開源嵌入式數(shù)據(jù)庫Bericel ey DB和SQLite的比較

1 嵌入式數(shù)據(jù)庫

通常，我們采用數(shù)據(jù)庫來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的存儲、檢索等功能。像MySQL這類基于C／S結(jié)構(gòu)的關系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，雖然代表著目前數(shù)據(jù)庫應用的主流，卻并不能滿足所有應用場合的需要。很多的應用，僅僅利用到了這些數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品的基本特性而已。有時我們需要的可能只是一個簡單的基于磁盤文件的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，這樣就不必安裝龐大的數(shù)據(jù)庫服務器，以簡化數(shù)據(jù)庫應用程序的設計。在某些特殊應用場合，比如在嵌入式系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)的硬件軟件資源都有限，這些數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品就明顯有一些臃腫，甚至是不可實現(xiàn)的。在這些情況下，嵌入式數(shù)據(jù)庫的優(yōu)勢就特別明顯了。

嵌入式數(shù)據(jù)庫通常與操作系統(tǒng)和具體應用集成在一起，無須獨立運行的數(shù)據(jù)庫引擎，由程序直接調(diào)用相應的API去實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的存取操作。更直白地講，嵌入式數(shù)據(jù)庫是一種具備了基本數(shù)據(jù)庫特性的數(shù)據(jù)文件。嵌入式數(shù)據(jù)庫與其它數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品的區(qū)別是，前者是程序驅(qū)動式，而后者是引擎響應式。嵌入式數(shù)據(jù)庫的一個很重要的特點是它們的體積非常小，編譯后的產(chǎn)品也不過幾十KB，在一些移動設備上極具競爭力。

從目前嵌入式應用的發(fā)展趨勢來看，嵌入式數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)必須充分體現(xiàn)系統(tǒng)的可定制性，即系統(tǒng)選擇的技術路線要面向具體的行業(yè)應用，因而研究源碼開放的嵌入式數(shù)據(jù)庫具有特殊意義。

2 Berkeley DB和SQLite
DBkeley DB是一款健壯的、高速的工業(yè)級開放源代碼的嵌入式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。應用它，程序員只需要調(diào)用一些簡單的API就可以完成對數(shù)據(jù)的訪問和管理。
Berkeley DB的源代碼有C和Java兩種，函數(shù)庫本身只有300KB左右，但卻能夠用來管理多達256TB的數(shù)據(jù)。Berkeley DB作為一種嵌入式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在許多方面有著獨特的優(yōu)勢。首先，由于其應用程序和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)運行在相同的進程空間當中，進行數(shù)據(jù)操作時可以避免繁瑣的進程間通信，因此耗費在通信上的開銷自然也就降低到了極低程度。其次，Berkeley DB使用簡單的函數(shù)調(diào)用接口來完成所有的數(shù)據(jù)庫操作，而不是在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中經(jīng)常用到的SQL語言，避免了對結(jié)構(gòu)化查詢語言進行解析和處理所需的開銷。

SQLite的源代碼是C，其源代碼完全開放。SQLite第一個Alpha版本誕生于2000年5月。今年5月，SQLite又迎來了一個新的里程一SOLite 3。

SQLite有以下特性：支持ACID事務；零配置一無需安裝和管理配置；儲存在單一磁盤文件中的一個完整的數(shù)據(jù)庫；數(shù)據(jù)庫文件可以在不同字節(jié)順序的機器間自由共享；支持數(shù)據(jù)庫大小至2TB；足夠小，全部源碼大致3萬行c代碼，250KB；比目前流行的大多數(shù)數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)的操作要快；提供了對事務功能和并發(fā)處理的支持，應用Transaction既保證了數(shù)據(jù)的完整性，也會提高運行速度，因為多條語句一起提交給數(shù)據(jù)庫的速度會比一條一條的提交方式更快；獨立，沒有額外依賴。

目前，對Berkeley DB的研究開發(fā)工作主要是美國的sleepycat公司在進行，在國內(nèi)幾乎沒有關于這方面的研究；而SQLite在國內(nèi)也是鮮有人問津。

2．1 Berkeley DB和SOLite的數(shù)據(jù)庫操作
與常用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(如MySQL和Oracle等)有所不同，在Berkeley DB中并沒有數(shù)據(jù)庫服務器的概念。應用程序不需要事先同數(shù)據(jù)庫服務建立起網(wǎng)絡連接，而是通過內(nèi)嵌在程序中的Berkeley DB函數(shù)庫來完成對數(shù)據(jù)的保存、查詢、修改和刪除等操作。所有與數(shù)據(jù)庫相關的操作都由函數(shù)庫負責統(tǒng)一完成，這樣無論是系統(tǒng)中的多個進程，或者是相同進程中的多個線程，都可以在同一時間調(diào)用訪問數(shù)據(jù)庫的函數(shù)；而底層的數(shù)據(jù)加鎖、事務日志和存儲管理等都在Berkeley DB函數(shù)庫中實現(xiàn)。它們對應用程序來講是完全透明的。

Berkeley DB不是關系型的數(shù)據(jù)庫，不能應用標準的SQL語句對數(shù)據(jù)庫操作，對它的操作要調(diào)用專用的API實現(xiàn)。這些API提供了查詢、插入、刪除等功能。比如com.sleepycat.db.Db類代表數(shù)據(jù)庫對象。Db類的put( )方法完成的是插入功能；get( )方法完成的是讀出數(shù)據(jù)的功能；com.sleepycat.db.Dbc是Berkeley DB的游標類，提供了遍歷數(shù)據(jù)庫記錄的功能。

使用Berkeley DB提供的函數(shù)來進行數(shù)據(jù)庫的訪問和管理并不復雜。在大多數(shù)場合下，只需按照統(tǒng)一的接口標準進行調(diào)用就可以完成最基本的操作，Berkeley DBEnvironment為一組數(shù)據(jù)庫同時提供參數(shù)設置。更為重要的是，如果要應用更高級的特性，必須要使用Environment功能，比如在要對保存的數(shù)據(jù)進行加密存儲、利用其Transaction、數(shù)據(jù)加密、同步加鎖控制、錯誤日志等功能的時候。

SQLite的SQL語言很大程度上實現(xiàn)了ANSI SQL92標準，特別是支持視圖、觸發(fā)器、事務，支持嵌套SQL。它通過SQL編譯器(SQL Complier)來實現(xiàn)SQL語言對數(shù)據(jù)庫進行操作，支持大部分的SQL命令，如attach database、begin transaction、comment、commit transaction、copy、create index、create table、create trigger、create view、delete、detach database、drop index、drop table、drop trigger、drop view、end transaction、explain、expression、insert、On conflict clause、pragma、replace、rollback transaction、select、update。
當然，也有一部分SQL命令SQLite并不支持。比如：不支持：Exists，雖然支持in(in是Exists的一種情況)；不支持多數(shù)據(jù)庫，如create table dbl.tablel as select*from db2．table 1；：不支持存儲過程；不支持Alter View／Trigger／Table：不支持Truncate， 在SQLite中Delete不帶Where字句時和Truancate的效果是一樣的；不支持Floor和Ceiling函數(shù)，還有其它許多的函數(shù)；沒有Auto Increment(自增)字段，但其實SQLite是支持Auto Increment的，即在將該字段設置為“INTEGER PRIMARY KEY”的時候；不支持If Exists等。

2．2 Berkeley DB和S0Lite與普通數(shù)據(jù)庫的差別

Berkeley DB引入了一些新的基本概念，使得數(shù)據(jù)庫應用程序訪問和管理數(shù)據(jù)庫變得相對簡單起來。

(1)關鍵字和數(shù)據(jù)

關鍵字(key)和數(shù)據(jù)(data)是。Berkeley．DB用來進行數(shù)據(jù)庫管理的基礎，由這兩者構(gòu)成的key／data對，組成了數(shù)據(jù)庫中的一個基本結(jié)構(gòu)單元。整個數(shù)據(jù)庫實際上就是由許多這樣的結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的。通過使用這種方式，在通過API函數(shù)訪問數(shù)據(jù)庫時，只需提供關鍵字就能夠訪問到相應的數(shù)據(jù)。

關鍵字和數(shù)據(jù)在Berkeley DB中都是用一個名為DBT的簡單結(jié)構(gòu)來表示的。實際上兩者都可以是任意長度的二進制數(shù)據(jù)。DBT的作用主要是保存相應的內(nèi)存地址及其長度，其結(jié)構(gòu)如下所示：

typedef struct {
void*data；
u_int32_t size；
u_int32_t ulen；
u_int32_f dlen；
u_int32_f doff；
u_int32_f flags；
}DBT；

在使用Berkeley DB進行數(shù)據(jù)管理時，缺省情況下是一個關鍵字對應于一個數(shù)據(jù)；但也可以將數(shù)據(jù)庫配置成一個關鍵字對應于多個數(shù)據(jù)，而鍵值和數(shù)據(jù)必須是類com.sleepycat.db.Dbt的對象或其子類的對象。

(2)對象句柄

在Berkeley DB函數(shù)庫定義的大多數(shù)函數(shù)都遵循同樣的調(diào)用原則：首先創(chuàng)建某個結(jié)構(gòu)，然后再調(diào)用該結(jié)構(gòu)中的某些方法。從程序設計的角度來講，這一點同面向?qū)ο蟮脑O計原則是非常類似的，即先創(chuàng)建某個對象的一個實例，然后再調(diào)用該實例的某些方法。正因為如此，．Berkeley DB引入了對象句柄的概念來表示實例化后的結(jié)構(gòu)，并且將結(jié)構(gòu)中的成員函數(shù)稱為該句柄的方法。對象句柄的引入使得程序員能夠憑借面向?qū)ο蟮乃枷?，來完成對Berkeley DB數(shù)據(jù)庫的訪問和操作。

(3)錯誤處理

對于任何一個函數(shù)庫來說，如何對錯誤進行統(tǒng)一的處理都是需要考慮的問題。Berkeley DB提供的所有函數(shù)都遵循同樣的錯誤處理原則，即函數(shù)成功執(zhí)行后返回零，否則返回非零值。

對于系統(tǒng)錯誤(如磁盤空間不足)，返回的是一個標準的值；而對于非系統(tǒng)錯誤，返回的則是一個特定的錯誤編碼。例如，如果在數(shù)據(jù)庫中沒有與某個特定關鍵字所對應的數(shù)據(jù)，那么在通過該關鍵字檢索數(shù)據(jù)時就會出現(xiàn)錯誤。此時函數(shù)的返回值將是DB―NOTF0uND，表示在數(shù)據(jù)庫中并沒有所請求的關鍵字。所有標準的e rrn0值都大于零，而由Berkeley DB定義的特殊錯誤編碼則都小于零。

Berkeley。DB提供了相應的函數(shù)來獲得錯誤代號所對應的錯誤描述。一旦有錯誤發(fā)生，只需首先調(diào)用db_strerror( )函數(shù)來獲得錯誤描述信息，然后再調(diào)用DB一>err()或DB->errx()就可以很輕松地輸出格式化后的錯誤信息。

而SQLite最大的特點在于其數(shù)據(jù)類型為無數(shù)據(jù)類型(typelessness)。這意味著可以保存任何類型的數(shù)據(jù)到所想要保存的任何表的任何列中,無論這列聲明的數(shù)據(jù)類型是什么。雖然在生成表結(jié)構(gòu)的時候，要聲明每個域的數(shù)據(jù)類型，但sQLite并不做任何檢查。開發(fā)人員要靠自己的程序控制輸入與讀出數(shù)據(jù)的類型。這里有一個例外，就是當主鍵為整型值時，如果要插入一個非整型值時會產(chǎn)生異常。

誠然，SQLite允許忽略數(shù)據(jù)類型，但是，仍然建議在Create Table語句中指定數(shù)據(jù)類型，因為數(shù)據(jù)類型有利于增強程序的可讀性。SQLite支持常見的數(shù)據(jù)類型，如VARCHAR、NVARCHAR、TEXT、INTEGER、FLOAT、BOOLEAN、CLOB、BLOB、TIMESTAMP、NUMERIC、VARYING、CHARACTER、NATl0NAI, VARYINGCHARACTER。

另外，雖然在插入或讀出數(shù)據(jù)的時候是不區(qū)分類型的，但在比較的時候，不同數(shù)據(jù)類型是有區(qū)別的。比如：CREATE TABLE MyTable (a INTEGER，b TEXT)；

INSERT INT0 MyTable VALIUES(0，0)；
當執(zhí)行查詢
SELECT count(*)FROM MyTable WHERE a=='00';時，會返回一條記錄。因為字段a的類型是整型，而數(shù)字00與0是相等的。而執(zhí)行查詢
SELECT count(*)FROM MyTable WHERE b=='00'：時，則不會返回記錄。因為字段b是字符類型，字符"00"與“0”是不相等的。
2.3 Betkeley DB和SQLite數(shù)據(jù)存儲方式比較

Berkeley DB對任何存入的數(shù)據(jù)都是按原樣直接存儲到數(shù)據(jù)文件中去，無論其是二進制數(shù)據(jù)還是A S C I I或Unicode等編碼的文本。Berkeley DB提供了四種存儲數(shù)據(jù)的模式：Btree、Hash、Queue和Recno。在打開數(shù)據(jù)庫的時候，要指定一種存儲模式。比如，上例中open( )方法中的參數(shù)Db．DB_BTREE就是指定以Btree模式打開數(shù)據(jù)庫。

SQLite只提供了Btree存儲數(shù)據(jù)的模式。對二進制數(shù)據(jù)，SQLite不能直接保存，但可以先將二進制的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成ASCII編碼，然后再保存。Base64．編碼機制是最常見的把二進制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成ASCII編碼的手段。在SQLite的C語言代碼encode.c中，提供了Base64編碼的功能。

Btree模式是以排序的二叉樹的方式存儲的，Hash是以線性哈希表的方式存儲。Queue用邏輯記錄號作為鍵值，以定長的數(shù)據(jù)為記錄值。Recno方式也以邏輯記錄號作為鍵值，但可以保存定長或變長的記錄值。這里提到的邏輯記錄號有兩種，即可變的和固定的?？勺冞壿嬘涗浱枙鶕?jù)數(shù)據(jù)記錄的增加與刪除作相應的變化。Queue模式下，邏輯記錄號只能是固定方式。Recno模式則可通過配置來選擇是采用哪種類型的記錄號作為鍵值。Btree模式也可以通過設置，將可變的邏輯記錄號作為鍵值。
這幾種存儲模式各有優(yōu)缺點，當鍵值不想用邏輯記錄號時，Btree或Hash是必須的選擇。Btree方式比較適合連續(xù)的順序讀取。比如，當鍵值是時間值，如果經(jīng)常有從某一時間點開始連續(xù)讀取后繼的記錄的操作，Btree是一種很好的選擇。對隨機的跳躍式讀取，Hash模式則更為恰當。Queue和Recno都以記錄號為鍵值，但前者適合先進先出的讀取方式。Recno則通常是存取變長文本記錄的理想存儲模式。

2．4 Berkeley DB和S0Lite適用的系統(tǒng)

Berkeley DB為許多編程語言提供了實用的API接口，包括C、C++、Java、：Perl、Tcl、Python和PHP等。它適用平臺UNIX／POSIX systems、win32以及嵌入式操作系統(tǒng)WinCE、VxWorks等。
通過Wrapper，SQLite實現(xiàn)了與其它語言的連接。所謂Wrapper即對SQLite提供的接口進行封裝，使其它語言可以訪問，使用SQLite。SQLite本身提供C和Tcl的接口，世界各地的程序員還提供了各種語言的SQLite的接口封裝， 如Python、C++、Java、.Net等幾乎所有流行的語言基本都有。sQLite提供一個抽象的操作系統(tǒng)接口層，來保證其在POSIX 與 Win32系統(tǒng)之間的兼容性。

2.5 其它方面

Berkeley DB沒有數(shù)據(jù)庫服務器的概念，使用簡單的函數(shù)調(diào)用接口來完成所有的數(shù)據(jù)庫操作，不使用SQL語言；接口簡明實用，避免了對結(jié)構(gòu)化查詢語言進行解析和處理所需的開銷，提高了執(zhí)行速度；速度極快，可靠性高，但學習起來有一定難度。SQLite則簡單易用，速度也很快，但功能卻較Berkeley略有遜色，比如加密功能、二進制數(shù)據(jù)的處理等。

Berkeley DB雖然是開源的產(chǎn)品，但對某些條件下的商業(yè)性應用，卻不是免費的，而且價格頗為昂貴。這些商業(yè)條件包括排除了開源的情況，不發(fā)放分布版本的情況等。SQLite是源代碼完全的開放，可以免費用于任何用途，包括商業(yè)目的。

結(jié)語

隨著人們對移動數(shù)據(jù)處理和管理需求的不斷提高，與各種智能設備緊密結(jié)合的嵌入式數(shù)據(jù)庫技術已經(jīng)得到了學術界、工業(yè)界、民用部門等各方面的廣泛重視。嵌入式數(shù)據(jù)庫將會使得人們希望隨時隨地存取任意思數(shù)據(jù)信息的愿望成為現(xiàn)實，嵌入式數(shù)據(jù)庫將無處不在。開源的嵌入式數(shù)據(jù)庫Berkeley DB和SQLite，內(nèi)核微小，有能夠充分適應硬件的能力，能很好地適應嵌入式系統(tǒng)的需要。在具體的嵌入式應用中可以根據(jù)具體情況選擇應用。
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