範例資料表

本模組各篇都用同一組表：一家書店的顧客與訂單。orders.note 允許 NULL，用來示範 NULL 的讀取；customers.email 有唯一約束，用來示範約束違反的錯誤。

 1CREATE TABLE customers (
 2  id         bigint GENERATED BY DEFAULT AS IDENTITY PRIMARY KEY,
 3  name       text        NOT NULL,
 4  email      text        NOT NULL,
 5  created_at timestamptz NOT NULL DEFAULT now(),
 6  CONSTRAINT customers_email_key UNIQUE (email)
 7);
 8
 9CREATE TABLE orders (
10  id          bigint GENERATED BY DEFAULT AS IDENTITY PRIMARY KEY,
11  customer_id bigint      NOT NULL REFERENCES customers (id),
12  amount      integer     NOT NULL,
13  note        text,
14  ordered_at  timestamptz NOT NULL DEFAULT now()
15);
16
17INSERT INTO customers (id, name, email) VALUES
18  (1, '佳穎', 'jiaying@example.com'), (2, '宗翰', 'zonghan@example.com'), (3, '雅文', 'yawen@example.com');
19INSERT INTO orders (id, customer_id, amount, note) VALUES
20  (101, 1, 300, NULL), (102, 1, 500, '禮物包裝'), (103, 2, 250, NULL);
21
22-- 明確指定 id 寫入 identity 欄位不會推進它的序列；不補這兩行，下一個由資料庫配號的 INSERT 會撞主鍵
23SELECT setval(pg_get_serial_sequence('customers', 'id'), (SELECT max(id) FROM customers));
24SELECT setval(pg_get_serial_sequence('orders', 'id'), (SELECT max(id) FROM orders));

雅文沒有訂單，佳穎的兩張訂單只有一張有備註。範例程式的連線字串是 postgres://postgres:pw@localhost:55432/bookstore?sslmode=disable，帳號、密碼、port 與資料庫名稱換成手上那一台的值。各篇的輸出都以剛執行完上面這段 SQL 的資料為起點；前一篇的示範改過資料時（例如本篇〈交易〉那一節會改金額），先 DROP TABLE orders, customers 再重跑這段 SQL。

範例程式的 Go 模組要先取得驅動（後面各篇另外取得各自的套件）：

1go mod init example.com/bookstore   # 模組名稱自訂
2go get github.com/jackc/pgx/v5@v5.11.0

驅動與 sql.Open

database/sql 只定義介面，實際和資料庫通訊的是資料庫驅動程式（database driver，以下簡稱驅動）。驅動在自己的 init 函式裡向 database/sql 註冊一個名字，程式用空白匯入（blank import）觸發註冊，之後用那個名字開啟：

1import (
2	"database/sql"
3
4	_ "github.com/jackc/pgx/v5/stdlib" // 註冊名為 "pgx" 的驅動
5)
6
7db, err := sql.Open("pgx", dsn)

sql.Open 只建立 *sql.DB 這個物件並檢查參數格式，不連線。密碼錯了，sql.Open 照樣回傳 nil 錯誤，要到第一次需要連線時才失敗。所以服務啟動時接著呼叫 PingContext，讓設定錯誤在啟動那一刻就浮現，而不是在第一個請求進來時：

1open with wrong password, err = <nil>
2ping: failed to connect to `user=postgres database=bookstore`: ... failed SASL auth: FATAL: password authentication failed for user "postgres" (SQLSTATE 28P01)

*sql.DB 與連線池

*sql.DB 代表的是一個連線池（connection pool），不是一條連線。每次查詢時它從池裡取一條閒置的連線，沒有閒置的就新開一條，查詢結束後放回池裡。它可以被多個 goroutine 同時使用，所以一個程序（process）建立一個、在整個服務裡共用；每個請求各開一個 *sql.DB 會讓每個請求都重新建立連線，也讓池的上限失去作用。

池的大小由四個設定決定：

MaxOpenConns 預設不設上限，意思是流量尖峰時 Go 會一直開新連線，直到資料庫的 max_connections 拒絕為止；多個服務實例共用同一個資料庫時，全部實例的上限加起來要小於資料庫的 max_connections 扣掉維運保留的連線（各語言執行模型下的估算見 1.17 應用程式存取資料庫的工具分層〈各語言執行模型下的連線模型〉）。ConnMaxLifetime 設成比中間的負載平衡器或防火牆的閒置逾時短，連線就不會在池裡被對方悄悄斷掉。

db.Stats() 回傳池的即時狀態，〈查詢結果讀取物件（*sql.Rows）的關閉與連線洩漏〉那一節會用到其中三個欄位：InUse（使用中的連線數）、Idle（閒置的連線數）、WaitCount（因為池滿而排隊等連線的累計次數）。

查詢：QueryContext、QueryRowContext 與 ExecContext

三個方法依「預期回幾列」分工：

查詢的參數用佔位符（placeholder）傳，不要把值拼進 SQL 字串。佔位符的寫法由驅動決定：PostgreSQL 的驅動用 $1、$2，MySQL 的驅動用 ?。值拼進字串會讓使用者輸入的內容被當成 SQL 的一部分執行，也就是 SQL 注入（SQL injection）；佔位符把值交給驅動，pgx 預設把值和 SQL 分開送給資料庫，值只會被當成值。

1var name string
2err := db.QueryRowContext(ctx, "SELECT name FROM customers WHERE id = $1", 999).Scan(&name)
3if errors.Is(err, sql.ErrNoRows) {
4	// 沒有這個顧客：這是業務上的「找不到」，不是系統錯誤
5}

QueryRowContext 查不到資料時，Scan 回傳 sql.ErrNoRows。repository 通常在這裡把它轉成自己的「找不到」錯誤，讓上層不必認得 database/sql 的型別（轉換的位置見 Repository Adapter 實作）。

每個方法都有不帶 Context 的版本（Query、QueryRow、Exec），服務程式一律用帶 Context 的版本：請求被取消或逾時時，驅動會通知資料庫中止那一段查詢；pgx 接著關閉那條連線，database/sql 把它從池裡丟掉，空出的名額由下一個請求開新連線補上。不帶 Context 的版本等同傳入 context.Background()，查詢會一直跑到資料庫回應為止。

Scan 與 NULL

Scan 把一列的欄位依序寫進傳入的指標。欄位值是 NULL 而目標是 string 時，Scan 回傳錯誤，因為 string 沒有一個值可以代表「沒有值」。以 SELECT note FROM orders WHERE id = $1 讀訂單 101 的備註進 var note string：

1scan NULL into string: sql: Scan error on column index 0, name "note": converting NULL to string is unsupported

可以是 NULL 的欄位有兩種接法：

1var note sql.NullString // NULL 時 note.Valid == false，非 NULL 時值在 note.String
2var notePtr *string     // NULL 時 notePtr == nil

兩種都能分辨「NULL」與「空字串」。sql.NullString 這類型別（還有 NullInt64、NullTime，以及泛型的 sql.Null[T]）是 database/sql 自己的型別，放進 domain 的 struct 會讓上層也依賴資料庫套件；指標是語言本身的寫法，轉成 JSON 時 nil 直接變成 null。多數專案在 repository 的 row struct 用其中一種，轉成 domain 型別時再決定 NULL 代表什麼。

查詢結果讀取物件（*sql.Rows）的關閉與連線洩漏

QueryContext 回傳的 *sql.Rows 是查詢結果的讀取物件（其他中文資料常寫作游標，英文是 cursor，譯名的分辨見 Cursor）。它在讀取期間一直佔著池裡的一條連線，直到被關閉才放回去。關閉有兩種途徑：Next 讀到最後一列之後回傳 false 時自動關閉，或者程式呼叫 Close。

讀到一半就離開、又沒有呼叫 Close，那條連線就一直被佔著。把池的上限設成 1 就能直接看到：

1db.SetMaxOpenConns(1)
2rows, _ := db.QueryContext(ctx, "SELECT id FROM orders")
3rows.Next() // 只讀一列就離開，沒有 Close
4
5ctx2, cancel := context.WithTimeout(ctx, 2*time.Second)
6defer cancel()
7err := db.QueryRowContext(ctx2, "SELECT 1").Scan(new(int))

1stats after leaking rows: InUse=1 Idle=0
2second query: context deadline exceeded WaitCount = 1
3after Close: InUse=0 Idle=1

第二個查詢排隊等那唯一的一條連線，等了兩秒仍然等不到。正式環境的池上限比 1 大，同樣的連線洩漏（connection leak）要累積到把池佔滿才浮現，症狀是請求慢慢變慢、最後全部逾時，而資料庫本身的負載並不高。db.Stats() 的 InUse 一直接近上限、WaitCount 持續增加，是這個狀況的訊號。

所以讀多列的標準寫法固定是這個形狀：

 1rows, err := db.QueryContext(ctx, "SELECT id, amount FROM orders ORDER BY id")
 2if err != nil {
 3	return err
 4}
 5defer rows.Close() // 中途 return 也會關閉
 6
 7for rows.Next() {
 8	var id int64
 9	var amount int
10	if err := rows.Scan(&id, &amount); err != nil {
11		return err
12	}
13	// 使用 id、amount
14}
15return rows.Err() // 讀取途中斷線之類的錯誤在迴圈結束後才回報

rows.Err() 不能省：Next 回傳 false 有兩種原因，一種是正常讀完，一種是讀取途中出錯，只有 rows.Err() 分得出來。少了它，讀到一半斷線的結果會被當成完整的結果交給呼叫端。

交易：BeginTx、defer Rollback 與 Commit

交易（transaction）綁在一條連線上：BeginTx 從池裡取一條連線、送出 BEGIN，回傳的 *sql.Tx 之後的每個查詢都走這條連線，直到 Commit 或 Rollback 才把連線放回池裡。

 1// 把訂單 101 的 50 元折抵改記到同一位顧客的訂單 102：只成功一半的話，顧客會多拿到或少拿到 50 元
 2func moveDiscount(ctx context.Context, db *sql.DB) error {
 3	tx, err := db.BeginTx(ctx, nil)
 4	if err != nil {
 5		return err
 6	}
 7	defer tx.Rollback() // Commit 成功之後再呼叫只會回 ErrTxDone，不會撤銷
 8
 9	if _, err := tx.ExecContext(ctx, "UPDATE orders SET amount = amount - 50 WHERE id = $1", 101); err != nil {
10		return err
11	}
12	if _, err := tx.ExecContext(ctx, "UPDATE orders SET amount = amount + 50 WHERE id = $1", 102); err != nil {
13		return err
14	}
15	return tx.Commit()
16}

defer tx.Rollback() 讓每一條提早 return 的錯誤路徑都會撤銷交易並放回連線。Commit 成功之後，那個 Rollback 仍然會執行，只是回傳錯誤、什麼都不做。下面這一行的最後一個值是 errors.Is(err, sql.ErrTxDone)：

1rollback after commit: sql: transaction has already been committed or rolled back true

交易裡的查詢一定要用 tx 的方法，不能用 db 的。db.ExecContext 會從池裡另取一條連線，那個查詢就跑在交易之外：交易撤銷時它不會跟著撤銷，而且交易裡尚未提交的修改它也看不到。池上限是 1 的時候，這個錯誤直接變成卡住，因為唯一的連線被交易佔著。

隔離等級由 BeginTx 的第二個參數 &sql.TxOptions{Isolation: sql.LevelSerializable} 指定，nil 代表用資料庫的預設值（PostgreSQL 是 read committed）。等級之間的差別見 Isolation Level，交易範圍要劃在哪裡見 Transaction Boundary；交易要跨好幾個 repository 共用時，交易物件怎麼傳進各個 repository（以及傳錯時的徵兆，見 Transaction Propagation），見 1.4 Repository Adapter 實作〈Transaction 傳遞〉。

本模組其餘工具各自接手哪一段

1.17 應用程式存取資料庫的工具分層 把存取資料庫的工作分成寫出 SQL、取得連線並執行（連線池、交易）、把查詢結果對映成程式的值。用 database/sql 時，連線池由它管理，程式仍然要寫 SQL 字串、逐欄 Scan 進變數，並負責讀取物件與交易的收尾。本模組其餘的工具各自接手其中幾件：

sqlx、pgx 原生介面與 sqlc 接手之後，送出的 SQL 仍然寫在程式碼或 .sql 檔裡看得見；GORM 接手之後，SQL 也從程式碼上消失，要靠它的 SQL 記錄才看得到。怎麼在這些工具之間選，見 10.7 Go 專案的資料庫存取工具選型：GORM、sqlc 與 pgx 的組合。