Go Web 编程之 数据库

概述

数据库用来存储数据。只要不是玩具项目，每个项目都需要用到数据库。现在用的最多的还是 MySQL，PostgreSQL的使用也在快速增长中。
在 Web 开发中，数据库也是必须的。本文将介绍如何在 Go 语言中操作数据库，基于 MySQL。本文假定大家已经掌握了数据库和 MySQL 的基础知识。
关于 MySQL 有一个非常详细的免费教程我放在参考中了，需要的自取。

Go 语言标准库database/sql只是提供了一组查询和操作数据库的接口，没有提供任何实现。在 Go 中操作数据库只能使用第三方库。
各种类型的数据库都有对应的第三方库。Go 中支持 MySQL 的驱动中最常见的是go-sql-driver/mysql。
该库支持database/sql，全部采用 go 实现。

数据库操作

准备工作

创建一个数据库department，表示公司中的某个部门。
在该库中创建两张表employees和teams。employees记录员工信息，teams记录小组信息。
每个员工都属于一个小组，每个小组都有若干名员工。

SET NAMES utf8mb4;

CREATE DATABASE IF NOT EXISTS `department`
CHARACTER SET utf8mb4
COLLATE utf8mb4_general_ci;

USE `department`;

CREATE TABLE IF NOT EXISTS `employees` (
  `id` INT(11) AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,
  `name` VARCHAR(255) NOT NULL DEFAULT '',
  `age` INT(11) NOT NULL DEFAULT 0,
  `salary` INT(11) NOT NULL DEFAULT 0,
  `team_id` INT(11) NOT NULL DEFAULT 0
) ENGINE=InnoDB;

CREATE TABLE IF NOT EXISTS `teams` (
  `id` INT(11) AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,
  `name` VARCHAR(255) NOT NULL DEFAULT ''
) ENGINE=InnoDB;

INSERT INTO `teams`(`name`)
VALUES
  ('策划'),
  ('开发'),
  ('运营'),
  ('运维');

INSERT INTO `employees`(`name`, `age`, `salary`, `team_id`)
VALUES
  ('张三', 28, 1200, 1),
  ('李四', 38, 4000, 1),
  ('王五', 36, 3500, 1),
  ('赵六', 31, 3100, 2),
  ('田七', 29, 2900, 2),
  ('吴八', 27, 1500, 3),
  ('朱九', 26, 1600, 3),
  ('钱十', 27, 1800, 3),
  ('陶十一', 28, 1900, 4),
  ('汪十二', 25, 2000, 4),
  ('剑十三', 24, 30000, 4);

插入一些测试数据。将这个department.sql文件保存到某个目录，然后在该目录打开命令行：

$ mysql -u root -p

输入密码连接到数据库，然后输入以下命令：

mysql> source department.sql
Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

Query OK, 2 rows affected (0.02 sec)

Query OK, 1 row affected (0.00 sec)

Database changed
Query OK, 0 rows affected, 4 warnings (0.02 sec)

Query OK, 0 rows affected, 1 warning (0.02 sec)

Query OK, 4 rows affected (0.01 sec)
Records: 4  Duplicates: 0  Warnings: 0

Query OK, 11 rows affected (0.00 sec)
Records: 11  Duplicates: 0  Warnings: 0

mysql>

这样数据库和表就创建好了。

连接数据库

go-sql-driver/mysql是第三方库，需要安装：

$ go get github.com/go-sql-driver/mysql

使用：

package main

import (
  "database/sql"
  "log"

  _ "github.com/go-sql-driver/mysql"
)

func main() {
  db, err := sql.Open("mysql", "root:12345@tcp(127.0.0.1:3306)/department")
  if err != nil {
    log.Fatal("connect database failed: ", err)
  }
  defer db.Close()
}

我们操作数据库并不是直接使用mysql库，而是通过database/sql的接口。

import _ "github.com/go-sql-driver/mysql"

上面代码导入mysql，但并不直接使用，而是利用导入的副作用执行mysql库的init函数，将mysql驱动注册到database/sql中：

// go-sql-driver/mysql/driver.go
func init() {
  sql.Register("mysql", &MySQLDriver{})
}

然后在程序中使用sql.Open创建一个sql.DB结构，参数一即为mysql库注册的名字，参数二实际上就是指定数据库连接信息的。
每个数据库接受的连接信息是不同的。对于 MySQL 来说，连接信息实际上是一个 DSN （Data Source Name）。DSN 的一般格式为：

[username[:password]@][protocol[(address)]]/dbname[?param1=value1&...&paramN=valueN]

示例中使用的就是一个 DSN，指定用户名为root，密码为12345，
通过 tcp 协议连接到 ip 为127.0.0.1，端口为 3306 的 MySQL 的department数据库上。

在使用完成后，需要调用db.Close关闭sql.DB。

**需要特别注意的是，sql.Open并不会建立到数据库的连接，它也不会检测驱动的连接参数。它仅仅创建了一个数据库抽象层给后面使用。
到数据库的连接实际上会在需要的时候惰性地创建。**所以，我们使用一个非法的用户名或密码，连接一个主机上不存在的库，sql.Open也不会报错。
将上面的 DSN 改为user:password@tcp(127.0.0.1:6666)/not_exist_department，运行程序，没有报错。

如果想要检测数据库是否可访问，可以使用db.Ping()函数：

err = db.Ping()
if err != nil {
  log.Fatal("ping failed: ", err)
}

这时连接not_exist_department会报错：

2020/01/20 22:16:12 ping failed: Error 1049: Unknown database 'not_exist_department'
exit status 1

sql.DB对象一般作为某种形式的全局变量长期存活。不要频繁打开、关闭该对象。这对性能会有非常大的影响。

查询

先看一个简单示例：

package main

import (
  "database/sql"
  "log"

  _ "github.com/go-sql-driver/mysql"
)

func main() {
  db, err := sql.Open("mysql", "root:12345@tcp(127.0.0.1:3306)/department")
  if err != nil {
    log.Fatal("open database failed: ", err)
  }
  defer db.Close()

  var id int
  var name string
  var age int
  var salary int
  var teamId int

  rows, err := db.Query("select id, name, age, salary, team_id from employees where id = ?", 1)
  if err != nil {
    log.Fatal("query failed: ", err)
  }
  defer rows.Close()

  for rows.Next() {
    err := rows.Scan(&id, &name, &age, &salary, &teamId)
    if err != nil {
      log.Fatal("scan failed: ", err)
    }
    log.Printf("id: %d name:%s age:%d salary:%d teamId:%d\n", id, name, age, salary, teamId)
  }

  err = rows.Err()
  if err != nil {
    log.Fatal(err)
  }
}

运行程序，输出：

2020/01/20 22:27:21 id: 1 name:张三 age:28 salary:1200 teamId:1

从上面程序中，我们看到一个查询操作的基本流程：

• 使用db.Query()查询数据库；
• 在循环中遍历返回的行，rows.Scan()读取各列的值，rows.Next()将“指针”移动到下一行；
• 遍历完所有行时，rows.Next()将返回 false，循环退出。

数据库操作可能会遇到各种各样的错误，所以错误处理很重要。例如，在循环中调用rows.Scan可能产生错误。

遍历结束后，一定要关闭rows。因为它持有连接的指针，不关闭会造成资源泄露。rows.Next()遇到最后一行时会返回一个 EOF 错误，并关闭连接。
另外，如果rows.Next()由于产生错误返回 false，rows也会自动关闭。其它情况下，如果提前退出循环，可能会忘记关闭rows。
所以一般使用defer rows.Close()确保正常关闭。

Tips:

调用Scan方法时，其内部会根据传入的参数类型执行相应的数据类型转换。利用这个特性可以简化代码。
例如，MySQL 中某一列是VARCHAR/CHAR或类似的文本类型，但是我们知道它保存的是一个整数。
那么就可以传入一个int类型的变量，Scan内部会帮助我们将字符串转为int。免除了我们手动调用strconv相关方法的麻烦。

database/sql中函数的命名特别讲究：

• Query*这种以Query开头的函数，肯定返回若干行（可能为 0）数据；
• 不返回行数据的语句，不能使用Query*函数，应该使用Exec。

Prepare

当我们需要多次执行同一条语句时，最好的做法是先创建一个PreparedStatement。这个PreparedStatement可以包含参数占位符，后续执行时再提供参数。

每种数据库都有自己参数占位符，MySQL 使用的是?。使用参数占位符有一个明显的好处：能避免SQL 注入攻击。

需要执行 SQL 时，传入参数调用PreparedStatement的Query方法即可：

func main() {
  db, err := sql.Open("mysql", "root:12345@tcp(127.0.0.1:3306)/department")
  if err != nil {
    log.Fatal("open failed: ", err)
  }
  defer db.Close()

  stmt, err := db.Prepare("select id, name, age, salary from employees where id = ?")
  if err != nil {
    log.Fatal("prepare failed: ", err)
  }
  defer stmt.Close()

  rows, err := stmt.Query(2)
  if err != nil {
    log.Fatal("query failed: ", err)
  }
  defer rows.Close()

  var (
    id int
    name string
    age int
    salary int
  )
  for rows.Next() {
    err := rows.Scan(&id, &name, &age, &salary)
    if err != nil {
      log.Fatal("scan failed: ", err)
    }
    log.Printf("id:%d name:%s age:%d salary:%d\n", id, name, age, salary)
  }

  err = rows.Err()
  if err != nil {
    log.Fatal(err)
  }
}

实际上，在db.Query()函数内部，会先创建一个PreparedStatement，执行它，然后关闭。这会与数据库产生 3 次通信。所以尽量先创建PreparedStatement，再使用。

单行查询

如果查询最多只返回一行数据，我们不用写循环处理，使用QueryRow可以简化代码编写。

直接调用db.QueryRow：

var name string
err = db.QueryRow("select name from employees where id = ?", 1).Scan(&name)
if err != nil {
  log.Fatal(err)
}
fmt.Println(name)

也可以在PreparedStatement上调用QueryRow：

stmt, err := db.Prepare("select name from employees where id = ?").Scan(&name)
if err != nil {
  log.Fatal(err)
}
defer stmt.Close()
var name string
err = stmt.QueryRow(1).Scan(&name)
if err != nil {
  log.Fatal(err)
}
fmt.Println(name)

注意，QueryRow遇到的错误会延迟到调用Scan时才返回。

插入/修改/删除

INSERT/UPDATE/DELETE这些操作，由于都不返回行，应该使用Exec函数。建议先创建PreparedStatement再执行。

现在“策划组”新加入了一名员工：

func main() {
  db, err := sql.Open("mysql", "root:12345@tcp(127.0.0.1:3306)/department")
  if err != nil {
    log.Fatal("open failed: ", err)
  }
  defer db.Close()

  stmt, err := db.Prepare("INSERT INTO employees(name, age, salary, team_id) VALUES(?,?,?,?)")
  if err != nil {
    log.Fatal("prepare failed: ", err)
  }
  defer stmt.Close()

  res, err := stmt.Exec("柳十四", 32, 5000, 1)
  if err != nil {
    log.Fatal("exec failed: ", err)
  }
  lastId, err := res.LastInsertId()
  if err != nil {
    log.Fatal("fetch last insert id failed: ", err)
  }
  rowCnt, err := res.RowsAffected()
  if err != nil {
    log.Fatal("fetch rows affected failed: ", err)
  }
  log.Printf("ID = %d, affected = %d\n", lastId, rowCnt)
}

Exec方法返回一个sql.Result接口类型的值：

// src/database/sql/sql.go
type Result interface {
  LastInsertId() (int64, error)
  RowsAffected() (int64, error)
}

有些表设置了自增的 id，插入时不需要设置 id，数据库会自动生成一个返回。LastInsertId()返回插入时生成的 id。
RowsAffected()返回受影响的行数。

运行程序，输出：

2020/01/21 07:20:26 ID = 12, affected = 1

事务

在 Go 中，事务本质上是一个对象，它持有一个到数据库的连接。通过该对象执行我们上面介绍的方法时，
都会使用这个相同的连接。调用db.Begin()创建一个事务对象，然后在该对象上执行上面的方法，
最后成功调用Commit()，失败调用Rollback()关闭事务。

func main() {
  db, err := sql.Open("mysql", "root:12345@tcp(127.0.0.1:3306)/department")
  if err != nil {
    log.Fatal("open failed: ", err)
  }
  defer db.Close()

  tx, err := db.Begin()
  if err != nil {
    log.Fatal("begin failed: ", err)
  }
  defer tx.Rollback()


  stmt, err := tx.Prepare("UPDATE employees SET team_id=? WHERE id=?")
  if err != nil {
    log.Fatal("prepare failed: ", err)
  }
  defer stmt.Close()

  _, err = stmt.Exec(2, 1)
  if err != nil {
    log.Fatal("exec failed: ", err)
  }

  tx.Commit()
}

注意，在事务内部不能再直接调用db的方法了，因为db使用的是与事务不同的连接，可能会导致执行结果的不一致。

错误处理

database/sql中几乎所有的操作最后一个返回值都是一个error类型。数据库会出现各种各样的错误，我们应该时刻检查是否出现了错误。下面介绍几种特殊情况产生的错误。

遍历结果集

for rows.Next() {
  // ...
}

if err = rows.Err(); err != nil {
}

`rows.Err()返回的错误可能是rows.Next()循环中的多种错误。循环可能由于某些原因提前退出了。我们应该检测循环是否正常退出。
异常退出时，database/sql会自动调用rows.Close()。提前退出时，我们需要手动调用rows.Close()。可以多次调用rows.Close()。

关闭结果集

实际上，rows.Close()也返回一个错误。但是，对于这个错误，我们能做的事情比较有限。通常就是记录日志。
如果不需要记录日志，通常会忽略这个错误。

QueryRow

考虑下面的代码：

var name string
err = db.QueryRow("SELECT name FROM employees WHERE id = ?", 1).Scan(&name)
if err != nil {
  log.Fatal(err)
}
fmt.Println(name)

如果没有id = 1的员工，Scan()要如何处理？

Go 定义了一个特殊的错误常量，sql.ErrNoRows。如果没有符合要求的行，QueryRow将返回这个错误。
这个错误在大多数情况下需要特殊处理，因为没有结果在应用层通常不认为是错误。

var name string
err = db.QueryRow("SELECT name FROM employees WHERE id = ?", 1).Scan(&name)
if err != nil {
  if err == sql.ErrNoRows {
  } else {
    log.Fatal(err)
  }
}
fmt.Println(name)

那为什么QueryRow在没有符合要求的行时返回一个错误？

因为要区分是否返回了行，如果返回空结果集，由于Scan()不会做任何时间，我们就不能区分name读取到了空字符串，还是初始值。

特定的数据库错误

为了辨别发生了何种错误，有一种做法是检查错误描述中是否有特定的文本：

rows, err := db.Query("SELECT someval FROM sometable")
if err != nil {
  if strings.Contains(err.Error(), "Access denied") {
  }
}

但是不推荐这种做法，因为不同的数据库版本，这些描述不一定能保持一致。

比较好的做法是将错误转成特定数据库驱动的错误，然后比较错误码：

if driverErr, ok := err.(*mysql.MySQLError); ok {
  if driverErr.Number == 1045 {
  }
}

不同驱动间判断方法可能不同。另外，直接写数字1045也不太好，VividCortex 整理了 MySQL 错误码，GitHub 仓库为mysqlerr。使用库后续便于修改：

if driverErr, ok := err.(*mysql.MySQLError); ok {
  if driverErr.Number == mysqlerr.ER_ACCESS_DENIED_ERROR {
  }
}

处理未知列

有时候，可能我们不能确定查询返回多少列。但是Scan()要求传入正确数量的参数。为此，我们可以先使用rows.Columns()返回所有列名，然后创建同样大小的字符串指针切片传给Scan()函数：

func main() {
  db, err := sql.Open("mysql", "root:12345@tcp(127.0.0.1:3306)/department")
  if err != nil {
    log.Fatal("open failed: ", err)
  }
  defer db.Close()

  stmt, err := db.Prepare("SELECT * FROM employees")
  if err != nil {
    log.Fatal("prepare failed: ", err)
  }
  defer stmt.Close()

  rows, err := stmt.Query()
  if err != nil {
    log.Fatal("exec failed: ", err)
  }
  defer rows.Close()

  cols, err := rows.Columns()
  if err != nil {
    log.Fatal("columns failed: ", err)
  }

  data := make([]interface{}, len(cols), len(cols))
  for i := range data {
    data[i] = new(string)
  }

  for rows.Next() {
    err = rows.Scan(data...)
    if err != nil {
      log.Fatal("scan failed: ", err)
    }

    for i := 0; i < len(cols); i++ {
      fmt.Printf("%s: %s ", cols[i], *(data[i].(*string)))
    }
    fmt.Println()
  }

  if err = rows.Err(); err != nil {
    log.Fatal(err)
  }
}

运行程序：

id: 1 name: 张三 age: 28 salary: 1200 team_id: 2 
id: 2 name: 李四 age: 38 salary: 4000 team_id: 1
id: 3 name: 王五 age: 36 salary: 3500 team_id: 1
id: 4 name: 赵六 age: 31 salary: 3100 team_id: 2
id: 5 name: 田七 age: 29 salary: 2900 team_id: 2 
id: 6 name: 吴八 age: 27 salary: 1500 team_id: 3
id: 7 name: 朱九 age: 26 salary: 1600 team_id: 3
id: 8 name: 钱十 age: 27 salary: 1800 team_id: 3
id: 9 name: 陶十一 age: 28 salary: 1900 team_id: 4
id: 10 name: 汪十二 age: 25 salary: 2000 team_id: 4
id: 11 name: 剑十三 age: 24 salary: 30000 team_id: 4
id: 12 name: 柳十四 age: 32 salary: 5000 team_id: 1

连接池

database/sql实现了一个基本的连接池。连接池有一些有趣的特性，了解一下，避免踩坑：

• 对同一个数据库连续执行两个语句，这两个语句可能在不同的数据库连接上进行的。结果可能让人误解。例如先LOCK TABLES，然后执行INSERT可能会阻塞；
• 需要新的连接且池中没有空闲连接时，创建一个新连接；
• 默认，连接数没有限制。如果同时执行很多操作，可能会同时创建很多连接。数据库可能出现too many connections错误；
• 调用db.SetMaxIdleConns(N)限制池中最大空闲连接数；db.SetMaxOpenConns(N)限制所有打开的连接数；
• 一个连接很长时间不使用可能会出现问题，如果遇到连接超时，可以试试将最大空闲连接数设置为 0；
• 重用长时间存活的连接可能会导致网络问题，可以调用db.SetConnMaxLifeTime(duration)设置连接最大存活时间。

总结

本文介绍了如何在 Go 中查询和修改数据库，主要是database/sql和go-sql-driver/mysql库的用法。database/sql的接口并不复杂，但是很多细节需要注意。一不留神可能就有资源泄露。

参考

1. MySQL 教程，非常详细的教程
2. Go database/sql 教程
3. Build Web Application with Golang

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