本章涉及代码都在 https://github.com/CN-GuoZiyang/MYDB/tree/master/src/main/java/top/guoziyang/mydb/backend/server 、 https://github.com/CN-GuoZiyang/MYDB/tree/master/src/main/java/top/guoziyang/mydb/client 与 https://github.com/CN-GuoZiyang/MYDB/tree/master/src/main/java/top/guoziyang/mydb/transport 中。
前言
NYDB 被设计为 C/S 结构，类似于 MySQL。支持启动一个服务器，并有多个客户端去连接，通过 socket 通信，执行 SQL 返回结果。
C/S 通信
MYDB 使用了一种特殊的二进制格式，用于客户端和服务端通信。当然如果嫌麻烦的话，其实直接用明文也不是不可以。
传输的最基本结构，是 Package：
public class Package {
byte[] data;
Exception err;
}每个 Package 在发送前，由 Encoder 编码为字节数组，在对方收到后同样会由 Encoder 解码成 Package 对象。编码和解码的规则如下：
[Flag][data]若 flag 为 0，表示发送的是数据，那么 data 即为这份数据本身；如果 flag 为 1，表示发送的是错误，data 是 Exception.getMessage() 的错误提示信息。如下：
public class Encoder {
public byte[] encode(Package pkg) {
if(pkg.getErr() != null) {
Exception err = pkg.getErr();
String msg = "Intern server error!";
if(err.getMessage() != null) {
msg = err.getMessage();
}
return Bytes.concat(new byte[]{1}, msg.getBytes());
} else {
return Bytes.concat(new byte[]{0}, pkg.getData());
}
}
public Package decode(byte[] data) throws Exception {
if(data.length < 1) {
throw Error.InvalidPkgDataException;
}
if(data[0] == 0) {
return new Package(Arrays.copyOfRange(data, 1, data.length), null);
} else if(data[0] == 1) {
return new Package(null, new RuntimeException(new String(Arrays.copyOfRange(data, 1, data.length))));
} else {
throw Error.InvalidPkgDataException;
}
}
}编码之后的信息会通过 Transporter 类，写入输出流发送出去。为了避免特殊字符造成问题，这里会将数据转成十六进制字符串（Hex String），并为信息末尾加上换行符。这样在发送和接收数据时，就可以很简单地使用 BufferedReader 和 Writer 来直接按行读写了。
public class Transporter {
private Socket socket;
private BufferedReader reader;
private BufferedWriter writer;
public Transporter(Socket socket) throws IOException {
this.socket = socket;
this.reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
this.writer = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(socket.getOutputStream()));
}
public void send(byte[] data) throws Exception {
String raw = hexEncode(data);
writer.write(raw);
writer.flush();
}
public byte[] receive() throws Exception {
String line = reader.readLine();
if(line == null) {
close();
}
return hexDecode(line);
}
public void close() throws IOException {
writer.close();
reader.close();
socket.close();
}
private String hexEncode(byte[] buf) {
return Hex.encodeHexString(buf, true)+"n";
}
private byte[] hexDecode(String buf) throws DecoderException {
return Hex.decodeHex(buf);
}
}Packager 则是 Encoder 和 Transporter 的结合体，直接对外提供 send 和 receive 方法：
public class Packager {
private Transporter transpoter;
private Encoder encoder;
public Packager(Transporter transpoter, Encoder encoder) {
this.transpoter = transpoter;
this.encoder = encoder;
}
public void send(Package pkg) throws Exception {
byte[] data = encoder.encode(pkg);
transpoter.send(data);
}
public Package receive() throws Exception {
byte[] data = transpoter.receive();
return encoder.decode(data);
}
public void close() throws Exception {
transpoter.close();
}
}Server 和 Client 的实现
Server 和 Client，偷懒直接使用了 Java 的 socket。
Server 启动一个 ServerSocket 监听端口，当有请求到来时直接把请求丢给一个新线程处理。这部分应该直接背板了。
HandleSocket 类实现了 Runnable 接口，在建立连接后初始化 Packager，随后就循环接收来自客户端的数据并处理：
Packager packager = null;
try {
Transporter t = new Transporter(socket);
Encoder e = new Encoder();
packager = new Packager(t, e);
} catch(IOException e) {
e.printStackTrace();
try {
socket.close();
} catch (IOException e1) {
e1.printStackTrace();
}
return;
}
Executor exe = new Executor(tbm);
while(true) {
Package pkg = null;
try {
pkg = packager.receive();
} catch(Exception e) {
break;
}
byte[] sql = pkg.getData();
byte[] result = null;
Exception e = null;
try {
result = exe.execute(sql);
} catch (Exception e1) {
e = e1;
e.printStackTrace();
}
pkg = new Package(result, e);
try {
packager.send(pkg);
} catch (Exception e1) {
e1.printStackTrace();
break;
}
}处理的核心是 Executor 类，Executor 调用 Parser 获取到对应语句的结构化信息对象，并根据对象的类型，调用 TBM 的不同方法进行处理。具体不再赘述。
top.guoziyang.mydb.backend.Launcher 类，则是服务器的启动入口。这个类解析了命令行参数。很重要的参数就是 -open 或者 -create。Launcher 根据两个参数，来决定是创建数据库文件，还是启动一个已有的数据库。
private static void createDB(String path) {
TransactionManager tm = TransactionManager.create(path);
DataManager dm = DataManager.create(path, DEFALUT_MEM, tm);
VersionManager vm = new VersionManagerImpl(tm, dm);
TableManager.create(path, vm, dm);
tm.close();
dm.close();
}
private static void openDB(String path, long mem) {
TransactionManager tm = TransactionManager.open(path);
DataManager dm = DataManager.open(path, mem, tm);
VersionManager vm = new VersionManagerImpl(tm, dm);
TableManager tbm = TableManager.open(path, vm, dm);
new Server(port, tbm).start();
}客户端连接服务器的过程，也是背板。客户端有一个简单的 Shell，实际上只是读入用户的输入，并调用 Client.execute()。
public byte[] execute(byte[] stat) throws Exception {
Package pkg = new Package(stat, null);
Package resPkg = rt.roundTrip(pkg);
if(resPkg.getErr() != null) {
throw resPkg.getErr();
}
return resPkg.getData();
}RoundTripper 类实际上实现了单次收发动作：
public Package roundTrip(Package pkg) throws Exception {
packager.send(pkg);
return packager.receive();
}最后附上客户端的启动入口，很简单，把 Shell run 起来即可：
public class Launcher {
public static void main(String[] args) throws UnknownHostException, IOException {
Socket socket = new Socket("127.0.0.1", 9999);
Encoder e = new Encoder();
Transporter t = new Transporter(socket);
Packager packager = new Packager(t, e);
Client client = new Client(packager);
Shell shell = new Shell(client);
shell.run();
}
}今天是 2021 年 12 月 26 日，圣诞节。
战无不胜的毛泽东思想万岁！