對象/關(guān)系映射及其在Java環(huán)境中的研究與實(shí)現(xiàn)

摘要:針對軟件開發(fā)中的持久對象與關(guān)系數(shù)據(jù)庫的存儲矛盾，O/R Mapping提供了溝通對象與關(guān)系數(shù)據(jù)庫的橋梁。論文主要在分析對象/關(guān)系映射機(jī)制的基礎(chǔ)上，引入了目前比較流行對象/關(guān)系映射框架:Hibernate，并分析與研究了這個(gè)的框架結(jié)構(gòu)和運(yùn)行機(jī)制，最后通過一個(gè)實(shí)例說明如何利用Hibernate進(jìn)行對象的持久化操作。

關(guān)鍵字:持久對象;關(guān)系數(shù)據(jù)庫;對象/關(guān)系映射;Hibernate

中圖分類號:TP393文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1009-3044(2009)33-9294-03

Research and Implementation of Object/Relational Mapping under Java Environment

HU Min， WANG Huan

(Fault of Computer Science and Information， Hefei University of Technology， Hefei 230009， China)

Abstract: Aimed at the storing contradiction that existed between the persistence object and the relational database， Object/Relational Mapping provides a bridge between them. Based on the analysis of object/relational mapping's mechanism， this thesis describes a new and popular object/relation mapping frame: Hibernate， analyses and researches its framework and runnable mechanism. Finally， through an example， this thesis showed how to persist the object using Hibernate.

Key words: persistence object; relational database; O/R mapping; hibernate

隨著軟件開發(fā)技術(shù)的發(fā)展，面向?qū)ο蠓治觥⒃O(shè)計(jì)、開發(fā)正逐步成為主流軟件工程技術(shù)，然而在數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域，面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫產(chǎn)品卻未真正成熟，關(guān)系數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品依然是開發(fā)的必然選擇。但是對象模型和關(guān)系模型有著完全不同的概念和理論，對象模型基于軟件工程的一些原理，例如抽象、封裝、繼承、聚合和多態(tài)，而關(guān)系數(shù)據(jù)模型則基于數(shù)學(xué)原理，特別是集合論的原理。兩種不同的理論基礎(chǔ)導(dǎo)致各自有不同的優(yōu)缺點(diǎn)。如何將面向?qū)ο?OO)技術(shù)的優(yōu)越性與成熟的關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，這就催生了對象/關(guān)系映射(O/R Mapping)技術(shù)的產(chǎn)生。

1 O/R Mapping框架概述

使用面向?qū)ο蟮恼Z言訪問關(guān)系數(shù)據(jù)庫最簡單，也是最糟糕的辦法，就是在業(yè)務(wù)邏輯層中利用大量的SQL硬編碼語句來實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的存取。這種模式的優(yōu)點(diǎn)在于開發(fā)的迅速敏捷。但是基于這種模式開發(fā)的系統(tǒng)，其維護(hù)性和可擴(kuò)展性差。

一種改進(jìn)的方法是:在業(yè)務(wù)類與底層數(shù)據(jù)庫之間增加數(shù)據(jù)訪問類，封裝與數(shù)據(jù)庫相關(guān)的各種操作，這樣業(yè)務(wù)類便脫離了SQL語句，系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)也更為清晰。這也是當(dāng)前軟件開發(fā)過程中的主流方法，但是這種方法仍然不能使面向?qū)ο蟮拈_發(fā)者完全擺脫數(shù)據(jù)庫的束縛。

針對上面兩種方法，應(yīng)用程序開發(fā)人員都不能以面向?qū)ο蟮姆椒▉韺ο髷?shù)據(jù)進(jìn)行操作，為此提出了在業(yè)務(wù)邏輯層和關(guān)系數(shù)據(jù)庫之間增加一個(gè)數(shù)據(jù)持久層，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)對象和關(guān)系數(shù)據(jù)庫之間的映射，如圖1所示。業(yè)務(wù)邏輯層直接獲取或存貯的就是清晰的對象，中間的轉(zhuǎn)換過程就交給O/R Mapping框架處理了。

2 O/R Mapping機(jī)制

O/R Mapping是將對象的狀態(tài)映射到數(shù)據(jù)庫上，以便提供透明的持久化操作。根據(jù)對象與關(guān)系數(shù)據(jù)庫的特性，O/R Mapping主要通過以下幾個(gè)方面實(shí)現(xiàn):

2.1 對象標(biāo)識符到主鍵的映射

將類映射成關(guān)系數(shù)據(jù)庫的表時(shí)，通常將對象標(biāo)識符(一般是對象的某個(gè)屬性)映射成數(shù)據(jù)庫表的主鍵即可。

2.2 類屬性到數(shù)據(jù)表列的映射

在一般情況下，對象的屬性映射到關(guān)系數(shù)據(jù)庫單個(gè)字段上;而對于本身就是對象的屬性，一般要映射到多個(gè)字段上。

2.3 類到數(shù)據(jù)表的映射

類到數(shù)據(jù)表的映射主要討論如何用數(shù)據(jù)表來表達(dá)類之間的繼承關(guān)系。可以采用的映射策略主要有以下3種:

1) 整個(gè)類層次結(jié)構(gòu)使用一個(gè)數(shù)據(jù)實(shí)體:將整個(gè)類層次映射到一張數(shù)據(jù)表中意味著從基類到其所有子孫類的所有屬性都存儲到一張數(shù)據(jù)表中。

2) 每個(gè)具體類使用一個(gè)數(shù)據(jù)實(shí)體:使用這種方法，各個(gè)子類所特有屬性，聯(lián)合從父類中繼承的公共屬性，構(gòu)成表的結(jié)構(gòu)。父類不映射為數(shù)據(jù)庫中的實(shí)體表，只作為子類公共屬性的載體。

3) 每個(gè)類使用一個(gè)數(shù)據(jù)實(shí)體:使用這種方法，為每個(gè)類創(chuàng)建一張表。增加一個(gè)子類時(shí)，只需要增加一個(gè)表存儲只屬于這個(gè)子類的屬性。與前兩者比較，對象與數(shù)據(jù)庫的耦合程度是最低的。它也能夠很好地支持多態(tài)性。這種方法的缺點(diǎn)在于生成子類的實(shí)例時(shí)，繼承層次多的子類的屬性值還原困難。

2.4 關(guān)系映射

類間關(guān)系映射為鍵值，這是映射的關(guān)鍵，主要是體現(xiàn)類關(guān)系中的關(guān)聯(lián)和聚合，在業(yè)務(wù)邏輯中以編碼的方式實(shí)現(xiàn)其他的關(guān)系。

以上所說的O/R Mapping映射機(jī)制在實(shí)際應(yīng)用中要根據(jù)特定的系統(tǒng)需求，做出適當(dāng)?shù)娜∩帷?/p>

圍繞對象/關(guān)系的映射和持久數(shù)據(jù)的訪問，在Java領(lǐng)域中發(fā)展起來了一些ORM框架，有Hibernate，JDO和Ibatis等，下文將著重分析Hibernate框架。

3 Hibernate

3.1 Hibernate介紹

Hibernate是一個(gè)開源的對象關(guān)系映射框架，它對JDBC進(jìn)行了輕量級的對象封裝，使得Java程序員可以隨心所欲地使用對象編程思想來操縱數(shù)據(jù)庫。整個(gè)系統(tǒng)主要有三層:應(yīng)用層(Application)、基于Hibernate的數(shù)據(jù)持久層(Persistent layer)、數(shù)據(jù)庫層(Database)。在應(yīng)用層主要是對對象進(jìn)行操作;在數(shù)據(jù)庫層主要針對的是關(guān)系型數(shù)據(jù)表。中間的Hibernate層的O/R Mapping在對象范例和關(guān)系范例中建立映射關(guān)系，將應(yīng)用層中對對象的操作直接作用于關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的表，使程序員不用再去關(guān)心數(shù)據(jù)庫的操作問題。

3.2 Hibernate運(yùn)行機(jī)制

理解Hibernate的運(yùn)行機(jī)制對應(yīng)用程序的編寫很是重要，如圖2就是Hibernate運(yùn)行機(jī)制。

從圖2中可以明顯地看出Hibernate應(yīng)用首先通過Configuration()方法調(diào)用Mapping Documents進(jìn)行編譯，然后從編譯了的映射文檔集合中創(chuàng)建一個(gè)SessionFactory，這個(gè)SessionFactory為管理類的持久化提供了一種機(jī)制，即Session接口。Session類在持久化數(shù)據(jù)存儲和應(yīng)用程序之間提供了一個(gè)接口，Session接口封裝了一個(gè)JDBC連接，它可以是用戶管理或者是由Hibernate來管理，并且趨向于由單一程序線程使用，然后關(guān)閉和丟棄。

4 Hibernate框架的應(yīng)用

下面以我們常見的高校學(xué)生選課管理信息系統(tǒng)(SCMIS)來說明如何利用Hibernate進(jìn)行數(shù)據(jù)持久化。

以該系統(tǒng)中選課管理為例，在該例包含二個(gè)實(shí)體對象學(xué)生(Student)、課程(Course)其中學(xué)生實(shí)體和課程實(shí)體是多對多的關(guān)系，通過Student__Course關(guān)聯(lián)表進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

4.1 配置文件的設(shè)置

在選課管理信息系統(tǒng)中相關(guān)的配置文件有hibernate.cfg.xml和每個(gè)持久化類對應(yīng)的XML文件。在hibernate.cfg.xml配置文件中，包括配置hibernate連接MS SQL Serser數(shù)據(jù)庫的驅(qū)動信息和映射(mapping)到持久化類的配置信息。在持久化類對應(yīng)的配置文件中包含了持久化類的聲明，以及類中各個(gè)屬性到數(shù)據(jù)庫表各個(gè)字段的映射關(guān)系。其屬性可以作為一般值存在也可以是指向其他實(shí)體的關(guān)聯(lián)，其在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中體現(xiàn)為數(shù)據(jù)表的外鍵。

限于篇幅原，在此僅寫出學(xué)生信息表對應(yīng)的配置文件Student.hbm.xml內(nèi)容如下:

…………….

4.2 定義持久化類

首先必須編寫2個(gè)實(shí)體類，分別為每個(gè)類的數(shù)據(jù)成員編寫getXXX()，setXXX()方法，其中XXX表示類的數(shù)據(jù)成員。其中Student類與Course類是多對多的關(guān)系，即每個(gè)學(xué)生可以選擇多門課程，而每門課程可以被多個(gè)學(xué)生選中。因此需要在Student類中添加一個(gè)Set類作為容器，來存放與本身相對應(yīng)的Course對象。

public class Student

{/**屬性，和students表中的字段對應(yīng)**/

private Integer id;

…………..

/**和其它類之間的映射關(guān)系**/

Private Set courses;

Public void setId (Integer id)

{this.id = id;}

Public Integer getId () {return id ;}

………………

/**操作和其它對象之間的關(guān)系**/

Public void setCourses(Set co)

{this.courses=co;}

Public Set getCourses ()

{return this.courses ;}

}

4.3 聲名管理Session的類(HibernateUtil.java)

該類用于管理session的生成和關(guān)閉。在Hibernate中，該session幫助實(shí)現(xiàn)和數(shù)據(jù)庫之間的交互。

Public class HibernateUtil {

Private static final SessionFactory sessionFactory;

Static {

try

{SessionFactory = new Configuration ( ) . Configure ( ) . buildSessionFactory ();}

catch (Throwable ex) {. . . }}

Public static final ThreadLocal session = new ThreadLocal () ;

Public static Session currentSession() {

Session s = (Session) session. get ();

if (s = = 1) {

s = sessionFactory. OpenSession ();

session. set (s) ;}

return s ;}

Public static void closeSession () {

Session s = (Session) session. get () ;

if (s! = 1)

s. close () ;

session. set (1) ;

}}

4.4 業(yè)務(wù)層代碼

在業(yè)務(wù)層中，我們就可以使用持久層中的HibernateUtil輔助類生成Session，來完成對對象的持久化，即對對象的保存、更新、刪除、加載、查詢等操作。 如下面就是新建個(gè)學(xué)生對象，持久化到數(shù)據(jù)庫中。

Session session=HibernateUtil.currentSession();

Student student=new Student();

Student.setName (“Li Ming”);

……………………

Transaction tx=session.beginTransaction();

session.save (student);

tx.commit;

session. close;

至此持久層就完成了學(xué)生對象的持久化操作，從用戶角度來看，只有對象存在，所操作的也只有對象，即應(yīng)用程序開發(fā)人員能夠以統(tǒng)一的、面向?qū)ο蟮姆椒ㄟM(jìn)行對象數(shù)據(jù)存取，而不必關(guān)心底層關(guān)系數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)存取的實(shí)現(xiàn)，從而提高了開發(fā)效率。

5 總結(jié)

O/R Mapping的出現(xiàn)有效地填補(bǔ)了關(guān)系數(shù)據(jù)庫理論與面向?qū)ο罄碚撝g的鴻溝，為基于數(shù)據(jù)的種種應(yīng)用的開發(fā)提供了一種穩(wěn)定、高效、擴(kuò)展性極佳的解決方案。作為一個(gè)優(yōu)秀的持久層框架實(shí)現(xiàn)，Hibernate可以有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)到業(yè)務(wù)對象的O/R映射，使得程序員專心地實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯，而不用分心于繁瑣的數(shù)據(jù)庫方面的邏輯，從而提高開發(fā)成本和效率。

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