本文譯自《Architecture of SQLite》

介紹

這篇文檔描述了SQLite庫的架構(gòu)汛闸。如果想理解SQLite內(nèi)部原理，或者對它進(jìn)行修改，這篇文檔提供了有幫助的信息。

下圖展示了SQLite的主要組件和它們的協(xié)作方式粤策。后文解釋了這些組件的具體職責(zé)。

SQLite模塊

本文中各組件的原文譯文對照：

概覽

SQLite的工作流程是將SQL文本編譯成字節(jié)碼误窖，然后在虛擬機(jī)上運(yùn)行這些字節(jié)碼叮盘。

sqlite3_prepare_v2()和相關(guān)的接口起到編譯器的作用，將SQL文本轉(zhuǎn)化為字節(jié)碼霹俺。sqlite3_stmt對象是一個字節(jié)碼容器柔吼，存儲了單條SQL語句所編譯出的字節(jié)碼。sqlite3_step()接口將字節(jié)碼程序傳給虛擬機(jī)吭服，執(zhí)行字節(jié)碼程序直到它完成嚷堡、返回結(jié)果集、遇到嚴(yán)重錯誤或被中斷（interrupted）艇棕。

接口

C語言接口主要在main.c蝌戒，legacy.c 和 vdbeapi.c中，也有一些接口分散在其他文件中沼琉，這是為了使它們能使用一些文件私有的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)北苟。sqlite3_get_table()例程在table.c中，sqlite3_mprintf()在printf.c中打瘪，sqlite3_complete()在tokenize.c中友鼻，TCL Interface在tclsqlite.c中傻昙。

為避免名稱沖突，SQLite庫中的所有外部符號都以前綴sqlite3開頭彩扔。那些用于外部使用的符號妆档，也就是出現(xiàn)在SQLite API中的符號，會添加一個下劃線虫碉，從而以sqlite3_開頭贾惦。擴(kuò)展API有時會在下劃線之前添加擴(kuò)展名，例如：sqlite3rbu_或sqlite3session_敦捧。

詞法分析器

當(dāng)一條SQL語句要被編譯時须板，它首先被發(fā)送給詞法分析器。

詞法分析器將SQL文本分解成詞兢卵，然后將它一個個交給語法分析器习瑰。詞法分析器的文件是tokenize.c，其中的代碼是手工寫的秽荤。

注意此處的設(shè)計甜奄，是詞法分析器調(diào)用語法分析器。熟悉YACC或者BISON的人可能習(xí)慣于反過來——讓語法分析器調(diào)用詞法分析器窃款。前者更好贺嫂，因?yàn)樗梢宰龅骄€程安全，并且運(yùn)行地更快雁乡。

語法分析器

語法分析器根據(jù)詞的上下文賦予它語義。

SQLite的語法分析器通過Lemon LALR(1)生成糜俗。Lemon的功能和YACC踱稍、BISON類似，但是它所使用的輸入語法更不容易出錯悠抹。同時Lemon生成的語法分析器是可重入和線程安全的珠月。Lemon定義了“非終結(jié)符析構(gòu)器（non-terminal destructor）”的概念，因此它在遇到語法錯誤時不會泄露內(nèi)存楔敌。Lemon所需的語法文件是parse.y啤挎，其中定義了SQLite使用的SQL語法。

因?yàn)長emon很可能不在開發(fā)機(jī)器上卵凑，它完整的源代碼在SQLite的tool文件夾中庆聘，僅有一個C文件。

代碼生成器

語法分析器將詞轉(zhuǎn)化為語法樹勺卢，代碼生成器分析語法樹伙判，并且生成符合SQL功能的字節(jié)碼。

prepared statement對象是這段字節(jié)碼的容器黑忱。代碼生成器包含很多文件：attach.c宴抚，** auth.c勒魔， build.c，delete.c菇曲，expr.c冠绢， insert.c，pragma.c常潮，select.c弟胀，trigger.c，update.c蕊玷，vacuum.c邮利，where.c，wherecode.c以及whereexpr.c**垃帅。SQLite的魔法大多發(fā)生在這些文件中延届。

expr.c處理表達(dá)式的代碼生成，where.c處理SELECT贸诚，UPDATE方庭，DELETE語句的WHERE子句的代碼生成。attach.c酱固， delete.c械念，insert.c，select.c运悲，trigger.c龄减， update.c，和vacuum.c處理和文件名對應(yīng)的SQL語句的代碼生成班眯，其中每個文件都需要調(diào)用expr.c和where.c中的例程希停。其他所有的SQL語句都由build.c處理。auth.c*實(shí)現(xiàn)了sqlite3_set_authorizer()的功能署隘。

代碼生成器宠能，特別是where.c和select.c中的邏輯部分，有時被稱作查詢計劃器query planner磁餐。對于任何一條SQL語句违崇，可能有成百上千種不同的算法能得出結(jié)果。查詢計劃器是一個AI诊霹，盡力從其中選出最好的算法羞延。

字節(jié)碼引擎

生成器輸出的代碼最終由虛擬機(jī)來執(zhí)行。

虛擬機(jī)本身完全包含在單個文件中脾还，即vdbe.c文件肴楷。vdbe.h頭文件定義了其他SQLite庫與虛擬機(jī)之間的接口，而vdbeInt.h定義了虛擬機(jī)私有的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和接口荠呐。

剩下的多個vdbe.c文件是虛擬機(jī)的輔助代碼赛蔫。vdbeaux.c文件包含了虛擬機(jī)使用的通用庫砂客，以及其他庫用來構(gòu)造VM程序的接口模塊。vdbeapi.c文件包含了虛擬機(jī)的外部接口呵恢，比如sqlite3_bind_int()和 sqlite3_step()鞠值。單個值（字符串，整數(shù)渗钉，浮點(diǎn)數(shù)彤恶，二進(jìn)制數(shù)據(jù)）存儲在一個內(nèi)部對象“Mem”中，該對象在vdbemem.c*實(shí)現(xiàn)鳄橘。

SQLite通過回調(diào)C語言來實(shí)現(xiàn)SQL的函數(shù)声离。甚至內(nèi)置的SQL函數(shù)也通過這種方式實(shí)現(xiàn)。大部分內(nèi)置SQL函數(shù)瘫怜，例如abs()术徊， count()，substr()等鲸湃，都寫在func.c文件中赠涮。日期時間轉(zhuǎn)換函數(shù)寫在date.c中。一些函數(shù)暗挑，例如coalesce() 和 typeof()直接被代碼生成器實(shí)現(xiàn)為字節(jié)碼笋除。

B樹

SQLite使用B樹結(jié)構(gòu)來維護(hù)磁盤上的數(shù)據(jù)，B樹的實(shí)現(xiàn)在btree.c文件中炸裆。

數(shù)據(jù)庫中每個表和索引都使用單獨(dú)的B樹垃它。全部的B樹都存儲在同一個磁盤文件中。文件格式的規(guī)格是明確且穩(wěn)定的烹看，并且保證向前兼容嗤瞎。

B樹子系統(tǒng)對其他SQLite庫的接口定義在頭文件btree.h中。

頁緩存

B樹模塊要求磁盤上的信息具有固定的頁面大小听系。默認(rèn)的頁面大小（page_size）是4096字節(jié)虹菲，但是也可以設(shè)置為512到65536之間的2的整數(shù)冪靠胜。頁緩存負(fù)責(zé)頁面的讀寫和緩存。頁緩存也提供回滾和原子性提交的抽象毕源，并且負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)庫文件加鎖浪漠。

B樹模塊向頁緩存請求頁面，并且在修改頁面霎褐，提交或回滾時通知頁緩存址愿。頁緩存會處理大量的細(xì)節(jié)，以確保請求被快速冻璃，安全响谓，高效地處理损合。

主要的頁緩存實(shí)現(xiàn)是在pager.c文件中，WAL模式的邏輯在單獨(dú)的wal.c中娘纷，內(nèi)存型緩存實(shí)現(xiàn)在pcache.c和pcache1.c文件中嫁审。頁緩存子系統(tǒng)對其他SQLite庫的接口定義在pager.h中。

OS接口

為了提供跨操作系統(tǒng)移植性赖晶，SQLite使用名為VFS的抽象對象律适。每個VFS提供對磁盤文件的打開、關(guān)閉以及讀寫方法遏插，以及其他特定于操作系統(tǒng)的功能捂贿，如獲得當(dāng)前時間，為偽隨機(jī)數(shù)生成器設(shè)置隨機(jī)種子等胳嘲。

SQLite目前對unix和Windows提供VFS厂僧，分別在os_unix.c和os_win.c文件中。

通用類

內(nèi)存分配胎围，大小寫不敏感的字符串比較例程吁系，可移植的字符串到數(shù)字轉(zhuǎn)換例程，以及其他通用庫位于util.c中白魂。

hash.c實(shí)現(xiàn)了哈希表結(jié)構(gòu)汽纤，在語法解析器中被用作符號表。utf.c源文件包含Unicode轉(zhuǎn)換的相關(guān)例程福荸。在printf.c中蕴坪，SQLite實(shí)現(xiàn)了自己私有的printf()，包含了一些拓展敬锐。在random.c中背传，SQLite也實(shí)現(xiàn)了自己的偽隨機(jī)數(shù)生成器。

測試代碼

在src文件夾中台夺，以test開頭的文件為測試代碼径玖，不被包含在標(biāo)準(zhǔn)庫版本中。