SQLite中的虛擬數(shù)據(jù)庫引擎
如果你想知道SQLite內(nèi)部是如何運(yùn)行的，你需要粗略了解一下VDBE的工作原理，從下圖可以看出，VDBE處于系統(tǒng)運(yùn)行的中部，所以它似乎與大部分的部件都有關(guān)系，即使部分代碼不直接與它交互但還是起到了支持作用的，VDBE確實(shí)是SQLite的核心部分。
這部分將要介紹VDBE是如何工作的，特別是VDBE指令是如何在一起配合完成對(duì)數(shù)據(jù)庫的操作的，下面先用一些簡(jiǎn)單的例子介紹，然后再解決更加復(fù)雜的問題，如果讀完了這篇文章，你就會(huì)對(duì)SQLite如何工作有了很好的理解了。
前言
VDBE是用虛擬機(jī)語言來操作虛擬機(jī)的，每個(gè)程序的目的都是要訪問和更新數(shù)據(jù)庫，那么VDBE要執(zhí)行的虛擬機(jī)語言都是專門為查找、讀取、和修改數(shù)據(jù)庫而做的。
每個(gè)VDBE語言指令都包括一個(gè)操作符和三個(gè)操作數(shù)，分別為P1，P2，P3，P1是一個(gè)任意的整數(shù)，P2是一個(gè)非負(fù)整數(shù)，P3是一個(gè)指向一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或者是一個(gè)字符串，也可能是NULL，只有少數(shù)VDBE指令用到所有的操作數(shù)，很多只用一兩個(gè)而已，還有一大部分根本就不用而是把自己的數(shù)據(jù)存到執(zhí)行棧中。
一個(gè)VDBE程序從第0條指令開始并執(zhí)行后面的一連串指令直到遇到錯(cuò)誤或者執(zhí)行到一個(gè)HALT指令。當(dāng)一個(gè)VDBE完成執(zhí)行任務(wù)后，所有的數(shù)據(jù)游標(biāo)都關(guān)閉了，所有的內(nèi)存都釋放，所有的數(shù)據(jù)都從棧中彈出，所以從來不用擔(dān)心內(nèi)存泄漏和沒有釋放資源的問題。
一、向數(shù)據(jù)庫中插入數(shù)據(jù)
我們開始用只有很少指令的VDEB程序來解決一個(gè)問題，假設(shè)我們已經(jīng)有一個(gè)數(shù)據(jù)表：
CREATE TABLE examp(one text, two int);也就是說我們現(xiàn)在已經(jīng)存在一個(gè)叫examp名字的表和兩列分別叫one和two，現(xiàn)在假設(shè)我們一插入下面的數(shù)據(jù)：INSERT INTO examp VALUES(‘Hello, World!’,99);
現(xiàn)在我們就可以看一下這些指令，我們可以先打開SQLite3命令窗口，并且建立好上面的表，并且插入數(shù)據(jù)，插入語句這樣寫：
EXPLAIN INSERT INTO examp VALUES('Hello, World!',99);
這時(shí)就會(huì)有下面的指令表產(chǎn)生：
從上面可以看出，對(duì)于一個(gè)簡(jiǎn)單的插入語句它執(zhí)行了12條指令，前三條和后2條都是指令執(zhí)行的開始和結(jié)尾，而真正執(zhí)行的工作都是在中間7條完成的，這里沒有跳轉(zhuǎn)，程序從上面一直到下面執(zhí)行，現(xiàn)在一條條的解釋其含義：
0 Transaction 0 0
1 VerifyCookie 0 81
2 Transaction 1 0
指令Transaction是在開始一個(gè)事務(wù)，事務(wù)是如果遇到Commit或者Rollback操作符就結(jié)束。P1是指示這個(gè)事務(wù)所在的數(shù)據(jù)庫文件的索引，0表示是主數(shù)據(jù)庫文件，當(dāng)一個(gè)事務(wù)開始時(shí)，在數(shù)據(jù)庫文件上要加上寫鎖，當(dāng)一個(gè)事務(wù)在運(yùn)行的時(shí)候其它的進(jìn)程就不能讀或者寫這個(gè)文件了，開始一下事務(wù)也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)回滾日志，在數(shù)據(jù)庫文件發(fā)生任何修改之前事務(wù)必須開始。
指令VerifyCookie是檢查數(shù)據(jù)模式的版本來確保它與它在上次讀數(shù)據(jù)庫模式得到的信息是一致的。P1是數(shù)據(jù)庫編號(hào)（0表示主數(shù)據(jù)庫），這樣是為了確保數(shù)據(jù)庫模式?jīng)]有被其它的線程修改。
第二個(gè)Transaction指令是在開始一個(gè)事務(wù)并且對(duì)數(shù)據(jù)庫1產(chǎn)生一個(gè)日志文件，這個(gè)數(shù)據(jù)是用于臨時(shí)表的。
3 Integer 0 0
4 OpenWrite 0 3 examp
指令Integer是將一個(gè)整型值P1（0）放到棧中，這里的0表示將要修改的數(shù)據(jù)庫，如果P3不為NULL，那么它將是用一個(gè)字符串類型來表達(dá)同樣的整數(shù)。現(xiàn)在棧的狀態(tài)為：
(integer) 0
指令OpenWrite是在P1（0）數(shù)據(jù)庫中，對(duì)表examp表打開一個(gè)讀/寫游標(biāo)，它的根頁面是P2（在這個(gè)數(shù)據(jù)庫文件中是3），游標(biāo)可以是任意一個(gè)非負(fù)整數(shù)，但是VDBE是在一個(gè)數(shù)組中分配游標(biāo)的，這個(gè)數(shù)組的大小為最大游標(biāo)數(shù)加一，所以為了節(jié)省內(nèi)存，最好就是從0位置開始一直加上去。這里的P3是將要被打開的表名，但是這里并沒有使用它，只是為了更好的讀代碼。這條指令會(huì)把數(shù)據(jù)庫編號(hào)0從棧中彈出來，所以現(xiàn)在棧又變成空的了。
5 NewRecno 0 0
指令NewRecno是產(chǎn)生一個(gè)新的整數(shù)記錄來讓游標(biāo)P1指向它，這個(gè)記錄值現(xiàn)在還不被用作關(guān)鍵字，新的記錄被存入棧中，現(xiàn)在棧的狀態(tài)如下：
(integer) new record key
6 String 0 0 Hello, World!
指令String是將操作數(shù)P3放入棧中，現(xiàn)在棧的狀態(tài)為：
(string) "Hello, World!"
(integer) new record key
7 Integer 99 0 99
Integer指令是將操作數(shù)P1放入棧中，現(xiàn)在棧的狀態(tài)為：
(integer) 99
(string) "Hello, World!"
(integer) new record key
8 MakeRecord 2 0
MakeRecord指令是將P1（2個(gè)）棧頂數(shù)據(jù)彈出棧，并且將它們轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制類型的數(shù)據(jù)來存入數(shù)據(jù)庫方件中，被這條指令處理過的記錄又一次壓入棧中，現(xiàn)在棧的狀態(tài)為：
(string) "Hello, World!"，99
(integer) new record key
9 PutIntKey 0 1
指令PutIntKey是從棧彈出兩個(gè)數(shù)據(jù)并且將這兩個(gè)數(shù)據(jù)寫入游標(biāo)P1所指的表中，這個(gè)新的記錄如果已經(jīng)存在則被覆蓋，如果不存在則新創(chuàng)建。這條記錄的值是棧頂記錄，而主鍵則是棧中第二條記錄（注：也就是在SQLite每個(gè)表中的系統(tǒng)主鍵rowid）這條指令會(huì)使棧彈出兩次，因?yàn)椴僮鲾?shù)P2是1，所以行的改變數(shù)為1并且rowid會(huì)存儲(chǔ)到sqlite_last_insert_rowid()函數(shù)的返回值中，如果P2是0，那么行修改數(shù)就不會(huì)改變，這條指令就說明插入操作所做的工作。
10 Close 0 0
指令Close是關(guān)閉一個(gè)先前打開的游標(biāo)P1，如果P1現(xiàn)在處于關(guān)閉狀態(tài)則這條指令無操作。
11 Commit 0 0
指令Commit會(huì)使所有的改變都存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，在下一個(gè)事務(wù)開始之前再不會(huì)產(chǎn)生任何的修改，這條指令也會(huì)刪除日志文件并且釋放了數(shù)據(jù)庫鎖，如果游標(biāo)還是在打開狀態(tài)的話，一個(gè)讀鎖可以繼續(xù)持有。
12 Halt 0 0
指令Halt使得VDBE引擎立即退出，所有打開的游標(biāo)等都自動(dòng)關(guān)閉，操作數(shù)P1是sqlite_exec()接口的返回值，對(duì)于一個(gè)正常的Halt，返回應(yīng)該是SQLITE_OK (0).，如果是出現(xiàn)錯(cuò)誤，就可能會(huì)得到其它的信息，P2操作數(shù)只有出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)候才會(huì)用到，也有一個(gè)隱含的Halt指令“Halt 0 0 0”在每個(gè)程序的結(jié)尾，這是VDBE在準(zhǔn)備執(zhí)行的時(shí)候附加上去的。
接著上一節(jié)的插入原理，現(xiàn)在來講一下查詢的執(zhí)行原理：
二、簡(jiǎn)單的查詢
到現(xiàn)在為止，已經(jīng)知道VDBE是如何將數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫中的了，現(xiàn)在下來看看查詢是如何工作的，下面是我們用到的例子：SELECT * FROM examp;
下面就是對(duì)執(zhí)行這條SQL語句產(chǎn)生的指令：
在看這個(gè)問題之前我們還是先看一下SQLite的查詢是如何工作的，這樣我們才知道我們需要完成什么工作，對(duì)于查詢結(jié)果的每一行，SQLite都會(huì)調(diào)用一個(gè)Callback函數(shù)：
int Callback(void *pUserData, int nColumn, char *azData[], char *azColumnName[]);
SQLite庫會(huì)給VDBE提供一個(gè)指向回調(diào)函數(shù)的指針和一個(gè)pUserData指針（不管是回調(diào)函數(shù)指針還是pUserData指針，它都是由API函數(shù)sqlite_exec()傳進(jìn)來的）VDBE的工作就是為nColumn、azData[]、azColumnName[]取值，nColumn就是查詢結(jié)果的列數(shù)，azColumnName[]數(shù)組中的每個(gè)字符串就是查詢結(jié)果的每一列名，azData[]放的是實(shí)際的數(shù)據(jù)。
0 ColumnName 0 0 one
1 ColumnName 1 0 two
VDBE的查詢程序的前兩條指令是為azColumn設(shè)置值的，ColumnName指令是告訴VDBE應(yīng)該給azColumnName數(shù)組設(shè)置什么值的，每次查詢都是以ColumnName指令開始的，對(duì)查詢結(jié)果的每個(gè)列都會(huì)有這樣的指令。并且在后來的查詢中對(duì)于每一列都會(huì)有相應(yīng)的列指令。
2 Integer 0 0
3 OpenRead 0 3 examp
4 VerifyCookie 0 81
指令2和3打開一個(gè)要訪問的數(shù)據(jù)庫表的游標(biāo)，這人工作和在插入數(shù)據(jù)時(shí)候用到的OpenWrite指令是差不多的，除了這回打開是用來讀的而那個(gè)是寫的，指令4象在插入的例子中一樣是用來驗(yàn)證數(shù)據(jù)庫模式的
5 Rewind 0 10
指令Rewind是初始化一個(gè)對(duì)要查詢表的循環(huán)的迭代器，它把游標(biāo)定位到表的第一個(gè)數(shù)據(jù)上，這是Column指令和下一條指令所需要的，下一條指令將會(huì)用這個(gè)游標(biāo)迭代整個(gè)表的，如果這個(gè)表是空的則跳轉(zhuǎn)到P2（10），如果表不是空的，則就跳到下一條指令，從現(xiàn)在開始就到了循環(huán)體部分了。
6 Column 0 0
7 Column 0 1
8 Callback 2 0
上面的指令是整個(gè)循環(huán)體，它對(duì)表中的每一條記錄都是只執(zhí)行一次，上面6、7指令都是將P2操作數(shù)對(duì)應(yīng)的各自的列的數(shù)據(jù)放到棧中，在這個(gè)例子中，第6條指令是將one列中的數(shù)據(jù)放到棧中，而第7條指令是將two列中的數(shù)據(jù)放到棧中，第8條指令是引發(fā)對(duì)回調(diào)函數(shù)的執(zhí)行，這時(shí)它的P1操作數(shù)將會(huì)變成查詢結(jié)果的列數(shù)，這條指令會(huì)將P1條記錄出棧并放到azData[]數(shù)組中。
9 Next 0 6
這條指令是在執(zhí)行一個(gè)循環(huán)的分叉部分，從第5條指令到現(xiàn)在是構(gòu)成了整個(gè)循環(huán)的邏輯結(jié)構(gòu)，這是個(gè)應(yīng)該值得注意的關(guān)鍵概念，這個(gè)指令是將游標(biāo)前進(jìn)指向下一條記錄，如果前進(jìn)成功，那么立即跳轉(zhuǎn)到這個(gè)循環(huán)開始，如果這個(gè)前進(jìn)不成功，則繼續(xù)執(zhí)行下面的結(jié)束循環(huán)的指令，而不跳回。
10 Close 0 0
11 Halt 0 0
Close指令是在程序的結(jié)尾將指向要查詢表的游標(biāo)關(guān)閉，其實(shí)沒必要在這里執(zhí)行這條指令，因?yàn)樵诔绦蚪Y(jié)束后，VDBE都會(huì)把所有的游標(biāo)自動(dòng)的關(guān)閉，Halt指令是用來關(guān)閉VDBE程序的。
注意到查詢記錄時(shí)沒有用到Transaction和Commit指令，而在插入的時(shí)候用到了，因?yàn)?span lang="EN-US">SELECT是個(gè)讀操作，而不會(huì)改變數(shù)據(jù)庫，所以它不需要事務(wù)。