳转到http://localhost:8085/h2-console/login.jsp?jsessionid=e8c8fb0e00f5dff6fa6f59636cbb26c6，jsessionid每次都不一样。

注意上图中的JDBC URL默认为jdbc:h2:~/test，此时如果直接点Connect或Test Connection，都会报错，报错信息如上：Database not found。注意看应用启动时的控制台输出的关键信息。填入dc2f642f-cc93-48df-b170-4110b17384c3，然后点击Connect。成功，挑战到页面：

可以看到此界面和DataGrip还是有点相似，左侧是库和表信息，右边是SQL编辑框，上面有一些配置项，下面有命令解释和示例SQL脚本。最下面截图不完整的Adding Database Drivers

Additional database drivers can be registered by adding the Jar file location of the driver to the environment variables H2DRIVERS or CLASSPATH. Example (Windows): to add the database driver library C:/Programs/hsqldb/lib/hsqldb.jar, set the environment variable H2DRIVERS to C:/Programs/hsqldb/lib/hsqldb.jar.

大意是可以设置环境变量H2DRIVERS=<path_to_hsqldb.jar_file>

进阶

SB自动配置原理，在类路径中看到H2，就会自动配置数据源：

spring.datasource.url=jdbc:h2:mem:<uuid>
spring.datasource.driverClassName=org.h2.Driver
spring.datasource.username=sa
spring.datasource.password=
spring.jpa.database-platform=org.hibernate.dialect.H2Dialect

即，如果没有提供URL指定库名和表名，会使用UUID规则生成一个数据库

持久化
应用程序退出后，数据会从内存清除，怎么把数据持久化呢？H2提供持久化到文件的配置：

spring:datasource:driver-class-name: org.h2.Driverurl: jdbc:h2:file:/www/${spring.application.name}/db# Windows# url: jdbc:h2:file:C:/data/sample/${spring.application.name}/db;# 内存数据配置# spring.datasource.url=jdbc:h2:mem:testdbusername: sapassword:jpa:hibernate:ddl-auto: updatedatabase-platform: org.hibernate.dialect.H2Dialecth2:console:path: /h2enabled: truesettings:web-allow-others: true

可结合JPA或Spring Data JDBC一起使用，下面是JPA引入：

<dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-data-jpa</artifactId>
</dependency>

@Entity标注实体类，@Id标注主键：

@Entity
public class Product {@javax.persistence.Idprivate String Id;private String name;
}

其他无需任何配置，SB启动时发现classpath中有m2就默认启动，同时建立product对应的H2数据表。

参考

• h2-file-database
• 内存数据库的发展现状和前景如何