【JDBC系列】从源码角度理解JDBC和Mysql的预编译特性

longshengwang 发布于2019-08-15 10:54 / 2731人阅读

摘要：我们对语句做适当改变，就完成了注入，因为普通的不会对做任何处理，该例中单引号后的生效，拉出了所有数据。查询资料后，发现还要开启一个参数，让端缓存，缓存是级别的。结论是个好东西。

背景

最近因为工作调整的关系，都在和数据库打交道，增加了许多和JDBC亲密接触的机会，其实我们用的是Mybatis啦。知其然，知其所以然，是我们工程师童鞋们应该追求的事情，能够帮助你更好的理解这个技术，面对问题时更游刃有余。所以呢，最近就在业务时间对JDBC进行了小小的研究，有一些小收获，在此做个记录。

我们都知道市面上有很多数据库，比如Oracle，Sqlserver以及Mysql等，因为Mysql开放性以及可定制性比较强，平时在学校里或者在互联网从业的开发人员应该接触Mysql最多，本文后续的讲解也主要针对的是JDBC在Mysql驱动中的相关实现。

提纲

本文简单介绍了JDBC的由来，介绍了JDBC使用过程中的驱动加载代码，介绍了几个常用的接口，着重分析了Statement和Preparement使用上以及他们对待SQL注入上的区别。最后着重分析了PrepareStatement开启预编译前后，防SQL注入以及具体执行上的区别。

为什么需要JDBC

我们都知道，每家数据库的具体实现都会有所不同，如果开发者每接触一种新的数据库，都需要对其具体实现进行编程了，那我估计真正的代码还没开始写，先累死在底层的开发上了，同时这也不符合Java面向接口编程的特点。于是就有了JDBC。

JDBC（Java Data Base Connectivity,java数据库连接）是一种用于执行SQL语句的Java API，可以为多种关系数据库提供统一访问，它由一组用Java语言编写的类和接口组成。

如果用图来表示的话，如上图所示，开发者不必为每家数据通信协议的不同而疲于奔命，只需要面向JDBC提供的接口编程，在运行时，由对应的驱动程序操作对应的DB。

示例代码

光说不练假把式，奉上一段简单的示例代码，主要完成了获取数据库连接，执行SQL语句，打印返回结果，释放连接的过程。

package jdbc;

import java.sql.*;

/**
 * @author cenkailun
 * @Date 17/5/20
 * @Time 下午5:09
 */
public class Main {

    private static final String url = "jdbc:mysql://127.0.0.1:3306/demo";
    private static final String user = "root";
    private static final String password = "123456";

    static {
        try {
            Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) throws SQLException {
        Connection connection = DriverManager.getConnection(url, user, password);

        System.out.println("Statement 语句结果: ");
        Statement statement = connection.createStatement();
        statement.execute("SELECT * FROM SU_City limit 3");
        ResultSet resultSet = statement.getResultSet();
        printResultSet(resultSet);
        resultSet.close();
        statement.close();
        System.out.println();

        System.out.println("PreparedStatement 语句结果: ");
        PreparedStatement preparedStatement = connection
                .prepareStatement("SELECT * FROM SU_City WHERE city_en_name = ? limit 3");
        preparedStatement.setString(1, "beijing");
        preparedStatement.execute();
        resultSet = preparedStatement.getResultSet();
        printResultSet(resultSet);
        resultSet.close();
        preparedStatement.close();
        connection.close();

    }

    /**
     * 处理返回结果集
     */
    private static void printResultSet(ResultSet rs) {
        try {
            ResultSetMetaData meta = rs.getMetaData();
            int cols = meta.getColumnCount();
            StringBuffer b = new StringBuffer();
            while (rs.next()) {
                for (int i = 1; i <= cols; i++) {
                    b.append(meta.getColumnName(i) + "=");
                    b.append(rs.getString(i) + "	");
                }
                b.append("
");
            }
            System.out.print(b.toString());
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

主要接口:

DriverManager: 管理驱动程序，主要用于调用驱动从数据库获取连接。

Connection: 代表了一个数据库连接。

Statement: 持有Sql语句，执行并返回执行后的结果。

ResulSet: Sql执行完毕，返回的记过持有

代码分析

接下来我们对示例代码进行分析，阐述相关的知识点，具体实现均针对


      mysql
      mysql-connector-java
      5.1.42

驱动加载

在示例代码的static代码块，我们执行了

Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");

Class.forName会通过反射，初始化一个类。在com.mysql.jdbc.Driver，目测来说这是mysql对于JDBC中Driver接口的一个具体实现，在这个类里面，在其static代码块，它向DriverManager注册了自己。

public class Driver extends NonRegisteringDriver implements java.sql.Driver {
    //
    // Register ourselves with the DriverManager
    //
    static {
        try {
            java.sql.DriverManager.registerDriver(new Driver());
        } catch (SQLException E) {
            throw new RuntimeException("Can"t register driver!");
        }
    }

    /**
     * Construct a new driver and register it with DriverManager
     * 
     * @throws SQLException
     *             if a database error occurs.
     */
    public Driver() throws SQLException {
        // Required for Class.forName().newInstance()
    }
}

在DriverManger有一个CopyOnWriterArrayList，保存了注册驱动，以后可以再介绍一下它，它是在写的时候复制一份出去写，写完再复制回去。

private final static CopyOnWriteArrayList registeredDrivers = new CopyOnWriteArrayList();

注册完驱动后，我们可以通过DriverManager拿到Connection，这里有一个疑问，如果注册了多个驱动怎么办？ JDBC对这种也有应对方法，在选择使用哪个驱动的时候，会调用每个驱动实现的acceptsURL，判断这个驱动是不是符合条件。

public static Driver getDriver(String url)
        throws SQLException {
        Class callerClass = Reflection.getCallerClass();
        for (DriverInfo aDriver : registeredDrivers) {
            if(isDriverAllowed(aDriver.driver, callerClass)) {
                try {
                    if(aDriver.driver.acceptsURL(url)) {
                         return (aDriver.driver);
                    }
..............................................

如果有多个符合条件的驱动，就先到先得呗~
接下来是构建Sql语句。statement有三个具体的实现类:

PreparedStatement: PreparedStatement创建时就传过去一个sql语句,开始预编译的话，会返回语句ID，下次传语句ID和参数过去，就少了一次编译过程。

Statement: Statement用Connection得到一个空的执行器,在执行的时候给它传拼好的死的sql ,因为是整一个SQL，所以完全匹配的概率低，每次都需要重新解析编译。

CallableStatement 用于执行存储过程，目前没遇到过。

下文主要讲Statement和PreparedStatement。

前提:mysql执行脚本的大致过程如下：prepare（准备）-> optimize（优化）-> exec（物理执行），其中，prepare也就是我们所说的编译。前面已经说过，对于同一个sql模板，如果能将prepare的结果缓存，以后如果再执行相同模板而参数不同的sql，就可以节省掉prepare（准备）的环节，从而节省sql执行的成本

Statement

Statement可以理解为，每次都会把SQL语句，完整传输到Mysql端，被人一直诟病的，就是其难以防止最简单的Sql注入。

2017-05-20T10:07:20.439856Z       15 Query    SET NAMES latin1
2017-05-20T10:07:20.440138Z       15 Query    SET character_set_results = NULL
2017-05-20T10:07:20.440733Z       15 Query    SET autocommit=1
2017-05-20T10:07:20.445518Z       15 Query    SELECT * FROM SU_City limit 3

我们对statement语句做适当改变，city_en_name = ""beijing" OR 1 = 1",就完成了SQL注入，因为普通的statement不会对SQL做任何处理，该例中单引号后的OR 生效，拉出了所有数据。

2017-05-20T10:10:02.739761Z 17 Query SELECT * FROM SU_City WHERE city_en_name = "beijing" OR 1 = 1 limit 3

PreparedStatement

对于PreparedStatement，之前的认识是因为使用了这个，它会预编译，所以能防止SQL注入，所以为什么它能防止呢，说不清楚。我们先来看一下效果。

2017-05-20T10:14:16.841835Z 19 Query SELECT * FROM SU_City WHERE city_en_name = ""beijing" OR 1 = 1 " limit 3

同样的代码，单引号被转义了，所以没被SQL注入。

但我希望大家注意到，在这里，我们并没有开启预编译哦。所以说因为开启预编译，能防止SQL注入是不对的。

围观了下代码，发现在未开启预编译的时候，在setString时，使用的是mysql驱动的PreparedStatement，在这个方法里，会对参数进行处理。

publicvoidsetString(intparameterIndex, String x)throwsSQLException {

大致是在这里。

  for (int i = 0; i < stringLength; ++i) {
                        char c = x.charAt(i);

                        switch (c) {
                            case 0: /* Must be escaped for "mysql" */
                                buf.append("");
                                buf.append("0");

                                break;

                            case "
": /* Must be escaped for logs */
                                buf.append("");
                                buf.append("n");

                                break;

                            case "
":
                                buf.append("");
                                buf.append("r");

                                break;

                            case "":
                                buf.append("");
                                buf.append("");

                                break;

                            case """:
                                buf.append("");
                                buf.append(""");

                                break;

所以因为开启预编译才防止SQL注入是不对的，当然开启预编译后，确实也能防止。
Mysql其实是支持预编译的。你需要在JDBCURL里指定,这样就开启预编译成功。

"jdbc:mysql://127.0.0.1:3306/demo?useServerPrepStmts=true"

同时我们可以证明开启服务端预编译后，参数是在Mysql端进行转义了。下文是开启服务端预编译后，具体的日志情况。开启wireshark，可以看到传参数时是没有转义的，所以在服务端Mysql也能够对个别字符进行转义处理。

2017-05-20T10:27:53.618269Z       20 Prepare    SELECT * FROM SU_City WHERE city_en_name = ? limit 3
2017-05-20T10:27:53.619532Z       20 Execute    SELECT * FROM SU_City WHERE city_en_name = ""beijing" OR 1 = 1 " limit 3

再深入一点，如果是新开启一个PrepareStatement，会看到，还是要预编译两次，那预编译的意义就没有了，等于每次都多了一次网络传输。

2017-05-20T10:33:26.206977Z       23 Prepare    SELECT * FROM SU_City WHERE city_en_name = ? limit 3
2017-05-20T10:33:26.208019Z       23 Execute    SELECT * FROM SU_City WHERE city_en_name = ""beijing" OR 1 = 1 " limit 3
2017-05-20T10:33:26.208829Z       23 Prepare    SELECT * FROM SU_City WHERE city_en_name = ? limit 3
2017-05-20T10:33:26.209098Z       23 Execute    SELECT * FROM SU_City WHERE city_en_name = ""beijing" OR 1 = 1 " limit 3

查询资料后，发现还要开启一个参数，让JVM端缓存，缓存是Connection级别的。然后看效果。

"jdbc:mysql://127.0.0.1:3306/demo?useServerPrepStmts=true&cachePrepStmts=true";

查看日志，发现还是两次，?我了。

2017-05-20T10:34:51.540301Z       25 Prepare    SELECT * FROM SU_City WHERE city_en_name = ? limit 3
2017-05-20T10:34:51.541307Z       25 Execute    SELECT * FROM SU_City WHERE city_en_name = ""beijing" OR 1 = 1 " limit 3
2017-05-20T10:34:51.542025Z       25 Prepare    SELECT * FROM SU_City WHERE city_en_name = ? limit 3
2017-05-20T10:34:51.542278Z       25 Execute    SELECT * FROM SU_City WHERE city_en_name = ""beijing" OR 1 = 1 " limit 3

阴差阳错，点进PrepareStatement的close方法，才看到如下代码，恍然大悟，一定要关闭，缓存才会生效。

public void close() throws SQLException {
        MySQLConnection locallyScopedConn = this.connection;

        if (locallyScopedConn == null) {
            return; // already closed
        }
        synchronized (locallyScopedConn.getConnectionMutex()) {
            if (this.isCached && isPoolable() && !this.isClosed) {
                clearParameters();
                this.isClosed = true;
                this.connection.recachePreparedStatement(this);
                return;
            }

            realClose(true, true);
        }
    }

其实是假装关闭了statement，其实是把statement塞进缓存了。然后我们再看看效果，完美。

2017-05-20T10:39:39.410584Z       26 Prepare    SELECT * FROM SU_City WHERE city_en_name = ? limit 3
2017-05-20T10:39:39.411715Z       26 Execute    SELECT * FROM SU_City WHERE city_en_name = ""beijing" OR 1 = 1 " limit 3
2017-05-20T10:39:39.412388Z       26 Execute    SELECT * FROM SU_City WHERE city_en_name = ""beijing" OR 1 = 1 " limit 3

结论

JDBC是个好东西。

Statement没有防止SQL注入的能力。

PrepareStatement在没有开启预编译时，在本地对SQL进行参数化处理，对个别字符进行转移，开启预编译时，交由mysql端进行转移处理。

建议都使用PrepareStatement，因为其在本地也可以进行防SQL注入的简单处理，传输时和statement一样传输一条完整的sql。

如果开启PrepareStatement的useServerPrepStmts=true特性，请同时开启cachePrepStmts=true，否则同样的SQL模板，每次要进行一次编译，一次执行，网络开销成倍了，影响效率。

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