SQLite是一個非常受歡迎的數(shù)據(jù)庫，在數(shù)據(jù)庫排行榜中已經(jīng)進入前十的行列。這主要是因為該數(shù)據(jù)庫非常小巧，而且可以支持linux、windows、IOS和Andriod的主流的操作系統(tǒng)。

SQLite非常簡單，是一個進程內(nèi)的動態(tài)庫數(shù)據(jù)庫。其最大的特點是可以支持不同的語言來使用，比如C、C++、JAVA等等。同時，SQLite還是一個開源的數(shù)據(jù)庫，也就是開發(fā)者可以根據(jù)自己的需求來修改數(shù)據(jù)的功能特性。

SQLite雖然非常小巧，但功能卻非常豐富，正所謂“麻雀雖小，五臟俱全”。SQLite不僅具備基本的SQL特性，還具備索引、觸發(fā)器、視圖和事務等特性。

SQLite的主要API

SQLite提供兩種訪問接口，一種是通過sqlite命令行工具，另外一種是通過動態(tài)庫，也就是API函數(shù)。在學習SQLite架構(gòu)之前，我們有必要對其API進行一個簡要的介紹。其實SQLite的API很簡單，主要包括三個，分別是sqlite3_open、sqlite3_exec和sqlite3_close三個函數(shù)。其中sqlite3_exec則是用于執(zhí)行SQL語句的函數(shù)。

也就是說sqlite3_exec是SQLite功能的關(guān)鍵入口，我們后面分析代碼也應該以此函數(shù)作為突破點。其它函數(shù)相對簡單，也沒那么重要。

SQLite整體架構(gòu)

首先我們從整體架構(gòu)上介紹一下SQLIte。其架構(gòu)如圖所示，包括接口層、SQL命令處理器和存儲后端等。

最為核心的不是就是SQLite內(nèi)核了。其中包括接口層、SQL命令處理器和虛擬機三部分。SQL命令處理器負責對用戶的SQL進行預處理，最終生成適用于虛擬機執(zhí)行的代碼。

其下是后端部分，后端部分相當于存儲引擎。下面我們簡要的介紹一下每個模塊的功能。

接口

SQLIte庫的使用通過函數(shù)調(diào)用實現(xiàn)。為了避免與其它庫出現(xiàn)沖突，SQLite的函數(shù)都以sqlite3作為前綴。接口部分的實現(xiàn)在文件main.c,legacy.c和vdbeapi.c中。其中main.c中包含其主要的接口，包括sqlite3_open、sqlite3_config和sqlite3_close等等。SQLite中最終的函數(shù)不在main.c中，而是在legacy.c中，該文件中只包含這一個接口的實現(xiàn)。

詞法分析器

詞法分析器對SQL語句字符串進行解析，最終生成單詞（token）序列。并且將生成的單詞序列傳給解析器進行下一步的動作。該功能的具體實現(xiàn)在文件tokenize.c中，核心入口函數(shù)為sqlite3RunParser。

解析器

SQLite的解析器基于Lemon實現(xiàn)，它實現(xiàn)將SQL語句字符串解析成語法樹。Lemon是一個與YACC/BISON類似的詞法分析庫。該庫的源代碼在tool目錄中。

代碼生成器

代碼生成器用于生成與SQL語句對應，可以在虛擬機執(zhí)行的代碼。代碼生成器實現(xiàn)比較復雜，包含的文件有：build.c, delete.c, attach.c, expr.c, insert.c, pragma.c, select.c, auth.c等等。通過文件名可以看出，這里很多文件其實分別對應著一個SQL語句，比如delete，insert和select等。

虛擬機

SQL的具體執(zhí)行在一個稱為虛擬機的組件中進行的，這個在前面架構(gòu)圖中已經(jīng)有所展示。虛擬機執(zhí)行的代碼有前面代碼生成器產(chǎn)生。虛擬機的實現(xiàn)在文件vdbe.h和vdbe.c中。

B-樹

SQLite的數(shù)據(jù)通過B樹進行組織管理。每個表或者索引都有一個對應的B樹。所有的B樹存儲在一個數(shù)據(jù)庫文件中。B樹的具體實現(xiàn)在btree.c和btree.h文件中。

頁緩存

SQLite的文件被劃分為等份大小，B樹也是以該大小為粒度來對數(shù)據(jù)進行管理。頁緩存是該粒度對應的內(nèi)存內(nèi)容，通過該內(nèi)存實現(xiàn)對數(shù)據(jù)塊的讀寫等訪問。頁緩存相關(guān)的實現(xiàn)在pager.c和pcache.c等文件中。

操作系統(tǒng)接口

SQLite是一個跨平臺的數(shù)據(jù)庫，其存儲數(shù)據(jù)需要兼容Windows和Linux的文件系統(tǒng)API。為了方便，SQLite實現(xiàn)了一個抽象層。這樣對于SQLite業(yè)務邏輯來說，只需要調(diào)用該抽象層的接口即可，而不用關(guān)心操作系統(tǒng)。

基礎庫

包含一個被各個模塊都可能使用到的基礎庫，比如內(nèi)存分配，字符串處理等。

SQLite文件格式

前文我們簡要的介紹了一下SQLite的軟件架構(gòu)以及每個組件的基本功能。接下來我們介紹一下數(shù)據(jù)庫文件的相關(guān)功能。

在SQLite中一個文件承載著一個數(shù)據(jù)庫實例，這個文件稱為主庫文件（main database file）。除了主庫文件外，還可能有一些其它文件，比如用于事務的日志文件等。本文主要集中介紹主庫文件，其它文件后續(xù)介紹。

頁

數(shù)據(jù)庫文件由多個頁構(gòu)成，每個頁的大小在512到65536字節(jié)之間，且大小必須是2的冪。頁通過編號進行標記，起始值為1，最大編號為2的31次冪-2。頁的默認大小是4KB，本文以默認大小為例進行介紹。

在數(shù)據(jù)庫中的每個頁都有一個特定的用途，這些用途包括：

鎖字節(jié)頁（Lock-byte page）
剩余頁
B樹頁
指針映射頁
有效負載溢出頁

數(shù)據(jù)庫文件的第一個頁是比較特殊的，它包含整個數(shù)據(jù)庫文件的描述信息，這里稱為數(shù)據(jù)庫頭信息。

數(shù)據(jù)庫頭

數(shù)據(jù)庫頭包含100個字節(jié)的內(nèi)容，其中每一個成員的偏移，大小和功能如下圖所示。

我們可以創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)庫實例，然后對照文件內(nèi)容與數(shù)據(jù)庫頭的格式進行理解。比如數(shù)據(jù)庫頭的第一個成員為一個魔數(shù)，用于標識該文件為SQLite數(shù)據(jù)庫文件及版本。在下圖中可以找到該信息，可以看出兩者完全匹配（SQLite format 3）。