1. 概述
1.1 前言
最近用Caffe跑自己的数据集，需要学习LMDB和LevelDB，趁此机会复习了SQLite和MySQL的使用，一起整理在此。
代码：https://github.com/liquidconv/py4db
1.2 环境
使用Ubuntu 14.04，Python 2.7.6。
2. SQLite
2.1 准备
SQLite是一种嵌入式数据库，它的数据库就是一个文件。Python 2.5x以上版本内置了SQLite3，使用时直接import sqlite3即可。
2.2 操作流程
概括地讲，操作SQLite的流程是：
- 通过sqlite3.open()创建与数据库文件的连接对象connection；
- 通过connection.cursor()创建光标对象cursor；
- 通过cursor.execute()执行SQL语句；
- 通过connection.commit()提交当前的事务，或者通过cursor.fetchall()获得查询结果；
- 通过connection.close()关闭与数据库文件的连接。
详细的sqlite3模块API可以看这里：
http://www.runoob.com/sqlite/sqlite-python.html
总结起来就是用cursor.execute()执行SQL语句，改变数据（插入、删除、修改）时用connection.commit()提交变更，查询数据时用cursor.fetchall()得到查询结果。
2.3 操作实例
2.3.1 建立数据库与建立表
直接来看例子：
#!/usr/bin/env python
import sqlite3
conn = sqlite3.connect("test.db");
c = conn.cursor();
c.execute("CREATE TABLE IF NOT EXISTS students (sid INTEGER PRIMARY KEY, name TEXT)");
conn.commit();
conn.close();
这里conn是与数据库文件test.db的连接对象，c是conn的光标对象，通过c.execute()执行建表操作，创建了简单的学生信息表（学号，名字），通过conn.commit()提交，最后用conn.close()关闭连接。
conn.open()发现文件不存在时会自动创建，这里使用了文件“test.db”，也可以使用“:memory:”建立内存数据库。
2.3.2 插入、删除、修改
为了便于多次运行，直接使用了内存数据库：
#!/usr/bin/env python
import sqlite3
conn = sqlite3.connect(":memory:");
c = conn.cursor();
c.execute("CREATE TABLE students (sid INTEGER PRIMARY KEY, name TEXT)");
conn.commit();
c.execute("INSERT INTO students VALUES(?, ?)", (1, "Alice"));
c.execute("INSERT INTO students VALUES(?, ?)", (2, "Bob"));
c.execute("INSERT INTO students VALUES(?, ?)", (3, "Peter"));
c.execute("DELETE FROM students WHERE sid = ?", (1, ));
c.execute("UPDATE students SET name = ? WHERE sid = ?", ("Mark", 3));
conn.commit();
conn.close();
做的事情还是非常简单易懂的，向学生信息表中插入（1，Alice）、（2，Bob）、（3，Peter）三条记录，删除（1，Alice），修改（3，Peter）为（3，Mark）。
“?”是sqlite3中的占位符，execute时会用第二个参数元组里的元素按顺序替换。官方文档里建议出于安全考虑，不要直接用python做字符串拼接。
另外注意不需要每次execute后调用commit。
2.3.3 查询
直接在上面的代码commit之后加上：
c.execute("SELECT * FROM students");
print c.fetchall();
运行一下，输出结果为：
fetchall()返回的是记录数组，可以通过WHERE子句做更细致的选择。
2.3.4 完整的例子
把上面的操作写成函数形式：
#!/usr/bin/env python
#-*-coding:utf-8 -*-
import sqlite3
import os, sys
def initialize(conn):
c = conn.cursor();
c.execute("CREATE TABLE students (sid INTEGER PRIMARY KEY, name TEXT)");
conn.commit();
def insert(conn, sid, name):
c = conn.cursor();
t = (sid, name);
c.execute("INSERT INTO students VALUES (?, ?)", t);
conn.commit();
def delete(conn, sid):
c = conn.cursor();
t = (sid, );
c.execute("DELETE FROM students WHERE sid = ?", t);
conn.commit();
def update(conn, sid, name):
c = conn.cursor();
t = (name, sid);
c.execute("UPDATE students SET name = ? WHERE sid = ?", t);
conn.commit();
def display(conn):
c = conn.cursor();
c.execute("SELECT * FROM students");
print c.fetchall();
db_name = ":memory:";
conn = sqlite3.connect(db_name);
initialize(conn);
print "Insert 3 records."
insert(conn, 1, "Alice");
insert(conn, 2, "Bob");
insert(conn, 3, "Peter");
display(conn);
print "Delete the record where sid = 1."
delete(conn, 1);
display(conn);
print "Update the record where sid = 3."
update(conn, 3, "Mark");
display(conn);
conn.close();
运行一下，输出结果为：
之后用的例子都是这个简单的学生信息表(学号，姓名)。
3. MySQL
3.1 准备
安装MySQL：
apt-get install mysql-server
apt-get install mysql-client
apt-get install libmysqlclient-dev
安装MySQLdb：
apt-get install python-mysqldb
使用时import MySQLdb（注意大小写）。
3.2 操作流程
同为关系型数据库，MySQL的操作方法和SQLite是大同小异的。建立连接对象与光标对象，用execute()执行SQL语句，commi()提交事物，fetchall()获得查询结果。
3.3 操作实例
直接看MySQL版本的完整例子：
#!/usr/bin/env python
#-*-coding: utf-8-*-
import MySQLdb
import os, sys
def initialize(conn):
c = conn.cursor();
c.execute('''CREATE TABLE IF NOT EXISTS students (
sid INT(4) PRIMARY KEY, name VARCHAR(10)
)''');
conn.commit();
def insert(conn, sid, name):
c = conn.cursor();
t = (sid, name);
c.execute("INSERT INTO students VALUES (%s, %s)", t);
conn.commit();
def delete(conn, sid):
c = conn.cursor();
t = (sid, );
c.execute("DELETE FROM students WHERE sid = %s", t);
conn.commit();
def update(conn, sid, name):
c = conn.cursor();
t = (name, sid);
c.execute("UPDATE students SET name = %s WHERE sid = %s", t);
conn.commit();
def display(conn):
c = conn.cursor();
c.execute("SELECT * FROM students");
print c.fetchall();
try:
conn = MySQLdb.connect(host = "localhost", user = "root", passwd = "");
except Exception, e:
print e;
sys.exit();
c = conn.cursor();
c.execute("CREATE DATABASE IF NOT EXISTS test");
conn.commit();
conn.select_db("test");
initialize(conn);
print "Insert 3 records."
insert(conn, 1, "Alice");
insert(conn, 2, "Bob");
insert(conn, 3, "Peter");
display(conn);
print "Delete the record where sid = 1."
delete(conn, 1);
display(conn);
print "Update the record where sid = 3."
update(conn, 3, "Mark");
display(conn);
c.execute("DROP DATABASE test");
conn.commit();
conn.close();
对比后可以发现区别仅是建立连接时参数复杂一些，同时需要用select_db()选择数据库。
运行一下，输出结果为：
4. LMDB
4.1 准备
学习LMDB的时候不禁想到知乎上的提问“有哪些名人长期生活在其他名人的光环下”，说实话感觉查它的人基本都是为了用Caffe……
Anyway，LMDB和SQLite/MySQL等关系型数据库不同，属于key-value数据库（把LMDB想成dict会比较容易理解），键key与值value都是字符串。
安装：
pip install lmdb
使用时import lmdb。
4.2 操作流程
概况地讲，操作LMDB的流程是：
- 通过env = lmdb.open()打开环境
- 通过txn = env.begin()建立事务
- 通过txn.put(key, value)进行插入和修改
- 通过txn.delete(key)进行删除
- 通过txn.get(key)进行查询
- 通过txn.cursor()进行遍历
- 通过txn.commit()提交更改
4.3 操作实例
4.3.1 建立环境
#!/usr/bin/env python
import lmdb
env = lmdb.open("students");
运行一下，查看当前目录的变化：
可以看到当前目录下多了students目录，里面有data.mdb和lock.mdb两个文件。
4.3.2 插入、删除、修改
插入与修改都用put实现，删除用delete实现。
#!/usr/bin/env python
import lmdb
env = lmdb.open("students");
txn = env.begin(write = True);
txn.put(str(1), "Alice");
txn.put(str(2), "Bob");
txn.put(str(3), "Peter");
txn.delete(str(1));
txn.put(str(3), "Mark");
txn.commit();
注意用txn = env.begin()创建事务时，有write = True才能够写数据库。
4.3.3 查询
查单条记录用get(key)，遍历数据库用cursor。
直接在上面的代码commit()之后加上：
txn = env.begin();
print txn.get(str(2));
for key, value in txn.cursor():
print (key, value);
运行一下，输出结果为：
注意上次commit()之后要用env.begin()更新txn。
4.3.4 完整的例子
#!/usr/bin/env python
import lmdb
import os, sys
def initialize():
env = lmdb.open("students");
return env;
def insert(env, sid, name):
txn = env.begin(write = True);
txn.put(str(sid), name);
txn.commit();
def delete(env, sid):
txn = env.begin(write = True);
txn.delete(str(sid));
txn.commit();
def update(env, sid, name):
txn = env.begin(write = True);
txn.put(str(sid), name);
txn.commit();
def search(env, sid):
txn = env.begin();
name = txn.get(str(sid));
return name;
def display(env):
txn = env.begin();
cur = txn.cursor();
for key, value in cur:
print (key, value);
env = initialize();
print "Insert 3 records."
insert(env, 1, "Alice");
insert(env, 2, "Bob");
insert(env, 3, "Peter");
display(env);
print "Delete the record where sid = 1."
delete(env, 1);
display(env);
print "Update the record where sid = 3."
update(env, 3, "Mark");
display(env);
print "Get the name of student whose sid = 3."
name = search(env, 3);
print name;
env.close();
os.system("rm -r students");
运行一下，输出结果为：
5. LevelDB
5.1 准备
同为key-value数据库，LevelDB的资料比LMDB丰富太多了。值得一提的是LevelDB实现时用到了SkipList，以后有机会要亲自实现一下。
安装：
pip install py-leveldb
使用时import leveldb。
5.2 操作流程
LevelDB操作时类似与LMDB，使用Put/Get/Delete，但是更加简单（不需要事务txn和commit提交），同时支持范围迭代器RangeIter。
5.3 操作实例
来看LevelDB版本的完整例子：
#!/usr/bin/env python
#-*-coding: utf-8-*-
import leveldb
import os, sys
def initialize():
db = leveldb.LevelDB("students");
return db;
def insert(db, sid, name):
db.Put(str(sid), name);
def delete(db, sid):
db.Delete(str(sid));
def update(db, sid, name):
db.Put(str(sid), name);
def search(db, sid):
name = db.Get(str(sid));
return name;
def display(db):
for key, value in db.RangeIter():
print (key, value);
db = initialize();
print "Insert 3 records."
insert(db, 1, "Alice");
insert(db, 2, "Bob");
insert(db, 3, "Peter");
display(db);
print "Delete the record where sid = 1."
delete(db, 1);
display(db);
print "Update the record where sid = 3."
update(db, 3, "Mark");
display(db);
print "Get the name of student whose sid = 3."
name = search(db, 3);
print name;
os.system("rm -r students");
运行一下，输出结果为：
此外，由于没有commit()操作，leveldb中用WriteBatch实现多条更改一次提交，直接copy示例代码如下：
batch = leveldb.WriteBatch();
batch.Put('hello', 'world');
batch.Put('hello again', 'world');
batch.Delete('hello');
db.Write(batch, sync = True);
6. 学习总结
这次学习四种数据库操作时，是按照SQLite -> MySQL -> LMDB -> LevelDB的顺序，所以研究SQLite与LMDB花了较长时间，而MySQL与LevelDB很快就搞定了。某种意义上，学习技术和背单词一样，当前掌握的单词越多，背新单词就越容易——因为可以把新单词和已经掌握的同义词联系在一起，在脑海里聚成簇。
最后回顾一下，SQLite与MySQL都是关系型数据库，操作时创建连接对象connection与光标对象cursor，通过execute执行SQL语句，commit提交变更，fetch得到查询结果；LMDB与LevelDB都是K-V数据库，操作时建立与数据库的连接，用put/delete改变数据，用get获取数据，区别是LMDB中有事务需要commit，LevelDB不需要。
7. 参考资料
- SQLite
- SQLite教程：
http://www.runoob.com/sqlite/sqlite-python.html - SQLite全面学习：
http://blog.jobbole.com/92796/ - Python文档关于sqlite3的介绍：
https://docs.python.org/2/library/sqlite3.html
- SQLite教程：
- MySQL
- LMDB
- Creating an LMDB database in Python：
http://deepdish.io/2015/04/28/creating-lmdb-in-python/ - Python lmdb：
http://blog.csdn.net/ayst123/article/details/44077903 - lmdb 0.87 documentation：
http://lmdb.readthedocs.org/en/latest/
- Creating an LMDB database in Python：
- LevelDB
- py-leveldb示例代码：
http://www.oschina.net/p/py-leveldb?fromerr=G5QJs7l1 - Having a look at LevelDB：
http://skipperkongen.dk/2013/02/14/having-a-look-at-leveldb/
- py-leveldb示例代码：
