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设计ORM

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我们从前几节可以看到,所谓ORM,也是建立在JDBC的基础上,通过ResultSet到JavaBean的映射,实现各种查询。有自动跟踪Entity修改的全自动化ORM如Hibernate和JPA,需要为每个Entity创建代理,也有完全自己映射,连INSERT和UPDATE语句都需要手动编写的MyBatis,但没有任何透明的Proxy。

而查询是涉及到数据库使用最广泛的操作,需要最大的灵活性。各种ORM解决方案各不相同,Hibernate和JPA自己实现了HQL和JPQL查询语法,用以生成最终的SQL,而MyBatis则完全手写,每增加一个查询都需要先编写SQL并增加接口方法。

还有一种Hibernate和JPA支持的Criteria查询,用Hibernate写出来类似:

DetachedCriteria criteria = DetachedCriteria.forClass(User.class);
criteria.add(Restrictions.eq("email", email))
        .add(Restrictions.eq("password", password));
List<User> list = (List<User>) hibernateTemplate.findByCriteria(criteria);

上述Criteria查询写法复杂,但和JPA相比,还是小巫见大巫了:

var cb = em.getCriteriaBuilder();
CriteriaQuery<User> q = cb.createQuery(User.class);
Root<User> r = q.from(User.class);
q.where(cb.equal(r.get("email"), cb.parameter(String.class, "e")));
TypedQuery<User> query = em.createQuery(q);
query.setParameter("e", email);
List<User> list = query.getResultList();

此外,是否支持自动读取一对多和多对一关系也是全自动化ORM框架的一个重要功能。

如果我们自己来设计并实现一个ORM,应该吸取这些ORM的哪些特色,然后高效实现呢?

设计ORM接口

任何设计,都必须明确设计目标。这里我们准备实现的ORM并不想要全自动ORM那种自动读取一对多和多对一关系的功能,也不想给Entity加上复杂的状态,因此,对于Entity来说,它就是纯粹的JavaBean,没有任何Proxy。

此外,ORM要兼顾易用性和适用性。易用性是指能覆盖95%的应用场景,但总有一些复杂的SQL,很难用ORM去自动生成,因此,也要给出原生的JDBC接口,能支持5%的特殊需求。

最后,我们希望设计的接口要易于编写,并使用流式API便于阅读。为了配合编译器检查,还应该支持泛型,避免强制转型。

以User类为例,我们设计的查询接口如下:

// 按主键查询: SELECT * FROM users WHERE id = ?
User u = db.get(User.class, 123);

// 条件查询唯一记录: SELECT * FROM users WHERE email = ? AND password = ?
User u = db.from(User.class)
           .where("email=? AND password=?", "bob@example.com", "bob123")
           .unique();

// 条件查询多条记录: SELECT * FROM users WHERE id < ? ORDER BY email LIMIT ?, ?
List<User> us = db.from(User.class)
                  .where("id < ?", 1000)
                  .orderBy("email")
                  .limit(0, 10)
                  .list();

// 查询特定列: SELECT id, name FROM users WHERE email = ?
User u = db.select("id", "name")
           .from(User.class)
           .where("email = ?", "bob@example.com")
           .unique();

这样的流式API便于阅读,也非常容易推导出最终生成的SQL。

对于插入、更新和删除操作,就相对比较简单:

// 插入User:
db.insert(user);

// 按主键更新更新User:
db.update(user);

// 按主键删除User:
db.delete(User.class, 123);

对于Entity来说,通常一个表对应一个。手动列出所有Entity是非常麻烦的,一定要传入package自动扫描。

最后,ORM总是需要元数据才能知道如何映射。我们不想编写复杂的XML配置,也没必要自己去定义一套规则,直接使用JPA的注解就行。

实现ORM

我们并不需要从JDBC底层开始编写,并且,还要考虑到事务,最好能直接使用Spring的声明式事务。实际上,我们可以设计一个全局DbTemplate,它注入了Spring的JdbcTemplate,涉及到数据库操作时,全部通过JdbcTemplate完成,自然天生支持Spring的声明式事务,因为这个ORM只是在JdbcTemplate的基础上做了一层封装。

AppConfig中,我们初始化所有Bean如下:

@Configuration
@ComponentScan
@EnableTransactionManagement
@PropertySource("jdbc.properties")
public class AppConfig {
    @Bean
    DataSource createDataSource() { ... }

    @Bean
    JdbcTemplate createJdbcTemplate(@Autowired DataSource dataSource) {
        return new JdbcTemplate(dataSource);
    }

    @Bean
    DbTemplate createDbTemplate(@Autowired JdbcTemplate jdbcTemplate) {
        return new DbTemplate(jdbcTemplate, "com.itranswarp.learnjava.entity");
    }

    @Bean
    PlatformTransactionManager createTxManager(@Autowired DataSource dataSource) {
        return new DataSourceTransactionManager(dataSource);
    }
}

以上就是我们所需的所有配置。

编写业务逻辑,例如UserService,写出来像这样:

@Component
@Transactional
public class UserService {
    @Autowired
    DbTemplate db;

    public User getUserById(long id) {
        return db.get(User.class, id);
    }

    public User getUserByEmail(String email) {
        return db.from(User.class)
                 .where("email = ?", email)
                 .unique();
    }

    public List<User> getUsers(int pageIndex) {
        int pageSize = 100;
        return db.from(User.class)
                 .orderBy("id")
                 .limit((pageIndex - 1) * pageSize, pageSize)
                 .list();
    }

    public User register(String email, String password, String name) {
        User user = new User();
        user.setEmail(email);
        user.setPassword(password);
        user.setName(name);
        user.setCreatedAt(System.currentTimeMillis());
        db.insert(user);
        return user;
    }
    ...
}

上述代码给出了ORM的接口,以及如何在业务逻辑中使用ORM。下一步,就是如何实现这个DbTemplate。这里我们只给出框架代码,有兴趣的童鞋可以自己实现核心代码:

public class DbTemplate {
    private JdbcTemplate jdbcTemplate;

    // 保存Entity Class到Mapper的映射:
    private Map<Class<?>, Mapper<?>> classMapping;

    public <T> T fetch(Class<T> clazz, Object id) {
        Mapper<T> mapper = getMapper(clazz);
        List<T> list = (List<T>) jdbcTemplate.query(mapper.selectSQL, new Object[] { id }, mapper.rowMapper);
        if (list.isEmpty()) {
            return null;
        }
        return list.get(0);
    }

    public <T> T get(Class<T> clazz, Object id) {
        ...
    }

    public <T> void insert(T bean) {
        ...
    }

    public <T> void update(T bean) {
        ...
    }

    public <T> void delete(Class<T> clazz, Object id) {
        ...
    }
}

实现链式API的核心代码是第一步从DbTemplate调用select()from()时实例化一个CriteriaQuery实例,并在后续的链式调用中设置它的字段:

public class DbTemplate {
    ...
    public Select select(String... selectFields) {
        return new Select(new Criteria(this), selectFields);
    }

    public <T> From<T> from(Class<T> entityClass) {
        Mapper<T> mapper = getMapper(entityClass);
        return new From<>(new Criteria<>(this), mapper);
    }
}

然后以此定义SelectFromWhereOrderByLimit等。在From中可以设置Class类型、表名等:

public final class From<T> extends CriteriaQuery<T> {
    From(Criteria<T> criteria, Mapper<T> mapper) {
        super(criteria);
        // from可以设置class、tableName:
        this.criteria.mapper = mapper;
        this.criteria.clazz = mapper.entityClass;
        this.criteria.table = mapper.tableName;
    }

    public Where<T> where(String clause, Object... args) {
        return new Where<>(this.criteria, clause, args);
    }
}

Where中可以设置条件参数:

public final class Where<T> extends CriteriaQuery<T> {
    Where(Criteria<T> criteria, String clause, Object... params) {
        super(criteria);
        this.criteria.where = clause;
        this.criteria.whereParams = new ArrayList<>();
        // add:
        for (Object param : params) {
            this.criteria.whereParams.add(param);
        }
    }
}

最后,链式调用的尽头是调用list()返回一组结果,调用unique()返回唯一结果,调用first()返回首个结果。

在IDE中,可以非常方便地实现链式调用:

warpdb

需要复杂查询的时候,总是可以使用JdbcTemplate执行任意复杂的SQL。

练习

设计并实现一个微型ORM

小结

ORM框架就是自动映射数据库表结构到JavaBean的工具,设计并实现一个简单高效的ORM框架并不困难。


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