SQLite数据库学习小结——Frameworks层实现

3. SQLite的Frameworks层实现

3.1 Frameworks层架构

Android系统方便应用使用，在Frameworks层中封装了一套Content框架，之所以叫Content框架而不叫数据库框架之类的，是因为这里Content不一定是来自数据库的内容，也可以是来自其他数据源的内容，开发人员只需要知道如何使用ContentResovler和ContentProvider就可以在应用进程之间共享数据了。

　　这里我们只讨论数据源是数据库的ContentProvider，开发人员需要实现一个SQLiteOpenHelper的派生类，它使用了一系列SQLite相关的类封装了native层的SQLite动态库的接口方法，那么SQLite在Frameworks层是如何封装的，我们在使用SQLite时又需要注意些什么呢？

我们先来看一看基于SQLite的Content框架的整体架构：

Android系统在Frameworks层

　　1、ContentResolver：Content框架的客户端，对应用提供增、删、改、查的接口方法，通过Authority指定目标Content服务，并连接到服务端执行数据操作。 

　　2、ContentProvider：Content框架的服务端，Android应用四大组件之一，通过Authority注册到PMS，在运行时有客户端请求时由AMS调度来响应客户端的数据操作。 

　　3、SQLiteOpenHelper：管理SQLite的帮助类，提供获取SQLIteDatabase实例的方法，它会在第一次使用数据库时调用获取实例方法时创建SQLiteDatabase实例，并且处理数据库版本变化，开发人员在实现ContentProvider时都要实现一个自定义的SQLiteOpenHelper类，处理数据的创建、升级和降级。

　　注意： 

　　　　（1）不管是调用getWritableDatabase方法还是getReadableDatabase方法，SQLIteOpenHelper都会以可读写模式打开数据库。

　　　　（2）如果应用程序想以WAL模式打开数据库，可在自定义SQLiteOpenHelper类的构造方法中调用setWriteAheadLoggingEnabled(true)。

　　　　SQLiteOpenHelper.java

　　　　

　　4、SQLiteDatabase：代表一个打开的SQLite数据库，提供了执行数据库操作的接口方法。如果不需要在进程之间共享数据，应用程序也可以自行创建这个类的实例来读写SQLite数据库。 

　　5、SQLiteSession：SQLiteSession负责管理数据库连接和事务的生命周期，通过SQLiteConnectionPool获取数据库连接来执行具体的数据库操作。 

　　6、SQLiteConnectionPool：数据库连接池，管理所有打开的数据库连接（Connection）。所有数据库连接都是通过它来打开，打开后会加入连接池，在读写数据库时需要从连接池中获取一个数据库连接来使用。

　　7、SQLiteConnection：代表了数据库连接，每个Connection封装了一个native层的sqlite3实例，通过JNI调用SQLite动态库的接口方法操作数据库，Connection要么被Session持有，要么被连接池持有。

　　8、CursorFactory：可选的Cursor工厂，可以提供自定义工厂来创建Cursor。

　　9、DatabaseErrorHandler：可选的数据库异常处理器（目前仅处理数据库Corruption），如果不提供，将会使用默认的异常处理器。

　　10、SQLiteDatabaseConfiguration：数据库配置，应用程序可以创建多个到SQLite数据库的连接，这个类用来保证每个连接的配置都是相同的。

　　11、SQLiteQuery和SQLiteStatement：从抽象类SQLiteProgram派生，封装了SQL语句的执行过程，在执行时自动组装待执行的SQL语句，并调用SQLiteSession来执行数据库操作。这两个类的实现应用了设计模式中的命令模式。

3.2 关键模块实现

本节介绍几个关键模块的实现和使用时需要注意的事项。

3.2.1 SQLiteSession

　　Android系统Frameworks层的数据库读写操作都是通过SQLiteSession完成的，SQLiteSession负责管理数据库连接和事务的生命周期。

　　一个SQLiteDatabse实例可以同时持有多个活跃的Session（但是为防止死锁，每个线程只能持有一个DB的Session），每个Session在执行SQL语句时获取数据库连接，在SQL语句执行结束后释放数据库连接，Session只有在只执行SQL语句期间保持数据库连接，执行完后就释放了。这个特性也是连接池的实现基础。

SQLiteSession.java

　　如果连接池中所有连接都已分配出去了，那么获取连接的SQLiteSession会阻塞直到有可用连接为止。

　　所以，在使用SQLite时需要注意以下几点：

　　（1）不要在UI线程中执行数据库操作。 

　　（2）执行的事务尽量短。

　　（3）如果读写事务很长，可以考虑使用yieldTransaction()方法先提交部分事务，给其他事务执行的机会。

3.2.2 SQLiteConnectionPool

　　数据库连接池保持所有打开的数据库连接，在任何时候，一个数据库连接要么被连接池持有，要么被一个SQLiteSession持有，如果SQLiteSession使用完数据库连接，必须把它还给连接池。如果连接池中所有的连接都已被占用，则待执行的事务要等待有空闲的连接才能执行。

　　目前Android系统的实现中，如果以非WAL模式打开数据库，连接池中只会保持一个数据库连接，如果以WAL模式打开数据库，连接池中的最大连接数量则根据系统配置决定，默认配置是两个。

SQLiteConnectionPool.java：

　　虽然名为连接池，但是从源码来看，目前实现的池中只有一个数据库连接（以后的Android版本可能会扩展），所以如果应用程序中有大量的并发数据库读和写操作的话，每个操作的时长都可能受到影响，所以数据库操作应放在工作线程中执行，以免影响UI响应。

3.2.4 Cursor

　　从ContentProvider查询的数据结果是放在Cursor中返回给客户端的，在客户端看来Cursor就是一个数据容器，但隐藏在Cursor后面的实现方式很灵活，它的数据既可以不是从数据库返回的，也可以是在使用时才真正加载的，很好的体现了面向对象编程的特性和优点。

　　在Frameworks中把Cursor定义为了一个接口，它的定位是可以随机访问的数据集，在接口中定义了访问数据集的通用方法。业务可以根据自己的需要实现一个Cursor，具体怎么实现接口的方法由具体实现决定，所以Cursor有很多子类来满足不同场景的需要。

　　通过SQLiteDatabase返回的就是其中的SQLiteCursor，如果数据不是从数据库返回的，开发人员也可以在ContentProvider中动态创建一个MatrixCursor，然后填充数据并返回给客户端。

　　从Cursor接口和其派生类的定义来看它们都没有实现Parcelable接口，那么它是怎么跨进程传递的呢？这需要Cursor首先要解决两个问题。

　　第一个问题：Cursor没有实现Parcelable接口，一个Cursor实例怎么跨进称传递呢？答案是传递的不是具体数据，而是Binder引用，即在ContentProvider端创建Cursor的Binder服务端实例，然后把Binder应用传递给客户端，在客户端通过这个Binder引用跨进程获取查询到的数据的。这里Frameworks定义了一个接口：IBulkCursor。

　　IBulkCursor定义了跨进程的Cursor需要实现的接口方法，其中getWindow()用来获得数据窗口，onMove()用来移动Cursor的位置。

　　那么第二个问来了：我们知道通过Binder传递的数据大小有限（1MB），而查询到的数据大小可能超出限制，那么怎么跨进程传递数据呢？既然数据大小不定，那么我们就不通过Binder传递数据了，而是通过共享内存传递数据，这块共享内存是封装在CursorWindow中的。

　　CursorWindow就是数据窗口，它在服务端分配（窗口大小有Android系统配置决定）并传递到客户端，客户端再映射到自己的进程空间中，这样，服务端填充的数据就可以被客户端读取到了。上面IBulkCursor接口中定义的getWindow()方法就是获取CursorWindow的。

　　CursorWindow在初始化时是空的，在调用Cursor的moveToXXX方法时会通过IBulkCursor的onMove()方法调用服务端的Cursor去填充数据窗口的内容。

CursorWindow.java

frameworks\base\libs\androidfw\CursorWindow.cpp

　　服务端创建共享内存。

CursorWindow.java

frameworks\base\libs\androidfw\CursorWindow.cpp

　　客户端映射共享内存到进程内存空间。

　　上面知道了Frameworks解决跨进程传递Cursor数据的思路，我们再来看下具体执行跨进程传递数据的类：CursorToBulkCursorAdapter（服务端）和BulkCursorToCursorAdapter（客户端）。

服务端：

客户端：

　　在ContentProviderNatvie类中可以看到Cursor的专递过程。

服务端：

ContentProviderNative.onTransact()

CursorToBulkCursorAdaptor.java

　　服务端在通过ContentProvider得到Cursor后，用它创建一个CursorToBulkCursorAdaptor实例，然后把adaptor封装在一个实现了Parcelable接口的BulkCursorDescriptor实例中返回给客户端。

　　虽说是在使用时才填充数据窗口，但是实际上传递Cursor的过程中，从上面代码可以看到服务端已经替应用程序填充过一次数据了：mCursor.getCount()。

SQLiteCursor.java

客户端：

ContentProviderProxy.query()

BulkCursorToCursorAdaptor.java

在得到服务端返回的数据后创建一个BulkCursorDescriptor实例，在用它初始化一个BulkCursorToCursorAdapter实例返回给应用程序使用。