使用 SQL Server 2005中的 CLR 集成

使用 SQL Server 2005中的 CLR 集成

发布日期： 1/13/2005 | 更新日期： 1/13/2005

Balaji Rathakrishnan
Christian Kleinerman
Brad Richards
Ramachandran Venkatesh
Vineet Rao

Microsoft Corporation

适用于：
Microsoft SQL Server 2005
Microsoft .NET Framework 2.0 Common Language Runtime (CLR)
Microsoft Visual C# .NET
Microsoft Visual Basic .NET
Microsoft Visual C++

摘要：本文描述了数据库应用程序开发人员和架构师如何利用 SQL Server 2005 中的 CLR 集成功能。本文对基于 CLR 的编程方式与 SQL Server 中支持的现有编程模型（如 TransacT-SQL 和扩展存储过程）进行了比较，并且强调了各自相对的优缺点。还提供了一组选择合适的编程替代方法的高级指导，以及一些示例和代码示例。

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本页内容

<!--[if gte vml 1]><v:shape id="_x0000_i1026" type="#_x0000_t75" alt="简介" href="http://www.microsoft.com/china/msdn/library/data/sqlserver/sqlclrguidance.mspx#E2B#E2B" style='width:5.25pt;height:6.75pt;mso-wrap-distance-left:3pt; mso-wrap-distance-top:1.5pt;mso-wrap-distance-right:3pt; mso-wrap-distance-bottom:1.5pt' o:button="t"> <v:imagedata src="file:///C:\DOCUME~1\andylin\LOCALS~1\Temp\msohtml1\01\clip_image002.gif" o:href="http://www.microsoft.com/library/gallery/templates/MNP2.Common/images/arrow_px_down.gif" /> </v:shape><![endif]-->	简介
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简介

Microsoft 通过宿主 Microsoft .NET Framework 2.0 公共语言运行库 (CLR)，SQL Server 2005显著地增强了数据库编程模型的功能。它支持用任何 CLR 语言（特别是 Microsoft Visual C# .NET、Microsoft Visual Basic .NET 和 Microsoft Visual C++）编写过程、触发器和函数。同时，它还提供了扩展数据库系统中的类型系统和聚合函数的功能，方法是允许应用程序创建它们自己的数据类型和聚合函数。

本白皮书从数据库应用程序开发人员的角度描述了如何最有效地利用这项技术。它还将 CLR 与 SQL Server 中支持的现有编程语言（即 TransacT-SQL (T-SQL) 和扩展存储过程 (XP)）进行了比较。本白皮书不打算提供这些功能的基本参考资料，SQL Server 2005 Beta 2 Books Online 对其进行了详细介绍。

本白皮书的目标读者包括数据库应用程序开发人员、架构师和数据库管理员。本白皮书假设读者熟悉基于 .NET Framework 的编程和数据库编程。

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CLR 集成概述

下面简要概述了 CLR 集成执行的 SQL Server 功能，以及 Visual Studio 2005 最终发布版本如何支持这些功能。

注册和执行数据库中的托管代码包括以下步骤：

•	开发人员将托管程序编写为一组类定义。将 SQL Server 内旨在用作存储过程、函数或触发器（下面统称为例程）的代码编写为类的 static（或 Microsoft Visual Basic .NET 中的 shared）方法。将旨在用作用户定义的类型和聚合的代码编写为一个整类。开发人员编译该程序并创建一个程序集。
•	然后，将此程序集上载到 SQL Server 数据库，在其中使用 CREATE ASSEMBLY 数据定义语言 (DDL) 将它存储到系统目录。
•	接着，创建 TransacT-SQL 对象，例如，例程（函数、过程和触发器）、类型和聚合，并将其绑定到已经上载的程序集中的入口点（对例程来说是方法，对类型和聚合来说是类）。使用 CREATE PROCEDURE/FUNCTION/ TRIGGER/TYPE/AGGREGATE 语句来完成这一步。
•	在创建了这些例程之后，应用程序就可以像使用 T-SQL 例程一样使用它们。例如，可以从 T-SQL 查询中调用 CLR 函数，从客户端应用程序或从 T-SQL 批处理中调用 CLR 过程，就好像它们是 T-SQL 过程一样。

Visual Studio 2005 Beta 1 支持在 SQL Server 2005 中开发、部署和调试托管代码。有一种新的项目类型（称为 SQL Server 项目），它允许开发人员在 SQL Server 中开发、部署和调试例程（函数、过程和触发器）、类型和聚合。

构建和部署

SQL Server 项目提供了代码模板，这使得开发人员能够轻松地开始为基于 CLR 的数据库例程、类型和聚合编写代码。该项目还允许添加对数据库中其他的程序集的引用。在构建项目时，可以将其编译成一个程序集。部署此程序集可以将程序集的二进制文件上载到与该项目相关联的 SQL Server 数据库中。部署操作还自动创建在数据库的程序集中定义的例程、类型和聚合，方法是使用在代码中定义的自定义属性（SqlProcedure、SqlFunction 和 SqlTrigger 等等）。它还上载与该程序集相关联的源代码和 .pdb 文件（调试符号）。

调试

对于任何平台来说，调试都是开发人员体验的基本部分。SQL Server 2005 和 Visual Studio 2005 为数据库编程人员提供了这些功能。调试 SQL Server 2005 对象的关键部分在于其易于安装和使用。调试到运行 SQL Server 的计算机的连接在很大程度上同调试传统操作系统中运行的进程的方式一样。调试器的功能不会受到客户端到服务器的连接类型的影响。这样就可以调试表格数据流 (TDS) 和 HTTP 连接。而且，还可以跨语言进行无缝调试。因此，如果有一个调用 CLR 存储过程的 T-SQL 存储过程，调试会允许您从 T-SQL 过程进入到 CLR 过程。

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CLR 与 TransacT-SQL

现在我们进入本文的关键部分：对 CLR 集成和 SQL Server 中支持的现有编程语言进行比较。

TransacT-SQL (T-SQL) 是 SQL Server 支持的本机编程语言。和大多数 SQL Server 版本一样，它包含数据处理功能和数据定义功能。数据处理功能一般可以分为两类：查询语言（由 SELECT/INSERT/UPDATE/ DELETE 语句组成）和过程语言（WHILE、赋值、触发器、光标等）。一般来说，SQL Server 中的 CLR 支持为过程语言提供了 T-SQL 的替代方法。

即使在 SQL Server 中引入 CLR 支持以前，数据库应用程序应该尽可能多地使用查询语言，这始终被认为是很重要的。数据库应用程序应该利用面向集的查询处理器，并且只在查询语言无法表示逻辑时才转向过程编程。对于 SQL Server 中的 CLR 支持，这仍然是正确的。不应该使用 CLR 来编写可以用简单的 SELECT 语句表示的过程代码。在 SQL Server 2005 中增加了许多重要的功能来提高T-SQL 查询语言的表达能力。

•	递归查询：遍历表中的递归层次的能力
•	分析函数：RANK 和 ROW_NUMBER 允许排列结果集中的行
•	新的关联操作：APPLY、PIVOT 和 UNPIVOT

试图使用 CLR 功能的开发人员应该确保他们充分地利用查询语言，包括 SQL Server 2005 中的扩展在内。对于在查询语言中无法以声明方式表示的逻辑，他们应该考虑将 CLR 作为有效的替代办法。

现在让我们看一些方案，其中基于 CLR 的编程能够补充 T-SQL 查询语言的表达能力。通常，需要在查询（可称为函数）内嵌入过程逻辑。这允许许多方案，例如：

•	根据数据库表中存储的值，对每行进行复杂的计算（必须用过程逻辑来表示）。这可以包括将这些计算的结果发送给客户端，或者使用计算来过滤发送给客户端的行集，如以下示例中所示： SELECT <complex-calculation>(<column-name>,...) FROM <table> WHERE <complex-calculation>(<column-name>,...) = ...
•	使用过程逻辑来评估表格结果，然后在 SELECT 或 DML语句的 FROM 子句中进行查询。·

SQL Server 2000 引入了支持这些方案的 T-SQL 函数（标量和表值）。有了 SQL Server 2005，就可以用 CLR 语言更容易地编写这样的函数，并且会极大地提高它们的性能。之所以编写这些函数非常容易，是因为事实上编写 CLR 代码的开发人员可以利用 .NET Framework API中存在的大量有用函数和类。这个类/函数库比 TransacT-SQL 中支持的内置函数要丰富得多。此外，CLR 编程语言提供了 T-SQL 中所没有的丰富构造（例如数组和列表等）。与 T-SQL（它是一种解释语言）相比，CLR 编程语言之所以具有更好的性能，是因为托管代码是已编译的。对于涉及算术计算、字符串处理、条件逻辑等的操作，托管代码的性能可能要优于 T-SQL 一个数量级。

注对于函数，几乎没有必要从函数中访问数据库。外部查询已经从数据库中检索到数据值，并且将其作为参数传递给函数。这是 CLR 的优势，在计算性任务上比 T-SQL 更胜一筹。

从 CLR 中访问数据

现在让我们从编程模型和性能这两个方面，看看如何用 CLR 来编写访问数据库的业务逻辑。

编程模型

使用 T-SQL，只是在过程代码内部嵌入查询语言语句 (SELECT/INSERT/UPDATE/ DELETE)。通过托管代码，可以使用 SQL Server 托管提供程序来实现 Microsoft ADO.NET 数据访问 API（也称为 in-proc ADO.NET）。使用这种方法，可以将查询语言语句（SELECT 和 DML 语句）作为动态字符串嵌入，并且将其作为参数传递给 ADO.NET API。与 T-SQL 的静态方法相比，过程代码内嵌入的 SQL 语句的基于动态 API 的特性是它们在编程模型上的主要区别。不利的是，in-proc ADO.NET 模型会产生比 T-SQL 更冗长的代码。此外，因为 SQL 语句是动态字符串，所以在执行之前不在语法或语义上进行编译和验证。有利的是，带有 ADO.NET 的数据库编程模型与客户端或中间层中使用的模型相似，因而更容易在各层之间移动代码和利用现有的技术。

此外，在基于 T-SQL 和基于 CLR 的编程模型中使用的都是同一 SQL 查询语言，不同之处在于过程部分，注意到这一点是非常重要的。

性能

正如已经提到的，在谈及过程代码、计算等方面时，与 T-SQL 相比，托管代码在性能方面具有决定性的优势。然而，对于数据访问方面，T-SQL 在性能方面通常会更好。因此，通用规则是用 CLR 编写计算和逻辑密集的代码要比数据访问密集的代码好。不过这值得更详细地考虑。

让我们看看数据访问编程中的一些典型的基元和模式，以及在这些情况下如何使用 ADO.NET 进行 T-SQL 和托管编程。

将结果发送到客户端

这包括将一组行发送到客户端，而没有在服务器中“消费”它们（即没有在例程内导航行）。使用 T-SQL，只需在 T-SQL proc 中嵌入一个 SELECT 语句就可以将 SELECT 产生的行发送到客户端。通过托管代码，可以使用 SqlPipe 对象将结果发送到客户端。T-SQL 和 in-proc ADO.NET 平台在这种情况下的作用是一样的。

提交 SQL 语句

这包括来自过程代码的 SQL 语句的执行往返。在这种情况下，T-SQL 具有很大的优势（比 in-proc ADO.NET 快两倍多）。

此处需要重点注意的是，之所以在 CLR 中出现性能降低，是因为增加了额外的代码层，包括将来自托管代码的 T-SQL 语句提交给原生 SQL 代码。在将该语句提交给查询处理器之后，基于语句源（T-SQL 或 in-proc ADO.NET）的性能方面就没有什么不同了。

注典型的数据访问密集的存储过程可能涉及提交一系列的 SQL 语句。如果 SQL 语句简单，并且不需要花费大量的时间执行，则来自托管代码的调用开销可能占用大部分执行时间，这样的过程用 T-SQL 编写将执行得更好。

只进、只读行导航

这包括以只进、只读方式一次导航一个由 SQL 语句产生的行。在 T-SQL 中，这是通过只进、只读光标实现的。在 CLR 中，这是通过 SqlDataReader 实现的。通常，每一条语句都涉及一些处理。如果忽略了与每行相关联的处理，则导航行在 CLR 中就比在 T-SQL 光标中稍慢。然而，如果您关心为每行执行的处理，则 CLR 会更有优势，因为 CLR 在这种处理上比 T-SQL 做得好。

带有更新的行导航

如果需要根据光标中的当前位置更新行，则没有相关的性能比较，因为 in-proc ADO.NET 不支持此功能，而应该通过 T-SQL 可更新光标来进行此操作。

注 在任何可能的情况下，最好使用 UPDATE 语句来批量更新行，只有在这样的修改无法用单一的 UPDATE 语句进行表示时，才应使用基于光标导航的 UPDATE。

以下示例说明在特定情况下如何确定 T-SQL 和 CLR 将执行：

1.	考虑这样一个过程，它执行一系列（或在最简单的情况下仅一个）INSERT/UPDATE/DELETE/SELECT 语句，带有几个或者不带返回到客户端的行，并且不导航 SELECT 产生的行。如果将这样的过程编写成 T-SQL 过程可能执行得更好。
2.	考虑这样一个过程，它执行单一的 SELECT 语句，并且使用存储过程内的行，方法是，一次导航一行并进行一些不涉及对每行进行更多的数据访问的处理。这个过程可能在带有 in-proc ADO.NET 的 CLR 中执行得更好，特别是如果每行都有一些大量处理的开销时（因为这样的操作在 CLR 中比在 T-SQL 中更加高效）。

下面是一些简单的指导原则，可以用来在 CLR 和 T-SQL 之间进行选择：

•	尽可能使用带有 T-SQL SELECT、INSERT、UPDATE 和 DELETE 语句的基于集的处理。只有在无法使用基于集的 DML 语句之一表示逻辑时，才应该使用过程和基于行的处理。
•	如果过程仅仅是一个通过封装基本 INSERT/UPDATE/DELETE/SELECT 操作访问基表的包装，则应该用 T-SQL 进行编写。
•	如果过程主要包括结果集中的只进、只读行导航，以及一些涉及每行的处理，则用 CLR 编写可能更有效。
•	如果过程包括大量的数据访问以及计算和逻辑，则可以考虑将过程代码分隔为 CLR 来调用 T-SQL 过程，以进行大部分的数据访问（反之亦然）。另一个替代方法是，使用单一的 T-SQL 批处理，它包括从托管代码执行一次的一组查询，以减少从托管代码提交 T-SQL 语句的往返次数。

后面的部分将更深入地讨论在处理结果集时何时及如何适当地使用 T-SQL 和 CLR。

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CLR 与 XP

在 SQL Server 以前的版本中，扩展存储过程 (XP) 为数据库程序开发人员提供了唯一可用的机制来编写服务器端逻辑，这要么难于表示，要么不可能用 T-SQL 编写。CLR 集成提供了一种更健壮的替代方法来编写这种存储过程。此外，使用 CLR 集成，过去以存储过程形式编写的逻辑通常可以更好地表示为表值函数，因为它们允许它们允许将该函数构造的结果放在 SELECT 语句中进行查询（通过将这些结果嵌入到 FROM 子句中）。

以下是使用 CLR 过程或函数与 XP 相比的优势：

•	粒度控制：很少可以控制 XP 能做什么或者不能做什么。使用代码访问安全模型，SQL Server 管理员可以分配三种权限之一：SAFE、EXTERNAL_ACCESS 或 UNSAFE，从而对托管代码允许进行的操作集进行不同程序的控制。
•	可靠性：托管代码（特别是在 SAFE 和 EXTERNAL_ACCESS 权限集中）提供了比 XP 更安全、更可靠的编程模型。可验证的托管代码确保了所有对对象的访问都是通过强类型化的接口实现的，从而降低了程序访问或破坏属于 SQL Server 的内存缓冲的可能性。
•	数据访问：使用 XP£¬编程人员必须向后显式连接到数据库（称为回环），以访问本地 SQL Server 数据库。而且，必须将此回环连接显式绑定到原来的会话事务上下文，以确保 XP 可以参与到调用它的同一个事务中。通过托管代码，可以使用更自然和更有效的编程模型来访问本地数据，这些模型利用当前的连接和事务上下文。
•	性能：System.Data.SqlServer API 允许托管过程将结果集发送回客户端，其性能比 XP 使用的开放式数据服务 (ODS) API 更好。此外，System.Data.SqlServer API 支持新的数据类型（如 SQL Server 2005 中引入的 XML、(n)varchar(max)、varbinary(max)），而没有扩展 ODS API 来支持这些新的数据类型。
•	可伸缩性：通过托管代码，SQL Server 可以管理资源（如内存、线程和同步）的使用，因为公开这些资源的托管 API 是在 SQL Server 资源管理器上实现的。相反，SQL Server 不能查看或控制 XP 的资源使用情况。举例来说，如果 XP 消耗了太多的 CPU 或内存资源，就没有办法使用 SQL Server 来检测或控制。然而，通过托管代码，SQL Server 可以检测到特定线程在一段很长的时间内一直没有退出，然后就强制该任务退出，这样其他工作可以按计划进行。因此，使用托管代码提供了更好的可伸缩性和健壮性。

正如上面所提到的，在数据访问和发送结果集给客户端方面，CLR 过程比 XP 做得更好。对于不包括数据访问和发送结果的代码，比较 XP 和托管代码的性能就是比较托管代码和原生代码的性能。一般来说，在这些情况下托管代码比不上原生代码的性能。而且，当在 SQL Server 内运行时，从托管代码到原生代码的事务处理过程有额外的开销，因为在移动到原生代码和从原生代码移回时，SQL Server 需要对特定于线程的设置进行额外的登记-保留。因此，对于在托管代码和原生代码之间有频繁的事务处理的情况，XP 大大地胜过在 SQL Server 内部运行的托管代码。

对于大多数扩展过程，如果考虑数据访问和结果发送的可伸