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Java手寫持久層框架的詳細程式碼

2022-08-20 14:01:30

本文適合有一定java基礎的同學,通過分析jdbc存在的問題,進行手寫自定義持久層框架,可以更加清楚常用的mybatis等開源框架的原理。

前言

本文適合有一定java基礎的同學,通過自定義持久層框架,可以更加清楚常用的mybatis等開源框架的原理。

JDBC操作回顧及問題分析

學習java的同學一定避免不了接觸過jdbc,讓我們來回顧下初學時期接觸的jdbc操作吧

以下程式碼連線資料庫查詢使用者表資訊,使用者表欄位分別為使用者id,使用者名稱username。

Connection connection = null;
        PreparedStatement preparedStatement = null;
        ResultSet resultSet = null;
        User user = new User();
        try {
            // 載入資料庫驅動
            //Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver");
            Class.forName("com.mysql.cj.jdbc.Driver");
            // 通過驅動管理類獲取資料庫連結
            connection = DriverManager.getConnection("jdbc:mysql://localhost:3306/mybatis?characterEncoding=utf-8", "root", "mimashi3124");
            // 定義sql語句?表示預留位置
            String sql = "select * from user where username = ?";
            // 獲取預處理statement
            preparedStatement = connection.prepareStatement(sql);
            // 設定引數,第⼀個引數為sql語句中引數的序號(從1開始),第⼆個引數為設定的引數值
            preparedStatement.setString(1, "蓋倫");
            // 向資料庫發出sql執⾏查詢,查詢出結果集
            resultSet = preparedStatement.executeQuery();
            // 遍歷查詢結果集
            while (resultSet.next()) {
                int id = resultSet.getInt("id");
                String username = resultSet.getString("username");
                // 封裝User
                user.setId(id);
                user.setUsername(username);
            }
            System.out.println(user);
        } catch (
                Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            // 釋放資源
            if (resultSet != null) {
                try {
                    resultSet.close();
                } catch (SQLException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if (preparedStatement != null) {
                try {
                    preparedStatement.close();
                } catch (SQLException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            if (connection != null) {
                try {
                    connection.close();
                } catch (SQLException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }

檢視程式碼我們可以發現使用JDBC運算元據庫存在以下問題:

  • 資料庫連線建立、釋放頻繁造成系統資源浪費,從⽽影響系統效能。
  • Sql語句我們是寫在程式碼裡的,程式碼不容易維護,實際應⽤中sql變化的可能較⼤,sql變動需要改變 java程式碼。
  • 使⽤preparedStatement向佔有位符號傳引數存在寫死,因為sql語句的where條件不⼀定,可能多也可能少,修改sql還要修改程式碼,系統不易維護。
  • 對結果集解析存在寫死(查詢列名),sql變化導致解析程式碼變化,系統不易維護,如果能將資料 庫記錄封裝成pojo物件解析⽐較⽅便

問題解決思路

  • 使⽤資料庫連線池初始化連線資源,避免資源浪費
  • 將sql語句抽取到xml設定中,這種sql的變動只用關注xml檔案,不比去一堆java程式碼裡改寫sql
  • 引數寫死問題可以使用反射、內省等技術、自動將實體與表欄位進行對映。

自己動手寫個持久層框架

接下來,我們來一個個解決上面的問題

資料庫連線池我們可以直接使用c3p0提供的ComboPooledDataSource即可

為了解決sql寫死問題,我們要把sql寫到xml檔案中,那自然是要定義一個xml檔案了。

光有sql肯定不行,畢竟我們要先連線資料庫,sql語句才有存在的意義。所以xml中得先定義資料設定資訊,然後才是sql語句。

1.定義設定xml檔案

我們新建一個sqlMapConfig.xml,定義資料來源資訊、並且增加兩個sql語句,parameterType為sql執行引數,resultType為方法返回實體。

程式碼如下(資料庫不同版本使用驅動類可能不同):

<configuration>
    <!--資料庫連線資訊-->
    <property name="driverClass" value="com.mysql.cj.jdbc.Driver"/>
<!--    <property name="driverClass" value="com.mysql.jdbc.Driver"/>-->
    <property name="jdbcUrl" value="jdbc:mysql://localhost:3306/mybatis?serverTimezone=Asia/Shanghai"/>
    <property name="username" value="root"/>
    <property name="password" value="mimashi3124"/>

	<select id="selectOne" parameterType="org.example.pojo.User"
            resultType="org.example.pojo.User">
        select * from user where id = #{id} and username =#{username}
    </select>

    <select id="selectList" resultType="org.example.pojo.User">
        select * from user
    </select>
</configuration>

現在xml檔案資料庫資訊也有了,sql語句定義也有了,還有什麼問題呢?

我們實際中對sql的操作會涉及到不同的表,所以我們改進一下,把每個表的sql語句單獨放在一個xml裡,這樣結構更清晰就容易維護。

優化以後的xml設定現在是這樣了

sqlMapConfig.xml

<configuration>
    <!--資料庫連線資訊-->
    <property name="driverClass" value="com.mysql.cj.jdbc.Driver"/>
	<!-- <property name="driverClass" value="com.mysql.jdbc.Driver"/>-->
    <property name="jdbcUrl" value="jdbc:mysql://localhost:3306/mybatis?serverTimezone=Asia/Shanghai"/>
    <property name="username" value="root"/>
    <property name="password" value="mimashi3124"/>
    <!--引⼊sql設定資訊-->
	<mapper resource="mapper.xml"></mapper>
</configuration>

mapper.xml

<mapper namespace="user">
    <select id="selectOne" parameterType="org.example.pojo.User"
            resultType="org.example.pojo.User">
        select * from user where id = #{id} and username =#{username}
    </select>

    <select id="selectList" resultType="org.example.pojo.User">
        select * from user
    </select>
</mapper>

順便定義一下業務實體User

public class User {
    private int id;
    private String username;
    
    public int getId() {
        return id;
    }

    public void setId(int id) {
        this.id = id;
    }

    public String getUsername() {
        return username;
    }

    public void setUsername(String username) {
        this.username = username;
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "User{" +
                "id=" + id +
                ", username='" + username + ''' +
                '}';
    }
}

2.讀取組態檔

讀取完成以後以流的形式存在,不好操作,所以我們要做解析拿到資訊,建立實體物件來儲存。

Configuration : 存放資料庫基本資訊、Map<唯⼀標識,Mapper> 唯⼀標識:namespace + "." + idMappedStatement:存放sql語句、輸⼊引數型別、輸出引數型別

xml解析我們使用dom4j

首先引入maven依賴

程式碼如下(mysql驅動版本根據實際使用mysql版本調整):

<properties>
        <maven.compiler.source>8</maven.compiler.source>
        <maven.compiler.target>8</maven.compiler.target>
    </properties>

    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>mysql</groupId>
            <artifactId>mysql-connector-java</artifactId>
            <version>8.0.22</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>c3p0</groupId>
            <artifactId>c3p0</artifactId>
            <version>0.9.1.2</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>log4j</groupId>
            <artifactId>log4j</artifactId>
            <version>1.2.12</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>junit</groupId>
            <artifactId>junit</artifactId>
            <version>4.10</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>dom4j</groupId>
            <artifactId>dom4j</artifactId>
            <version>1.6.1</version>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>jaxen</groupId>
            <artifactId>jaxen</artifactId>
            <version>1.1.6</version>
        </dependency>
    </dependencies>

資料庫設定實體 Configuration

public class Configuration {
    //資料來源
    private DataSource dataSource;
    //map集合: key:statementId value:MappedStatement
    private Map<String,MappedStatement> mappedStatementMap = new HashMap<>();

    public DataSource getDataSource() {
        return dataSource;
    }

    public Configuration setDataSource(DataSource dataSource) {
        this.dataSource = dataSource;
        return this;
    }

    public Map<String, MappedStatement> getMappedStatementMap() {
        return mappedStatementMap;
    }

    public Configuration setMappedStatementMap(Map<String, MappedStatement> mappedStatementMap) {
        this.mappedStatementMap = mappedStatementMap;
        return this;
    }
}

Sql語句資訊實體

public class MappedStatement {

    //id
    private String id;
    //sql語句
    private String sql;
    //輸⼊引數
    private String parameterType;
    //輸出引數
    private String resultType;

    public String getId() {
        return id;
    }

    public MappedStatement setId(String id) {
        this.id = id;
        return this;
    }

    public String getSql() {
        return sql;
    }

    public MappedStatement setSql(String sql) {
        this.sql = sql;
        return this;
    }

    public String getParameterType() {
        return parameterType;
    }

    public MappedStatement setParameterType(String parameterType) {
        this.parameterType = parameterType;
        return this;
    }

    public String getResultType() {
        return resultType;
    }

    public MappedStatement setResultType(String resultType) {
        this.resultType = resultType;
        return this;
    }
}

順便定義一個Resources類來讀取xml檔案流

public class Resources {
    public static InputStream getResourceAsSteam(String path) {
        return Resources.class.getClassLoader().getResourceAsStream(path);
    }
}

接下來就是實際的解析了,因為解析程式碼比較多,我們考慮封裝類單獨處理解析

定義XMLConfigBuilder類解析資料庫設定資訊

public class XMLConfigBuilder {

    private Configuration configuration;


    public XMLConfigBuilder() {
        this.configuration = new Configuration();
    }

    public Configuration parserConfiguration(InputStream inputStream) throws DocumentException, PropertyVetoException, ClassNotFoundException {
        Document document = new SAXReader().read(inputStream);
        Element rootElement = document.getRootElement();
        List<Element> propertyElements = rootElement.selectNodes("//property");
        Properties properties = new Properties();
        for (Element propertyElement : propertyElements) {
            String name = propertyElement.attributeValue("name");
            String value = propertyElement.attributeValue("value");
            properties.setProperty(name,value);
        }
        //解析到資料庫設定資訊,設定資料來源資訊
        ComboPooledDataSource comboPooledDataSource = new ComboPooledDataSource();
        comboPooledDataSource.setDriverClass(properties.getProperty("driverClass"));
        comboPooledDataSource.setJdbcUrl(properties.getProperty("jdbcUrl"));
        comboPooledDataSource.setUser(properties.getProperty("username"));
        comboPooledDataSource.setPassword(properties.getProperty("password"));
		
        configuration.setDataSource(comboPooledDataSource);

		//將configuration傳入XMLMapperBuilder中做sql語句解析。
        XMLMapperBuilder xmlMapperBuilder = new XMLMapperBuilder(this.configuration);
        List<Element> mapperElements = rootElement.selectNodes("//mapper");
        for (Element mapperElement : mapperElements) {
            String mapperPath = mapperElement.attributeValue("resource");
            InputStream resourceAsStream = this.getClass().getClassLoader().getResourceAsStream(mapperPath);
            xmlMapperBuilder.parse(resourceAsStream);
        }
        return configuration;
    }
}

定義XMLMapperBuilder類解析資料庫設定資訊

public class XMLMapperBuilder {

    private Configuration configuration;

    public XMLMapperBuilder(Configuration configuration) {
        this.configuration = configuration;
    }
    public void parse(InputStream inputStream) throws DocumentException,
            ClassNotFoundException {
        Document document = new SAXReader().read(inputStream);
        Element rootElement = document.getRootElement();
        String namespace = rootElement.attributeValue("namespace");
        List<Element> select = rootElement.selectNodes("select");
        for (Element element : select) { //id的值
            String id = element.attributeValue("id");
            String parameterType = element.attributeValue("parameterType"); //輸⼊引數
            String resultType = element.attributeValue("resultType"); //返回引數
            //statementId,後續呼叫通過statementId,找到對應的sql執行
            String key = namespace + "." + id;
            //sql語句
            String textTrim = element.getTextTrim();
            //封裝 mappedStatement
            MappedStatement mappedStatement = new MappedStatement();
            mappedStatement.setId(id);
            mappedStatement.setParameterType(parameterType);
            mappedStatement.setResultType(resultType);
            mappedStatement.setSql(textTrim);
            //填充 configuration
            configuration.getMappedStatementMap().put(key, mappedStatement);
        }
    }
}

現在我們可以通過呼叫設定解析的方法拿到Configuration物件了。但是我們實際使用,肯定是希望我給你設定資訊、sql語句,再呼叫你的方法就返回結果了。
所以我們還需要定義一個資料庫操作介面(類)

3.定義sql操作介面SqlSession

public interface SqlSession {
	//查詢多個
    public <E> List<E> selectList(String statementId, Object... param) throws Exception;

	//查詢一個
    public <T> T selectOne(String statementId,Object... params) throws Exception;
}

對操作介面SqlSession做具體實現,這裡主要是通過statementId找到對應的sql資訊,進行執行

程式碼中simpleExcutor做真正的資料庫語句執行、返回引數封裝等操作

public class DefaultSqlSession implements SqlSession {

    private Configuration configuration;
    private Executor simpleExcutor = new SimpleExecutor();

    public DefaultSqlSession(Configuration configuration) {
        this.configuration = configuration;
    }

    @Override
    public <E> List<E> selectList(String statementId, Object... param) throws Exception {
        MappedStatement mappedStatement =
                configuration.getMappedStatementMap().get(statementId);
        List<E> query = simpleExcutor.query(configuration, mappedStatement, param);
        return query;
    }

    @Override
    public <T> T selectOne(String statementId, Object... params) throws Exception {
        List<Object> objects = selectList(statementId, params);
        if (objects.size() == 1) {
            return (T) objects.get(0);
        } else {
            throw new RuntimeException("返回結果過多");
        }
    }
}

4.編寫資料庫執行邏輯

資料庫操作類DefaultSqlSession中的selectList方法呼叫到了simpleExcutor.query()方法

public class SimpleExecutor implements Executor {

    private Connection connection = null;

    @Override
    public <E> List<E> query(Configuration configuration, MappedStatement mappedStatement, Object[] params) throws Exception {
        //獲取連線
        connection = configuration.getDataSource().getConnection();
        // select * from user where id = #{id} and username = #{username} String sql =
        String sql = mappedStatement.getSql();
        //對sql進⾏處理
        BoundSql boundSql = getBoundSql(sql);
        // 3.獲取預處理物件:preparedStatement
        PreparedStatement preparedStatement = connection.prepareStatement(boundSql.getSqlText());

        // 4. 設定引數
        //獲取到了引數的全路徑
        String parameterType = mappedStatement.getParameterType();
        Class<?> parameterTypeClass = getClassType(parameterType);

        List<ParameterMapping> parameterMappingList = boundSql.getParameterMappingList();
        for (int i = 0; i < parameterMappingList.size(); i++) {
            ParameterMapping parameterMapping = parameterMappingList.get(i);
            String content = parameterMapping.getContent();

            //反射
            Field declaredField = parameterTypeClass.getDeclaredField(content);
            //暴力存取
            declaredField.setAccessible(true);
            Object o = declaredField.get(params[0]);

            preparedStatement.setObject(i+1,o);

        }
        // 5. 執行sql
        ResultSet resultSet = preparedStatement.executeQuery();
        String resultType = mappedStatement.getResultType();
        Class<?> resultTypeClass = getClassType(resultType);

        ArrayList<Object> objects = new ArrayList<>();

        // 6. 封裝返回結果集
        while (resultSet.next()){
            Object o =resultTypeClass.newInstance();
            //後設資料
            ResultSetMetaData metaData = resultSet.getMetaData();
            for (int i = 1; i <= metaData.getColumnCount(); i++) {
                // 欄位名
                String columnName = metaData.getColumnName(i);
                // 欄位的值
                Object value = resultSet.getObject(columnName);
                //使用反射或者內省,根據資料庫表和實體的對應關係,完成封裝
                PropertyDescriptor propertyDescriptor = new PropertyDescriptor(columnName, resultTypeClass);
                Method writeMethod = propertyDescriptor.getWriteMethod();
                writeMethod.invoke(o,value);
            }
            objects.add(o);
        }
        return (List<E>) objects;
    }

    @Override
    public void close() throws SQLException {

    }

    private Class<?> getClassType(String parameterType) throws ClassNotFoundException {
        if(parameterType!=null){
            Class<?> aClass = Class.forName(parameterType);
            return aClass;
        }
        return null;

    }

    private BoundSql getBoundSql(String sql) {
        //標記處理類:主要是配合通⽤標記解析器GenericTokenParser類完成對設定⽂件等的解 析⼯作,其中
        //TokenHandler主要完成處理
        ParameterMappingTokenHandler parameterMappingTokenHandler = new
                ParameterMappingTokenHandler();
        //GenericTokenParser :通⽤的標記解析器,完成了程式碼⽚段中的預留位置的解析,然後再根 據給定的
       // 標記處理器(TokenHandler)來進⾏表示式的處理
        //三個引數:分別為openToken (開始標記)、closeToken (結束標記)、handler (標記處 理器)
        GenericTokenParser genericTokenParser = new GenericTokenParser("#{", "}",
                parameterMappingTokenHandler);
        String parse = genericTokenParser.parse(sql);
        List<ParameterMapping> parameterMappings =
                parameterMappingTokenHandler.getParameterMappings();
        return new BoundSql(parse, parameterMappings);
    }
}

上面的註釋比較詳細,流程為

  • 根據對應的statementId獲取到要執行的sql語句、呼叫引數、返回引數。
  • 對sql的預留位置進行解析、呼叫引數進行設定
  • 根據解析到的入參欄位,通過反射獲取到對應的值,進行sql語句引數設定
  • 執行sql語句,使用反射、內省,根據資料庫表和實體的對應關係,完成物件屬性的設定,最終返回結果。

通過以上步驟,我們獲取到了資料庫設定、sql語句資訊。定義了資料庫操作類SqlSession,但是我們並沒有在什麼地方呼叫解析組態檔。

我們還需要一個東西把兩者給串起來,這裡我們可以使用工廠模式來生成SqlSession

使用工廠模式建立SqlSession

public interface SqlSessionFactory {
    public SqlSession openSession();
}
public class DefaultSqlSessionFactory implements SqlSessionFactory{

    private Configuration configuration;

    public DefaultSqlSessionFactory(Configuration configuration) {
        this.configuration = configuration;
    }

    @Override
    public SqlSession openSession() {
        return new DefaultSqlSession(configuration);
    }
}

同時為了遮蔽構建SqlSessionFactory工廠類時獲取Configuration的解析過程,我們可以使用構建者模式來獲得一個SqlSessionFactory類。

public class SqlSessionFactoryBuilder {
    public SqlSessionFactory build(InputStream inputStream) throws PropertyVetoException, DocumentException, ClassNotFoundException {
        XMLConfigBuilder xmlConfigerBuilder = new XMLConfigBuilder();
        Configuration configuration = xmlConfigerBuilder.parserConfiguration(inputStream);
        SqlSessionFactory sqlSessionFactory = new DefaultSqlSessionFactory(configuration);
        return sqlSessionFactory;
    }
}

5.呼叫測試

終於好了,通過以上幾個步驟我們現在可以具體呼叫執行程式碼了。

 public static void main(String[] args) throws Exception {
        InputStream resourceAsSteam = Resources.getResourceAsSteam("sqlMapConfig.xml");
        SqlSessionFactory sqlSessionFactory = new SqlSessionFactoryBuilder().build(resourceAsSteam);
        SqlSession sqlSession = sqlSessionFactory.openSession();
        User user = new User();
        user.setId(1);
        user.setUsername("蓋倫");
        User user2 = sqlSession.selectOne("user.selectOne", user);

        System.out.println(user2);
        List<User> users = sqlSession.selectList("user.selectList");
        for (User user1 : users) {
            System.out.println(user1);
        }
    }

程式碼正確執行,輸出

⾃定義框架優化

上述⾃定義框架,解決了JDBC運算元據庫帶來的⼀些問題:例如頻繁建立釋放資料庫連線,硬編
碼,⼿動封裝返回結果集等問題,現在我們繼續來分析剛剛完成的⾃定義框架程式碼,有沒有什麼問題呢?

問題如下:

  • dao的實現類中存在重複的程式碼,整個操作的過程模板重複(建立sqlsession,調⽤sqlsession⽅ 法,關閉sqlsession)
  • dao的實現類中存在寫死,調⽤sqlsession的⽅法時,引數statement的id寫死

我們可以使用代理模式,生成代理物件,在呼叫之前獲取到執行方法的方法名、具體類。這樣我們就能獲取到statementId。

為SqlSession類新增getMappper方法,獲取代理物件

public interface SqlSession {
    public <E> List<E> selectList(String statementId, Object... param) throws Exception;

    public <T> T selectOne(String statementId,Object... params) throws Exception;

    //為Dao介面生成代理實現類
    public <T> T getMapper(Class<?> mapperClass);
}
public class DefaultSqlSession implements SqlSession {

    private Configuration configuration;
    private Executor simpleExcutor = new SimpleExecutor();

    public DefaultSqlSession(Configuration configuration) {
        this.configuration = configuration;
    }

    @Override
    public <E> List<E> selectList(String statementId, Object... param) throws Exception {
        MappedStatement mappedStatement =
                configuration.getMappedStatementMap().get(statementId);
        List<E> query = simpleExcutor.query(configuration, mappedStatement, param);
        return query;
    }

    @Override
    public <T> T selectOne(String statementId, Object... params) throws Exception {
        List<Object> objects = selectList(statementId, params);
        if (objects.size() == 1) {
            return (T) objects.get(0);
        } else {
            throw new RuntimeException("返回結果過多");
        }
    }

    @Override
    public <T> T getMapper(Class<?> mapperClass) {
        Object proxyInstance = Proxy.newProxyInstance(DefaultSqlSession.class.getClassLoader(), new Class[]{mapperClass}, new InvocationHandler() {
            @Override
            public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
            	// selectOne
                String methodName = method.getName();
                // className:namespace
                String className = method.getDeclaringClass().getName();
                //statementId
                String statementId = className+'.'+methodName;
                Type genericReturnType = method.getGenericReturnType();
                //判斷是否實現泛型型別引數化
                if (genericReturnType instanceof ParameterizedType){
                    List<Object> objects = selectList(statementId,args);
                    return objects;
                }
                return selectOne(statementId,args);
            }
        });
        return (T) proxyInstance;
    }
}

定義業務資料dao介面

public interface IUserDao {
    //查詢所有使用者
    public List<User> findAll() throws Exception;
    //根據條件進行使用者查詢
    public User findByCondition(User user) throws Exception;
}

接下來我們只需獲取到代理物件,呼叫方法即可。

public class Main2 {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        InputStream resourceAsSteam = Resources.getResourceAsSteam("sqlMapConfig.xml");
        SqlSessionFactory sqlSessionFactory = new SqlSessionFactoryBuilder().build(resourceAsSteam);
        SqlSession sqlSession = sqlSessionFactory.openSession();
		//獲取到代理物件
        IUserDao userDao = sqlSession.getMapper(IUserDao.class);
        List<User> all = userDao.findAll();
        for (User user1 : all) {
            System.out.println(user1);
        }
    }
}

總結

為了解決JDBC運算元據庫存在的問題,我們主要乾了這些事

  • 定義sql組態檔來存放資料來源、sql語句等資訊。
  • 解析xml檔案,存放到類物件Configuration、MappedStatement中。
  • 通過反射、自省等技術完成了引數的動態設定、返回結果集的封裝
  • 為了解決statementId寫死問題,我們使用了代理模式建立代理類來獲取statementId資訊。
  • 在過程中使用到了構建者模式、工廠模式。

以下為本文的大體流程圖:

原始碼以及資料庫建表語句連結 :java自定義簡易持久層框架

到此這篇關於Java手寫持久層框架的文章就介紹到這了,更多相關Java持久層框架內容請搜尋it145.com以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大家以後多多支援it145.com!


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