DB2静态SQL和动态SQL 的比较与实践

引言 

SQL 语言作为标准的查询语言,几乎被所有的数据库管理系统 (DBMS) 所支持,并成为国际标准。标准的 SQL 语言一般包括三类,即 DDL (Data Definition Language, 数据描述语言 ) 、DML (Data Manipulation Language, 数据操纵语言 ) 和 DCL(Data Control Language,数据控制语言 )。通过这些标准的 SQL 语句,使得各种数据库能以一种较为统一的方式被访问。

DB2(本文以下专指 DB2 UDB for LinuxUnix和 Windows 版本)允许用户通过多种编程接口发送 SQL 语句到数据库引擎,然后由引擎统一编译并且运行。SQL 语句从编译和运行的角度可以分为两种,静态 SQL和 动态 SQL,这两种 SQL 在使用方式、运行机制和性能表现等方面各有特点 :

静态 SQL:静态 SQL 语句一般用于嵌入式 SQL 应用中,在程序运行前,SQL 语句必须是确定的,例如 SQL 语句中涉及的列名和表名必须是存在的。静态 SQL 语句的编译是在应用程序运行前进行的,编译的结果会存储在数据库内部。而后程序运行时,数据库将直接执行编译好的 SQL 语句,降低运行时的开销。

动态 SQL:动态 SQL 语句是在应用程序运行时被编译和执行的,例如,使用 DB2 的交互式工具 CLP 访问数据库时,用户输入的 SQL 语句是不确定的,因此 SQL 语句只能被动态地编译。动态 SQL 的应用较多,常见的 CLI 和 JDBC 应用程序都使用动态 SQL。

表 1列举了静态 SQL 和动态 SQL 的比较结果。

表 1. 静态 SQL 和动态 SQL 的比较

静态 SQL动态 SQLSQL 语句直接嵌入到宿主编程语言,程序需要预编译处理这些嵌入的 SQL 语句SQL 语句一般作为宿主语言的变量出现。嵌入式动态 SQL 应用需要预编译,非嵌入式 SQL 应用则无需预编译SQL 语句在程序被编译时已知,涉及的数据库对象已存在SQL 语句在程序被编译时未知,涉及的数据库对象可以是运行时才创建的SQL 语句在程序运行前被编译SQL 语句在程序运行时被编译SQL 语句的编译结果在 DB2 的目录 (catalog) 中持久化保存SQL 语句的编译结果缓存在数据库的内存里运行时仅读取目录 (catalog)运行时编译 SQL 语句需对目录 (catalog) 加锁SQL 语句的优化是根据编译时的数据库统计信息进行的,不能完全反映运行时的情况SQL 语句的优化是根运行时的数据库统计信息进行的对 SQL 语句所访问的数据对象的权限检查是在绑定时进行的对 SQL 语句所访问的数据对象的权限检查是在运行时进行的权限控制的粒度是包(package,一组 SQL 语句的编译结果),用户仅需要访问包的权限权限控制的粒度是 SQL 语句,用户需要具有访问 SQL 语句中每个数据对象的权限如果 SQL 语句中的对象被修改,如 DDL 执行,整个包都需要重新绑定当 SQL 语句中的对象被修改时,仅执行过的语句在下次运行时需要重新编译

根据编程方法的不同,DB2 的应用程序开还可以分为嵌入式 SQL 编程和非嵌入式编程 :

嵌入式 SQL 编程将 SQL 语句嵌入到宿主语言 (host) 的程序中,例如 C/C++ 程序。因为宿主语言不识别 SQL 语句,先要对程序进行预编译,把 SQL 语句转变为对 DB2 服务的调用,并重写源代码,最后再使用宿主语言的编译器对应用程序进行编译。嵌入式 SQL 都需要被绑定到特定的数据库中,可分为嵌入式静态 SQL 和嵌入式动态 SQL。

非嵌入式应用程序不需要预编译,且方法较多,如 CLI、JDBC、ODBC、ADO.NET 等等,这些方法中都使用动态 SQL。表 2列举了常见的 DB2 编程接口。

表 2. DB2 的编程接口一览

编程接口静态 / 动态是否为嵌入式嵌入式 SQL静态和动态是DB2 CLI动态否SQLJ静态是JDBC动态否ADO.NET,OLE DB动态否Perl DBI动态否PDO(PHP数据对象 )动态否

在下面的几个章节中,我们将陆续从使用角度上描述静态和动态 SQL 在各种编程接口中的应用,并运用一些实例来介绍在具体的场景中如何选择。 

静态 SQL 应用

嵌入式静态 SQL

无论是嵌入式静态 SQL 还是嵌入式动态 SQL,都需要先进行预编译,并绑定到特定的数据库。DB2 的嵌入式 SQL 应用程序支持以下几种语言:C,C++,COBOL,FORTRAN 和 REXX™。

对嵌入式静态 SQL 而言,只能使用编译时确定的 SQL 语句和访问编译时已经存在的数据库对象。清单 1是一个查询表的例子,使用 C 语言 :

清单 1. 嵌入式静态 SQL 的 C 语言片断

//test.sqc 
EXEC SQL INCLUDE SQLCA; 
EXEC SQL BEGIN DECLARE SECTION; 
sqlint32 t_seq = 0; 
char t_name[64]={0}; 
EXEC SQL END DECLARE SECTION; 
... 
t_seq = 5; 
EXEC SQL SELECT c_name INTO :t_name FROM test_tbl WHERE seq=:t_seq; 
printf("c_name = %s \n", t_name);

使用下面的命令,对上述代码进行预编译和编译:

清单 2. 嵌入式静态 SQL 的编译命令

# 需要先连接数据库 
db2 connect to TESTDB 
# 使用 PREP 命令对 sqc 源文件进行预编译,这将生成 test.c 源文件 
db2 PREP test.sqc 
# 使用 C 编译器对 test.c 进行编译 
xlC -q64 -I$DB2PATH/include -g -L$DB2PATH/lib -ldb2 -o test test.c

SQLJ

SQLJ 是应用于静态 SQL 的 Java编程接口。使用 SQLJ 编写应用程序和使用其他的语言接口相似,一个典型的 SQLJ 应用程序主要包括以下几个方面:

载入包含 SQLJ 和 JDBC 的 Java 包。

定义收发数据的载体变量。

连接至数据库,运行相应的 SQL 语句并且正确处理错误情况,最后从数据库断开。

清单 3是 SQLJ 中执行 SELECT 语句的代码片断。

清单 3. 简单的 SQLJ 程序片断

// 载入相关包 
import sqlj.runtime.*; 
import java.sql.*; 
// 连接至数据库 
Connection con0 = DriverManager.getConnection(url); 
// 执行相关的 SQL 语句 
#sql [ctx] iter = {SELECT NAME FROM EMP}; 
// 得到结果 
while (iter.next()) { 
System.out.println(iter.LASTNAME()); 
}

在 SQLJ 应用程序中,可以使用 ExecutionContext 类去控制和监控 SQL 语句的执行,如 清单 4所示。

清单 4. 在 SQLJ 使用 ExecutionContext

// 分配存储执行上下文的变量 
ExecutionContext exeCtx=new ExecutionContext(); 
// 关联变量和要执行的语句 
#sql [connCtx, exeCtx] {DELETE FROM EMP WHERE SALARY > 10000}; 
// 获取结果 
System.out.println("Deleted " + exeCtx.getUpdateCount() + " rows");

动态 SQL 应用

嵌入式动态 SQL

与嵌入式静态 SQL 相同,嵌入式动态 SQL 也需要预编译。不同的是,嵌入式动态 SQL 将 SQL 语句存放在宿主语言的字符型变量中,这样的 SQL 语句在预编译时是不被处理的,而是被当作主机变量对待,直到程序运行时才被编译执行。

得益于动态 SQL 的优点,嵌入式动态 SQL 可以处理运行时才确定的 SQL 语句,例如由程序运行时拼接的 SQL 语句。为了处理返回结果未知的 SELECT 语句,嵌入式动态 SQL 使用 SQLDA(SQL descriptor area) 结构和 DESCRIBE 语句获取结果集的结构和属性。SQLDA 结构如 图 1所示。HEADER 描述整个结果集的信息,而每个 SQLVAR 结构描述结果集中一个字段的信息。

图 1. SQLDA 结构

清单 5展示了如何使用 SQLDA 结构和 DESCRIBE 语句处理 SELECT 语句。

清单 5. 使用 SQLDA 结构和 DESCRIBE 语句的伪代码

//test1.sqc 

// 声明两个 SQLDA 指针,minsqlda 将是一个最小的 SQLDA 结构,用于 PREPARE 语句, 
// 此时结果集的字段数量未知,所以只需一个最小的 SQLDA,即包含 HEADER 和一个 SQLVAR 
struct sqlda * minsqlda = new sqlda; 
struct sqlda * fulsqlda = NULL; 

strcpy(hostVarStmt, "SELECT name FROM TEST_TBL"); 

// PREPARE 将填写 minsqlda 的 header,sqldabc 为 SQLDA 总长度,sqln 为 SQLVAR 数量,即字段数量 
EXEC SQL PREPARE STMT INTO :*minsqlda FROM :hostVarStmt; 

// 根据从 minsqlda 中获取的长度,分配完整的 SQLDA 结构 fulsqlda,其中将包括合适数量的 SQLVAR 结构 
fulsqlda = (struct sqlda *)malloc(SQLDASIZE(minsqlda->sqln)); 

// 使用 DESCRIBE 语句,获取结果集中每个字段的描述信息,包括各字段的类型 (sqltype) 和长度 (sqllen) 
EXEC SQL DESCRIBE STMT INTO :fulsqlda; 

Loop 

// 根据每个字段的长度,分配内存,将地址存储在对应 SQLVAR 的 sqldata 中 


// 声明游标 
EXEC SQL DECLARE c1 CURSOR FOR STMT; 
EXEC SQL OPEN c1; 

// 读取记录,记录中每个字段的内容将写入 fulsqlda 中对应 SQLVAR 结构的 sqldata 指向的内存 
EXEC SQL FETCH c1 USING DESCRIPTOR :*fulsqlda; 

// 循环读取所有记录 
while (sqlca.sqlcode != 100) 

EXEC SQL FETCH c1 USING DESCRIPTOR :*fulsqlda; 


EXEC SQL CLOSE c1; 

DB2 CLI

DB2 CLI(Call Level Interface)基于微软的 ODBC(Open Database Connectivity)标准,同时也增加了 DB2 特有的功能。它允许开发人员使用 C/C++ 语言访问 DB2 并通过函数调用将动态 SQL 语句传递给 DB2。DB2 CLI 一方面在 ODBC 的环境中作为 ODBC 驱动被 ODBC 管理器加载,另一方面,应用程序也可以直接使用 DB2 CLI API,此时具有更好的性能。清单 6展示了 CLI 如何执行一个 DELETE 语句。

清单 6. CLI 应用程序片断

/* SQL statements to be executed */ 
SQLCHAR * stmt1 = (SQLCHAR *)"delete from test1 where col1 = 5"; 

/* directly execute statement 1 */ 
cliRC = SQLExecDirect(hstmt, stmt1, SQL_NTS);

对一个返回结果未知的 SELECT 查询语句,需要使用相关的 CLI API 函数动态地获取对结果集的描述,并取回数据。图 2展示了这个处理过程。

图 2. DB2 CLI 应用程序处理 SELECT 语句流程

与嵌入式动态 SQL 应用相比,CLI 程序的灵活性更强。表 3列举了 CLI 应用程序和嵌入式动态 SQL 应用程序的比较。

表 3. CLI 应用程序和嵌入式动态 SQL 应用程序的比较

CLI嵌入式动态 SQLDB2 CLI 应用程序使用 API 函数发送 SQL 语句,应用程序的编译、连接和运行独立于特定数据库,即无需预编译,也不需要绑定到某个数据库实例。嵌入式动态 SQL 应用程序需要预编译,并且需要绑定到特定的数据库实例。CLI 提供的滚动游标(scroll cursor)支持前、后向移动一行或者多行记录,而移动的起点可以是第一行、最后一行或者之前存储的位置。只支持顺序前向读取游标,并使用 FETCH 语句取得记录。可以获取存储过程调用返回的结果集。并支持多种 DB2 服务器。可以获取存储过程的输出型或输入 - 输出型参数的值,但不能获取存储过程返回的结果集。只支持 C/C++ 语言。支持 C/C++, FORTRAN、COBOL 和 Java(SQLJ)。使用 CLI API 函数 SQLDescribeCol()、SQLAttribute() 描述未知 SQL 语句结果集的信息,包括结果集字段长度、类型、精度等信息。使用 SQLDA 结构和 DESCRIBE 语句获取未知 SQL 语句结果集的字段列表,包括类型、长度等信息。

动态sql语句示例
1 :普通SQL语句可以用Exec执行 

eg: Select * from tableName 
Exec('select * from tableName') 
Exec sp_executesql N'select * from tableName' -- 请注意字符串前一定要加N 

2: 字段名,表名,数据库名之类作为变量时,必须用动态SQL 

eg:  
declare @fname varchar(20) 
set @fname = 'FiledName' 
Select @fname from tableName -- 错误,不会提示错误,但结果为固定值FiledName,并非所要。 
Exec('select ' + @fname + ' from tableName') -- 请注意 加号前后的 单引号的边上加空格 

当然将字符串改成变量的形式也可 
declare @fname varchar(20) 
set @fname = 'FiledName' --设置字段名 

declare @s varchar(1000) 
set @s = 'select ' + @fname + ' from tableName' 
Exec(@s) -- 成功 
exec sp_executesql @s -- 此句会报错 



declare @s Nvarchar(1000) -- 注意此处改为nvarchar(1000) 
set @s = 'select ' + @fname + ' from tableName' 
Exec(@s) -- 成功  
exec sp_executesql @s -- 此句正确 

3. 输出参数 
declare @num int, 
@sqls nvarchar(4000) 
set @sqls='select count(*) from tableName' 
exec(@sqls) 
--如何将exec执行结果放入变量中? 

declare @num int, 
@sqls nvarchar(4000) 
set @sqls='select @a=count(*) from tableName ' 
exec sp_executesql @sqls,N'@a int output',@num output 
select @num 

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