iOS之sqlite和FMDB

数据库sqlite在iOS中起着举足轻重的作用，本文主要讲述一下sqlite的并发，事务和常见的损坏问题，后面会简述一下对sqlite进一步封装的第三方库FMDB。

sqlite的并发和事务

在了解sqlite的事务和并发之前，我们要先了解sqlite提供的几种锁的类型及区别。sqlite提供了五种级别的锁：

UNLOCKED（未锁定）：当前数据库不存在读写操作。为默认状态。
SHARED（共享锁）：当前数据库可以被读取，但是不能执行写操作。同一时刻，可以有任意的进程持有该数据库的共享锁，所以sqlite的读操作是并发的。一旦共享锁处于活动状态，其他的写操作都不能进行，必须等待。
RESERVED（保留锁）：表示当前有进程计划在未来的某一时刻对数据库执行写操作，但是因为仍然有其他进程持有共享锁在读取数据。同一时刻，同一数据库只能有一个保留锁和多个共享锁。
PENDING（待定锁）：表示持有该待定锁的进程即将开始对数据库执行写操作，但是需要等待共享锁读取数据完毕，以便于获取EXCLUSIVE（排他锁）。此时，其他的读操作将不被允许，这样就很好的解决了写饥饿的问题（如果总是有读的操作存在，那么写操作就不能执行）。
EXCLUSIVE（排他锁）：获取排他锁后，数据库将不再接受其他锁，直到写操作完成。所以sqlite为了提升并发性，会在尽量短的时间内处理完。

由以上5种锁的机制，我们可以看出，sqlite对于读操作是可以很好的支持并发的，但是对于写操作，因为他采用的是锁库的方式，所以其写操作的并发性会受到很大影响。而且比较容易产生死锁。

数据库的事务主要用于保证数据操作的原子性，一致性，隔离性，而且可以统一回滚和提交事务。

sqlite下的sql默认都处于自动提交的模式下，但是一旦声明了 ”Begin Transaction，则表示要将模式改为手动提交。

begin transaction
select * from table where ...
insert into table values (...)
rollback transaction / commit

当执行到select的时候，获取到共享锁执行读取操作。当执行到insert或者update，delete的时候，将会获取保留锁，但是在commit以前，都不会获取到排他锁来真正写入数据。

执行到rollback或者commit的时候，也并不表示会真正写数据，而是将手动模式改为自动模式，依旧按照自动模式的流程来处理写数据或者读数据。不过有一点不同的地方是，rollback会设置一个标识来告诉自动模式的处理流程，数据需要回滚。

sqlite的事务分三种类别：BEGIN [ DEFERRED | IMMEDIATE | EXCLUSIVE ] TRANSACTION

DEFERRED：就是我们上面介绍的，begin开始时不获取任何锁，执到读或写的语句执行时才会获取相应的锁

IMMEDIATE：如果指定为这种类别，那么事务会尝试获取RESERVED锁，如果成功，则其他连接将不能写数据库，可以读。同时，也会阻止其他事务来执行 begin immediate或者begin exclusive，否则就返回SQLITE_BUSY。原因在RESERVED锁的时候就说过”同一时刻，同一数据库只能有一个保留锁和多个共享锁。

EXCLUSIVE：与IMMEDIATE类似，会尝试获取EXCLUSIVE锁。

sqlite常见的问题：

SQLITE_BUSY：通常都是因为锁的冲突导致的，比如：一旦有进程持有RESERVED锁后，其他进程想要再持有RESERVED锁，就会报这个错误；或者有进程持有PENDING锁，而其他进程想要再持有SHARED锁，也会报这个错误。死锁也会导致这个错误，如：一个进程A持有SHARED锁，然后正要申请RESERVED锁，另一个进程B持有RESERVED锁，正要申请EXCLUSIVE锁，此时A要等待B的RESERVED锁，而B要等待A的SHARED锁释放，产生死锁，详见：https://sqlite.org/c3ref/busy_handler.html。

SQLITE_LOCKED(database is locked)：来自官方的解释是：如果你在同一个数据库连接中来处理两件不兼容的事情，就会报此错误。比如：

db eval {SELECT rowid FROM ex1} {
     if {$rowid==10} {
       db eval {DROP TABLE ex1}  ;# will give SQLITE_LOCKED error
     }
   }

官方解释地址：http://sqlite.org/cvstrac/wiki?p=DatabaseIsLocked

数据库损坏：简单来说就是当系统准备写数据到数据库文件中时崩溃了（app崩溃，断电，杀进程等），这个时候内存中将要写入的数据信息丢失，那么此时唯一能够恢复数据的机会就是日志，但是日志也有可能被损坏，所以如果日志也被损坏或者丢失了，那么数据库也被损坏了。官方解释是这样说的：sqlite在unix系统下使用系统提供的fsync()方法将数据写入磁盘，但是这个函数并不是每次都能正确的工作，特别是对于一些便宜的磁盘。。这是操作系统的bug，sqlite无法解决这种问题。

FMDatabaseQueue源码解析

FMDB是第三方开源库，封装了sqlite的一系列操作，具体包含：

FMResultSet : 表示FMDatabase执行查询之后的结果集和一些操作。

FMDatabase : 表示一个单独的SQLite数据库操作实例，通过它可以对数据库进行增删改查等等操作。

FMDatabaseAdditions : 扩展FMDatabase类，新增对查询结果只返回单个值的方法进行简化，对表、列是否存在，版本号，校验SQL等等功能。

FMDatabaseQueue : 对多线程的操作数据库进行了支持。

FMDatabasePool : 使用任务池的形式，对多线程的操作提供支持。（官方不推荐使用）

我们主要讲解一下FMDatabaseQueue这个类。

- (instancetype)initWithPath:(NSString*)aPath flags:(int)openFlags vfs:(NSString *)vfsName {
    
    self = [super init];
    
    if (self != nil) {
        
        _db = [[[self class] databaseClass] databaseWithPath:aPath];
        FMDBRetain(_db);
        
#if SQLITE_VERSION_NUMBER >= 3005000
        BOOL success = [_db openWithFlags:openFlags vfs:vfsName];
#else
        BOOL success = [_db open];
#endif
        if (!success) {
            NSLog(@"Could not create database queue for path %@", aPath);
            FMDBRelease(self);
            return 0x00;
        }
        
        _path = FMDBReturnRetained(aPath);
        
        _queue = dispatch_queue_create([[NSString stringWithFormat:@"fmdb.%@", self] UTF8String], NULL);
        dispatch_queue_set_specific(_queue, kDispatchQueueSpecificKey, (__bridge void *)self, NULL);
        _openFlags = openFlags;
    }
    
    return self;
}

初始化方法，我们捡重要的说：

创建一个串行队列，之后的sql的操作都会放到这个队列中。为什么不使用效率更高的并行队列呢？前面说过，因为sqlite对写操作是锁库，所以如果使用并行队列，那么会很容易返回SQL_BUSY错误。
为当前的队列生成一个标识，用于以后在执行sql的时候来判断是否同一队列。

使用得时候，会调用这个方法：

- (void)inDatabase:(void (^)(FMDatabase *db))block {
    /* Get the currently executing queue (which should probably be nil, but in theory could be another DB queue
     * and then check it against self to make sure we're not about to deadlock. */
    FMDatabaseQueue *currentSyncQueue = (__bridge id)dispatch_get_specific(kDispatchQueueSpecificKey);
    assert(currentSyncQueue != self && "inDatabase: was called reentrantly on the same queue, which would lead to a deadlock");
    
    FMDBRetain(self);
    
    dispatch_sync(_queue, ^() {
        
        FMDatabase *db = [self database];
        block(db);
        
        if ([db hasOpenResultSets]) {
            NSLog(@"Warning: there is at least one open result set around after performing [FMDatabaseQueue inDatabase:]");
            
#if defined(DEBUG) && DEBUG
            NSSet *openSetCopy = FMDBReturnAutoreleased([[db valueForKey:@"_openResultSets"] copy]);
            for (NSValue *rsInWrappedInATastyValueMeal in openSetCopy) {
                FMResultSet *rs = (FMResultSet *)[rsInWrappedInATastyValueMeal pointerValue];
                NSLog(@"query: '%@'", [rs query]);
            }
#endif
        }
    });
    
    FMDBRelease(self);
}

首先会判断是否是同一队列，如果不是同一队列，那么容易发生死锁的情况，理由就是：同一数据库实例被不同的队列持有，但是因为写操作是锁库的，所以当两个队列都要写库和读库的时候，就容易发生死锁的情况，详情参看上面的SQLITE_BUSY的解释。

然后使用dispatch_sync来同步处理队列中的block，这里可能会有疑问为什么不使用diapatch_async来异步处理呢？这涉及到同步串行队列和异步串行队列的区别，区别在于同步会阻塞当前线程，异步不会，相同点在于队列中的任务都是一个接一个顺序执行。这里我预计是因为FMDB作者认为只需要提供同步方法就可以了，提供异步方法会开启新的线程，增大开销，如果使用者有需要，在外面再套一层dispatch_async就行了。而且使用dispatch_sync则表示该方法是线程安全的。

当我们使用事务的时候，我们会使用：

- (void)inDeferredTransaction:(void (^)(FMDatabase *db, BOOL *rollback))block {
    [self beginTransaction:YES withBlock:block];
}

- (void)inTransaction:(void (^)(FMDatabase *db, BOOL *rollback))block {
    [self beginTransaction:NO withBlock:block];
}

上面的方法inDeferredTransaction表明事务使用DEFERRED类别；inTransaction表明事务使用EXCLUSIVE类别，这两种区别请参看上面的事务类别的解释。

后面还提供了一个方法：

#if SQLITE_VERSION_NUMBER >= 3007000
- (NSError*)inSavePoint:(void (^)(FMDatabase *db, BOOL *rollback))block

提供一个保存可以回滚的点，可以设置是否回滚。没用过。。。

总体来看，因为sqlite这个数据库的锁的特殊性，所以导致了FMDatabaseQueue来这样设计，所以我们在使用的时候，对于同一个数据库实例，要保证FMDatabaseQueue的唯一性。

在后续可以思考改进的地方在于，作者没有创建两个队列，一个用来读，一个用来写，因为sqlite是支持读共享的，所以是否可以考虑专门创建并行读队列，不过需要防止”写饥饿的产生。

参考链接：

https://www.sqlite.org/lockingv3.html

http://shanghaiseagull.com/index.php/tag/fmdb/

iOS之sqlite和FMDB

sqlite的并发和事务

sqlite常见的问题：

FMDatabaseQueue源码解析

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