外部库填补了 Java 核心库中的一些功能空白。
Java 自带有一组核心库，其中包含了定义常用数据类型和相关行为的库(例如 String 和 Date)、与主机操作系统交互的实用程序(例如 System 和 File)，以及一些用来管理安全性、处理网络通信、创建或解析 XML的有用的子系统。鉴于核心库的丰富性，程序员通常很容易在其中找到有用的组件，以减少需要编写的代码量。
即便如此，核心库仍有一些功能上的不足，因此发现这些不足的程序员们还额外创建了很多有趣的 Java 库。例如，Apache Commons“是一个专注于可重用 Java 组件所有方面的 Apache 项目”，提供了大约 43 个开源库的集合(截至撰写本文时)，涵盖了 Java 核心库之外的一系列功能 (例如 geometry 或 statistics)，并增强或替换了 Java 核心库中的原有功能(例如 math 或 numbers)。
另一种常见的 Java 库类型是系统组件的接口(例如数据库系统接口)，本文会着眼于使用此类接口连接到 PostgreSQL 数据库，并得到一些有趣的信息。首先，我们来回顾一下库的重要部分。
什么是库?
库library里自然包含的是一些有用的代码。但为了发挥用处，代码需要以特定方式进行组织，特定的方式使 Java 程序员可以访问其中组件来解决手头问题。
可以说，一个库最重要的部分是它的应用程序编程接口(API)文档。这种文档很多人都熟悉，通常是由 Javadoc 生成的。Javadoc 读取代码中的结构化注释并以 HTML 格式输出文档，通常 API 的 包package 在页面左上角的面板中显示，类class 在左下角显示，同时右侧会有库、包或类级别的详细文档(具体取决于在主面板中选择的内容)。例如，Apache Commons Math 的顶级 API 文档 如下所示：
单击主面板中的包会显示该包中定义的 Java 类和接口。例如，org.apache.commons.math4.analysis.solvers 显示了诸如 BisectionSolver 这样的类，该类用于使用二分算法查找单变量实函数的零点。单击 BisectionSolver 链接会列出 BisectionSolver 类的所有方法。
这类文档可用作参考文档，不适合作为学习如何使用库的教程。比如，如果你知道什么是单变量实函数并查看包 org.apache.commons.math4.analysis.function，就可以试着使用该包来组合函数定义，然后使用 org.apache.commons.math4.analysis.solvers 包来查找刚刚创建的函数的零点。但如果你不知道，就可能需要更多学习向的文档，也许甚至是一个实际例子，来读懂参考文档。
这种文档结构还有助于阐明 包package(相关 Java 类和接口定义的集合)的含义，并显示特定库中捆绑了哪些包。
这种库的代码通常是在 .jar 文件 中，它基本上是由 Java 的 jar 命令创建的 .zip 文件，其中还包含一些其他有用的信息。.jar 文件通常被创建为构建过程的端点，该构建过程编译了所定义包中的所有 .java 文件。
要访问外部库提供的功能，有两个主要步骤：
- 确保通过类路径(或者命令行中的 -cp 参数或者 CLASSPATH 环境变量)，库可用于 Java 编译步骤(javac)和执行步骤(java)。
- 使用恰当的 import 语句访问程序源代码中的包和类。
其余的步骤就与使用 String 等 Java核心类相同，使用库提供的类和接口定义来编写代码。很简单对吧?不过也没那么简单。首先，你需要了解库组件的预期使用模式，然后才能编写代码。
示例：连接 PostgreSQL 数据库
在数据库系统中访问数据的典型使用步骤是：
- 访问正在使用的特定数据库软件代码。
- 连接到数据库服务器。
- 构建查询字符串。
- 执行查询字符串。
- 针对返回的结果，做需要的处理。
- 断开与数据库服务器的连接。
所有这些面向程序员的部分由接口包 java.sql 提供，它独立于数据库，定义了核心客户端 Java 数据库连接(JDBC)API。java.sql 包是 Java 核心库的一部分，因此无需提供 .jar 文件即可编译。但每个数据库提供者都会创建自己的 java.sql 接口实现(例如 Connection 接口)，并且必须在运行步骤中提供这些实现。
接下来我们使用 PostgreSQL，看看这一过程是如何进行的。
访问特定数据库的代码
以下代码使用 Java 类加载器(Class.forName() 调用)将 PostgreSQL 驱动程序代码加载到正在执行的虚拟机中：
- import java.sql.*;
- public class Test1 {
- public static void main(String args[]) {
- // Load the driver (jar file must be on class path) [1]
- try {
- Class.forName("org.postgresql.Driver");
- System.out.println("driver loaded");
- } catch (Exception e1) {
- System.err.println("couldn't find driver");
- System.err.println(e1);
- System.exit(1);
- }
- // If we get here all is OK
- System.out.println("done.");
- }
- }
因为类加载器可能失败，失败时会抛出异常，所以将对 Class.forName() 的调用放在 try-catch 代码块中。
如果你使用 javac 编译上面的代码，然后用 java 运行，会报异常：
- me@mymachine:~/Test$ javac Test1.java
- me@mymachine:~/Test$ java Test1
- couldn't find driver
- java.lang.ClassNotFoundException: org.postgresql.Driver
- me@mymachine:~/Test$
类加载器要求类路径中有包含 PostgreSQL JDBC 驱动程序实现的 .jar 文件：
- me@mymachine:~/Test$ java -cp ~/src/postgresql-42.2.5.jar:. Test1
- driver loaded
- done.
- me@mymachine:~/Test$
连接到数据库服务器
以下代码实现了加载 JDBC 驱动程序和创建到 PostgreSQL 数据库的连接：
- import java.sql.*;
- public class Test2 {
- public static void main(String args[]) {
- // Load the driver (jar file must be on class path) [1]
- try {
- Class.forName("org.postgresql.Driver");
- System.out.println("driver loaded");
- } catch (Exception e1) {
- System.err.println("couldn't find driver");
- System.err.println(e1);
- System.exit(1);
- }
- // Set up connection properties [2]
- java.util.Properties props = new java.util.Properties();
- props.setProperty("user","me");
- props.setProperty("password","mypassword");
- String database = "jdbc:postgresql://myhost.org:5432/test";
- // Open the connection to the database [3]
- try (Connection conn = DriverManager.getConnection(database, props)) {
- System.out.println("connection created");
- } catch (Exception e2) {
- System.err.println("sql operations failed");
- System.err.println(e2);
- System.exit(2);
- }
- System.out.println("connection closed");
- // If we get here all is OK
- System.out.println("done.");
- }
- }
编译并运行上述代码:
- me@mymachine:~/Test$ javac Test2.java
- me@mymachine:~/Test$ java -cp ~/src/postgresql-42.2.5.jar:. Test2
- driver loaded
- connection created
- connection closed
- done.
- me@mymachine:~/Test$
关于上述的一些注意事项：
- 注释 [2] 后面的代码使用系统属性来设置连接参数(在本例中参数为 PostgreSQL 用户名和密码)。代码也可以从 Java 命令行获取这些参数并将所有参数作为参数包传递，同时还有一些其他 Driver.getConnection() 选项可用于单独传递参数。
- JDBC 需要一个用于定义数据库的 URL，它在上述代码中被声明为 String database 并与连接参数一起传递给 Driver.getConnection() 方法。
- 代码使用 try-with-resources 语句，它会在 try-catch 块中的代码完成后自动关闭连接。Stack Overflow 上对这种方法进行了长期的讨论。
- try-with-resources 语句提供对 Connection 实例的访问，并可以在其中执行 SQL 语句;所有错误都会被同一个 catch 语句捕获。
用数据库的连接处理一些有趣的事情
日常工作中，我经常需要知道为给定的数据库服务器实例定义了哪些用户，这里我使用这个 简便的 SQL 来获取所有用户的列表：
- import java.sql.*;
- public class Test3 {
- public static void main(String args[]) {
- // Load the driver (jar file must be on class path) [1]
- try {
- Class.forName("org.postgresql.Driver");
- System.out.println("driver loaded");
- } catch (Exception e1) {
- System.err.println("couldn't find driver");
- System.err.println(e1);
- System.exit(1);
- }
- // Set up connection properties [2]
- java.util.Properties props = new java.util.Properties();
- props.setProperty("user","me");
- props.setProperty("password","mypassword");
- String database = "jdbc:postgresql://myhost.org:5432/test";
- // Open the connection to the database [3]
- try (Connection conn = DriverManager.getConnection(database, props)) {
- System.out.println("connection created");
- // Create the SQL command string [4]
- String qs = "SELECT " +
- " u.usename AS \"User name\", " +
- " u.usesysid AS \"User ID\", " +
- " CASE " +
- " WHEN u.usesuper AND u.usecreatedb THEN " +
- " CAST('superuser, create database' AS pg_catalog.text) " +
- " WHEN u.usesuper THEN " +
- " CAST('superuser' AS pg_catalog.text) " +
- " WHEN u.usecreatedb THEN " +
- " CAST('create database' AS pg_catalog.text) " +
- " ELSE " +
- " CAST('' AS pg_catalog.text) " +
- " END AS \"Attributes\" " +
- "FROM pg_catalog.pg_user u " +
- "ORDER BY 1";
- // Use the connection to create a statement, execute it,
- // analyze the results and close the result set [5]
- Statement stat = conn.createStatement();
- ResultSet rs = stat.executeQuery(qs);
- System.out.println("User name;User ID;Attributes");
- while (rs.next()) {
- System.out.println(rs.getString("User name") + ";" +
- rs.getLong("User ID") + ";" +
- rs.getString("Attributes"));
- }
- rs.close();
- stat.close();
- } catch (Exception e2) {
- System.err.println("connecting failed");
- System.err.println(e2);
- System.exit(1);
- }
- System.out.println("connection closed");
- // If we get here all is OK
- System.out.println("done.");
- }
- }
在上述代码中，一旦有了 Connection 实例，它就会定义一个查询字符串(上面的注释 [4])，创建一个 Statement 实例并用其来执行查询字符串，然后将其结果放入一个 ResultSet 实例。程序可以遍历该 ResultSet 实例来分析返回的结果，并以关闭 ResultSet 和 Statement 实例结束(上面的注释 [5])。
编译和执行程序会产生以下输出：
- me@mymachine:~/Test$ javac Test3.java
- me@mymachine:~/Test$ java -cp ~/src/postgresql-42.2.5.jar:. Test3
- driver loaded
- connection created
- User name;User ID;Attributes
- fwa;16395;superuser
- vax;197772;
- mbe;290995;
- aca;169248;
- connection closed
- done.
- me@mymachine:~/Test$
这是在一个简单的 Java 应用程序中使用 PostgreSQL JDBC 库的(非常简单的)示例。要注意的是，由于 java.sql 库的设计方式，它不需要在代码中使用像 import org.postgresql.jdbc.*; 这样的 Java 导入语句，而是使用 Java 类加载器在运行时引入 PostgreSQL 代码的方式，也正因此无需在代码编译时指定类路径。
