一、Derby数据库特性与适用场景

Apache Derby是一个纯Java编写的开源关系型数据库，其内存模式（In-Memory Mode）具有零配置、零持久化的特点。当JVM关闭时，内存中的数据会自动销毁，这种特性使其特别适合以下场景：

1. 单元测试环境：每个测试用例启动独立的内存数据库实例，避免测试数据污染
2. 原型开发阶段：快速验证业务逻辑，无需处理复杂的数据库部署
3. 临时数据缓存：存储会话级或请求级的中间计算结果
4. 微服务架构：作为无状态服务的本地数据存储层

Derby内存模式与H2、HSQLDB等同类产品相比，优势在于其完整的SQL-92标准支持（包含外键约束、事务隔离等），且作为Apache顶级项目具有更好的社区维护。

二、SpringBoot集成Derby的完整配置

2.1 依赖管理

在pom.xml中添加核心依赖：

<dependency>
    <groupId>org.apache.derby</groupId>
    <artifactId>derby</artifactId>
    <version>10.15.2.0</version>
    <scope>runtime</scope>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-jdbc</artifactId>
</dependency>

2.2 数据源配置

application.properties配置示例：

# Derby内存数据库配置
spring.datasource.url=jdbc:derby:memory:testDB;create=true
spring.datasource.driver-class-name=org.apache.derby.jdbc.EmbeddedDriver
spring.datasource.username=
spring.datasource.password=
# JPA配置（可选）
spring.jpa.hibernate.ddl-auto=update
spring.jpa.show-sql=true

关键参数说明：

• memory:testDB：指定内存数据库名称
• create=true：自动创建数据库（首次连接时）
• 嵌入式驱动无需用户名密码认证

2.3 实体类与Repository实现

使用Spring Data JPA的示例：

@Entity
@Table(name = "USER_ACCOUNT")
public class UserAccount {
    @Id
    @GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)
    private Long id;
    @Column(nullable = false, unique = true)
    private String username;
    // 构造方法、getter/setter省略
}
public interface UserRepository extends JpaRepository<UserAccount, Long> {
    Optional<UserAccount> findByUsername(String username);
}

2.4 事务管理配置

确保服务类添加@Transactional注解：

@Service
@Transactional
public class UserService {
    private final UserRepository userRepository;
    public UserService(UserRepository userRepository) {
        this.userRepository = userRepository;
    }
    public UserAccount createUser(String username) {
        UserAccount account = new UserAccount();
        account.setUsername(username);
        return userRepository.save(account);
    }
}

三、Derby内存数据库高级应用

3.1 多数据源配置

当需要同时操作内存数据库和持久化数据库时：

@Configuration
public class DataSourceConfig {
    @Bean
    @Primary
    @ConfigurationProperties("spring.datasource")
    public DataSource derbyDataSource() {
        return DataSourceBuilder.create().build();
    }
    @Bean(name = "secondaryDataSource")
    @ConfigurationProperties("app.secondary.datasource")
    public DataSource mysqlDataSource() {
        return DataSourceBuilder.create().build();
    }
}

3.2 内存数据库初始化脚本

通过Spring的DataSourceInitializer执行SQL脚本：

@Bean
public DataSourceInitializer dataSourceInitializer(DataSource dataSource) {
    ResourceDatabasePopulator populator = new ResourceDatabasePopulator();
    populator.addScript(new ClassPathResource("schema.sql"));
    populator.addScript(new ClassPathResource("data.sql"));
    DataSourceInitializer initializer = new DataSourceInitializer();
    initializer.setDataSource(dataSource);
    initializer.setDatabasePopulator(populator);
    return initializer;
}

3.3 性能优化策略

1. 连接池配置：使用HikariCP提升并发性能

   spring.datasource.hikari.maximum-pool-size=10
   spring.datasource.hikari.connection-timeout=30000

2. SQL优化：避免在内存数据库中使用复杂JOIN操作
3. 批量操作：使用JPA的@Modifying和@Query注解实现批量更新

四、常见问题解决方案

4.1 数据库锁定问题

现象：启动时报错”Database ‘memory:testDB’ locked”
解决方案：

1. 确保没有其他JVM进程正在使用该数据库
2. 添加;shutdown=true参数强制关闭：

   spring.datasource.url=jdbcmemory:testDB;create=true;shutdown=true

4.2 事务隔离级别配置

Derby默认使用READ COMMITTED隔离级别，如需修改：

@Bean
public PlatformTransactionManager transactionManager(DataSource dataSource) {
    return new DataSourceTransactionManager(dataSource) {
        @Override
        protected void doBegin(Object transaction, TransactionDefinition definition) {
            // 自定义事务隔离级别
            if (definition.getIsolationLevel() == TransactionDefinition.ISOLATION_SERIALIZABLE) {
                // Derby不支持SERIALIZABLE级别，需降级处理
                definition = new DefaultTransactionDefinition(definition) {
                    @Override
                    public int getIsolationLevel() {
                        return TransactionDefinition.ISOLATION_REPEATABLE_READ;
                    }
                };
            }
            super.doBegin(transaction, definition);
        }
    };
}

4.3 测试环境数据隔离

使用JUnit 5的@BeforeEach和@AfterEach管理测试数据：

@SpringBootTest
public class UserServiceTest {
    @Autowired
    private UserRepository userRepository;
    @BeforeEach
    void setUp() {
        userRepository.deleteAll();
    }
    @Test
    void testCreateUser() {
        UserAccount account = new UserAccount();
        account.setUsername("test");
        UserAccount saved = userRepository.save(account);
        assertThat(saved.getId()).isNotNull();
    }
}

五、最佳实践建议

1. 环境区分：在application-dev.properties中配置Derby，生产环境切换为MySQL/PostgreSQL
2. 数据迁移：开发阶段使用Flyway管理内存数据库结构变更
3. 监控指标：通过Micrometer暴露Derby连接池指标
4. 异常处理：捕获SQLException并转换为业务异常
5. 连接验证：定期执行简单查询验证数据库可用性

六、与同类产品对比

特性	Derby内存模式	H2内存模式	HSQLDB内存模式
SQL标准支持	完整SQL-92	部分支持	完整SQL-92
事务隔离	支持4种级别	仅READ COMMITTED	支持4种级别
集群支持	不支持	不支持	不支持
存储容量	受JVM堆限制	受JVM堆限制	受JVM堆限制
启动速度	快	非常快	中等

Derby在功能完整性和稳定性方面表现优异，特别适合需要完整SQL支持的中等复杂度场景。对于极简需求，H2可能是更好的选择；而HSQLDB更适合需要严格事务控制的场景。

七、扩展应用场景

1. CI/CD流水线：作为集成测试的临时数据库
2. 数据分析原型：快速验证ETL流程
3. 规则引擎存储：保存运行时计算的中间结果
4. 游戏服务器：存储会话级的玩家状态数据

通过合理配置，Derby内存数据库可以成为SpringBoot应用开发中的得力助手，在保证开发效率的同时，提供接近生产环境的数据库行为模拟。