SQLite是一個非常受歡迎的數據庫，在數據庫排行榜中已經進入前十的行列。這主要是因為該數據庫非常小巧，而且可以支持Linux、Windows、iOS和Andriod的主流的操作系統。

SQLite非常簡單，是一個進程內的動態庫數據庫。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還是一個開源的數據庫，也就是開發者可以根據自己的需求來修改數據的功能特性。

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庫，也就是API函數。在學習SQLite架構之前，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。其中sqlite3_exec則是用于執行SQL語句的函數。

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

SQLite整體架構

首先我們從整體架構上介紹一下SQLIte。其架構如圖所示，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。

(1) 接口

SQLIte庫的使用通過函數調用實現。為了避免與其它庫出現沖突，SQLite的函數都以sqlite3作為前綴。接口部分的實現在文件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。

(2) 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。該功能的具體實現在文件tokenize.c中，核心入口函數為sqlite3RunParser。

(3) 解析器

SQLite的解析器基于Lemon實現，它實現將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。

(4) 代碼生成器

代碼生成器用于生成與SQL語句對應，可以在虛擬機執行的代碼。代碼生成器實現比較復雜，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。

(5) 虛擬機

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

(6) B-樹

SQLite的數據通過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樹存儲在一個數據庫文件中。B樹的具體實現在btree.c和btree.h文件中。

(7) 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據進行管理。頁緩存是該粒度對應的內存內容，通過該內存實現對數據塊的讀寫等訪問。頁緩存相關的實現在pager.c和pcache.c等文件中。

(8) 操作系統接口

SQLite是一個跨平臺的數據庫，其存儲數據需要兼容Windows和Linux的文件系統API。為了方便，SQLite實現了一個抽象層。這樣對于SQLite業務邏輯來說，只需要調用該抽象層的接口即可，而不用關心操作系統。

(9) 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的軟件架構以及每個組件的基本功能。接下來我們介紹一下數據庫文件的相關功能。

在SQLite中一個文件承載著一個數據庫實例，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，其它文件后續介紹。

(1) 頁

數據庫文件由多個頁構成，每個頁的大小在512到65536字節之間，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。

在數據庫中的每個頁都有一個特定的用途，這些用途包括：

• 鎖字節頁(Lock-byte page)
• 剩余 頁
• B樹 頁
• 指針映射頁
• 有效負載溢出頁

數據庫文件的第一個頁是比較特殊的，它包含整個數據庫文件的描述信息，這里稱為數據庫頭信息。

(2) 數據庫頭

數據庫頭包含100個字節的內容，其中每一個成員的偏移，大小和功能如下圖所示。

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

除了上述數據庫頭的格式外，每個不同的頁都有不同的布局。