ORM（Object Relational Mapping：对象关系映射）

2022-05-06 00:25:17

了解orm,先了解以下概念：

什么是“持久化”
持久（Persistence），即把数据（如内存中的对象）保存到可永久保存的存储设备中（如磁盘）。持久化的主要应用是将内存中的数据存储在关系型的数据库中，当然也可以存储在磁盘文件中、XML数据文件中等等。

什么是 “持久层”
持久层（Persistence Layer），即专注于实现数据持久化应用领域的某个特定系统的一个逻辑层面，将数据使用者和数据实体相关联。

什么是ORM

即Object-Relationl Mapping，它的作用是在关系型数据库和对象之间作一个映射，这样，我们在具体的操作数据库的时候，就不需要再去和复杂的SQL语句打交道，只要像平时操作对象一样操作它就可以了。

为什么要做持久化和ORM设计(重要)

在目前的企业应用系统设计中，MVC，即 Model（模型）- View（视图）- Control（控制）为主要的系统架构模式。MVC 中的 Model 包含了复杂的业务逻辑和数据逻辑，以及数据存取机制（如 JDBC的连接、SQL生成和Statement创建、还有ResultSet结果集的读取等）等。将这些复杂的业务逻辑和数据逻辑分离，以将系统的紧耦合关系转化为松耦合关系（即解耦合），是降低系统耦合度迫切要做的，也是持久化要做的工作。MVC 模式实现了架构上将表现层（即View）和数据处理层（即Model）分离的解耦合，而持久化的设计则实现了数据处理层内部的业务逻辑和数据逻辑分离的解耦合。而 ORM 作为持久化设计中的最重要也最复杂的技术，也是目前业界热点技术。

简单来说，按通常的系统设计，使用 JDBC 操作数据库，业务处理逻辑和数据存取逻辑是混杂在一起的。
一般基本都是如下几个步骤：
1、建立数据库连接，获得 Connection 对象。
2、根据用户的输入组装查询 SQL 语句。
3、根据 SQL 语句建立 Statement 对象或者 PreparedStatement 对象。
4、用 Connection 对象执行 SQL语句，获得结果集 ResultSet 对象。
5、然后一条一条读取结果集 ResultSet 对象中的数据。
6、根据读取到的数据，按特定的业务逻辑进行计算。
7、根据计算得到的结果再组装更新 SQL 语句。
8、再使用 Connection 对象执行更新 SQL 语句，以更新数据库中的数据。
7、最后依次关闭各个 Statement 对象和 Connection 对象。

由上可看出代码逻辑非常复杂，这还不包括某条语句执行失败的处理逻辑。其中的业务处理逻辑和数据存取逻辑完全混杂在一块。而一个完整的系统要包含成千上万个这样重复的而又混杂的处理过程，假如要对其中某些业务逻辑或者一些相关联的业务流程做修改，要改动的代码量将不可想象。另一方面，假如要换数据库产品或者运行环境也可能是个不可能完成的任务。而用户的运行环境和要求却千差万别，我们不可能为每一个用户每一种运行环境设计一套一样的系统。
所以就要将一样的处理代码即业务逻辑和可能不一样的处理即数据存取逻辑分离开来，另一方面，关系型数据库中的数据基本都是以一行行的数据进行存取的，而程序运行却是一个个对象进行处理，而目前大部分数据库驱动技术（如ADO.NET、JDBC、ODBC等等）均是以行集的结果集一条条进行处理的。所以为解决这一困难，就出现 ORM 这一个对象和数据之间映射技术。

举例来说，比如要完成一个购物打折促销的程序，用 ORM 思想将如下实现（引自《深入浅出Hibernate》）：
业务逻辑如下：
public Double calcAmount(String customerid, double amount)
{
    // 根据客户ID获得客户记录
    Customer customer = CustomerManager.getCustomer(custmerid);
    // 根据客户等级获得打折规则
    Promotion promotion = PromotionManager.getPromotion(customer.getLevel());
    // 累积客户总消费额，并保存累计结果
    customer.setSumAmount(customer.getSumAmount().add(amount);
    CustomerManager.save(customer);
    // 返回打折后的金额
    return amount.multiply(protomtion.getRatio());
}
这样代码就非常清晰了，而且与数据存取逻辑完全分离。设计业务逻辑代码的时候完全不需要考虑数据库JDBC的那些千篇一律的操作，而将它交给 CustomerManager 和 PromotionManager 两个类去完成。这就是一个简单的 ORM 设计，实际的 ORM 实现框架比这个要复杂的多。

数据库的表（table） --> 类（class）
记录（record，行数据）--> 对象（object）
字段（field）--> 对象的属性（attribute）

举例来说，下面是一行 SQL 语句。


SELECT id, first_name, last_name, phone, birth_date, sex
 FROM persons 
 WHERE id = 10

程序直接运行 SQL，操作数据库的写法如下。


res = db.execSql(sql);
name = res[0]["FIRST_NAME"];

改成 ORM 的写法如下。


p = Person.get(10);
name = p.first_name;

一比较就可以发现，ORM 使用对象，封装了数据库操作，因此可以不碰 SQL 语言。开发者只使用面向对象编程，与数据对象直接交互，不用关心底层数据库。

二、命名规定

许多语言都有自己的 ORM 库，最典型、最规范的实现公认是 Ruby 语言的 Active Record。Active Record 对于对象和数据库表的映射，有一些命名限制。

（1）一个类对应一张表。类名是单数，且首字母大写；表名是复数，且全部是小写。比如，表books对应类Book。

（2）如果名字是不规则复数，则类名依照英语习惯命名，比如，表mice对应类Mouse，表people对应类Person。

（3）如果名字包含多个单词，那么类名使用首字母全部大写的骆驼拼写法，而表名使用下划线分隔的小写单词。比如，表book_clubs对应类BookClub，表line_items对应类LineItem。

（4）每个表都必须有一个主键字段，通常是叫做id的整数字段。外键字段名约定为单数的表名 + 下划线 + id，比如item_id表示该字段对应items表的id字段。

三、示例库

下面使用 OpenRecord 这个库，演示如何使用 ORM。

OpenRecord 是仿 Active Record 的，将其移植到了 JavaScript，而且实现得很轻量级，学习成本较低。我写了一个示例库，请将它克隆到本地。


$ git clone https://github.com/ruanyf/openrecord-demos.git

然后，安装依赖。


$ cd openrecord-demos
$ npm install

示例库里面的数据库，是从网上拷贝的 Sqlite 数据库。它的 Schema 图如下（PDF 大图下载）。

四、连接数据库

使用 ORM 的第一步，就是你必须告诉它，怎么连接数据库（完整代码看这里）。


// demo01.js
const Store = require(‘openrecord/store/sqlite3‘);

const store = new Store({
  type: ‘sqlite3‘,
  file: ‘./db/sample.db‘,
  autoLoad: true,
});

await store.connect();

连接成功以后，就可以操作数据库了。

五、Model

5.1 创建 Model

连接数据库以后，下一步就要把数据库的表，转成一个类，叫做数据模型（Model）。下面就是一个最简单的 Model（完整代码看这里）。


// demo02.js
class Customer extends Store.BaseModel {
}

store.Model(Customer);

上面代码新建了一个Customer类，ORM（OpenRecord）会自动将它映射到customers表。使用这个类就很简单。


// demo02.js
const customer = await Customer.find(1);
console.log(customer.FirstName, customer.LastName);

上面代码中，查询数据使用的是 ORM 提供的find()方法，而不是直接操作 SQL。Customer.find(1)表示返回id为1的记录，该记录会自动转成对象，customer.FirstName属性就对应FirstName字段。

5.2 Model 的描述

Model 里面可以详细描述数据库表的定义，并且定义自己的方法（完整代码看这里）。


// demo03.js
class Customer extends Store.BaseModel {
  static definition(){
    this.attribute(‘CustomerId‘, ‘integer‘, { primary: true });
    this.attribute(‘FirstName‘, ‘string‘);
    this.attribute(‘LastName‘, ‘string‘);
    this.validatesPresenceOf(‘FirstName‘, ‘LastName‘);
  }

  getFullName(){
    return this.FirstName + ‘ ‘ + this.LastName;
  }
}

上面代码告诉 Model，CustomerId是主键，FirstName和LastName是字符串，并且不得为null，还定义了一个getFullName()方法。

实例对象可以直接调用getFullName()方法。


// demo03.js
const customer = await Customer.find(1);
console.log(customer.getFullName());

六、CRUD 操作

数据库的基本操作有四种：create（新建）、read（读取）、update（更新）和delete（删除），简称 CRUD。

ORM 将这四类操作，都变成了对象的方法。

6.1 查询

前面已经说过，find()方法用于根据主键，获取单条记录（完整代码看这里）或多条记录（完整代码看这里）。


// 返回单条记录
// demo02.js
Customer.find(1)

// 返回多条记录
// demo05.js
Customer.find([1, 2, 3])

where()方法用于指定查询条件（完整代码看这里）。


// demo04.js
Customer.where({Company: ‘Apple Inc.‘}).first()

如果直接读取类，将返回所有记录。


// 返回所有记录
const customers = await Customer;

但是，通常不需要返回所有记录，而是使用limit(limit[, offset])方法指定返回记录的位置和数量（完整代码看这里）。


// demo06.js
const customers = await Customer.limit(5, 10);)

上面的代码制定从第10条记录开始，返回5条记录。

6.2 新建记录

create()方法用于新建记录（完整代码看这里）。


// demo12.js
Customer.create({
  Email: ‘president@whitehouse.gov‘,
  FirstName: ‘Donald‘,
  LastName: ‘Trump‘,
  Address: ‘Whitehouse, Washington‘
})

6.3 更新记录

update()方法用于更新记录（完整代码看这里）。


// demo13.js
const customer = await Customer.find(60);
await customer.update({
  Address: ‘Whitehouse‘
});

6.4 删除记录

destroy()方法用于删除记录（完整代码看这里）。


// demo14.js
const customer = await Customer.find(60);
await customer.destroy();

七、关系

7.1 关系类型

表与表之间的关系（relation），分成三种。

一对一（one-to-one）：一种对象与另一种对象是一一对应关系，比如一个学生只能在一个班级。

一对多（one-to-many）：一种对象可以属于另一种对象的多个实例，比如一张唱片包含多首歌。

多对多（many-to-many）：两种对象彼此都是"一对多"关系，比如一张唱片包含多首歌，同时一首歌可以属于多张唱片。

7.2 一对一关系

设置"一对一关系"，需要设置两个 Model。举例来说，假定顾客（Customer）和发票（Invoice）是一对一关系，一个顾客对应一张发票，那么需要设置Customer和Invoice这两个 Model。

Customer内部使用this.hasOne()方法，指定每个实例对应另一个 Model 的一个实例。


class Customer extends Store.BaseModel {
  static definition(){
    this.hasOne(‘invoices‘, {model: ‘Invoice‘, from: ‘CustomerId‘, to: ‘CustomerId‘});
  }
}

上面代码中，this.hasOne(name, option)的第一个参数是该关系的名称，可以随便起，只要引用的时候保持一致就可以了。第二个参数是关系的配置，这里只用了三个属性。

model：对方的 Model 名

from：当前 Model 对外连接的字段，一般是当前表的主键。

to：对方 Model 对应的字段，一般是那个表的外键。上面代码是Customer的CustomerId字段，对应Invoice的CustomerId字段。

然后，Invoice内部使用this.belongsTo()方法，回应Customer.hasOne()方法。


class Invoice extends Store.BaseModel {
  static definition(){
    this.belongsTo(‘customer‘, {model: ‘Customer‘, from: ‘CustomerId‘, to: ‘CustomerId‘});
  }
}

接下来，查询的时候，要用include(name)方法，将对应的 Model 包括进来。


const invoice = await Invoice.find(1).include(‘customer‘);
const customer = await invoice.customer;
console.log(customer.getFullName());

上面代码中，Invoice.find(1).include(‘customer‘)表示Invoice的第一条记录要用customer关系，将Customer这个 Model 包括进来。也就是说，可以从invoice.customer属性上，读到对应的那一条 Customer 的记录。

7.3 一对多关系

上一小节假定 Customer 和 Invoice 是一对一关系，但是实际上，它们是一对多关系，因为一个顾客可以有多张发票。

一对多关系的处理，跟一对一关系很像，唯一的区别就是把this.hasOne()换成this.hasMany()方法。从名字上就能看出，这个方法指定了 Customer 的一条记录，对应多个 Invoice（完整代码看这里）。


// demo08.js
class Customer extends Store.BaseModel {
  static definition(){
    this.hasMany(‘invoices‘, {model: ‘Invoice‘, from: ‘CustomerId‘, to: ‘CustomerId‘});
  }
}

class Invoice extends Store.BaseModel {
  static definition(){
    this.belongsTo(‘customer‘, {model: ‘Customer‘, from: ‘CustomerId‘, to: ‘CustomerId‘});
  }
}

上面代码中，除了this.hasMany()那一行，其他都跟上一小节完全一样。

7.4 多对多关系

通常来说，"多对多关系"需要有一张中间表，记录另外两张表之间的对应关系。比如，单曲Track和歌单Playlist之间，就是多对多关系：一首单曲可以包括在多个歌单，一个歌单可以包括多首单曲。数据库实现的时候，就需要一张playlist_track表来记录单曲和歌单的对应关系。

因此，定义 Model 就需要定义三个 Model（完整代码看这里）。


// demo10.js
class Track extends Store.BaseModel{
  static definition() {
    this.hasMany(‘track_playlists‘, { model: ‘PlaylistTrack‘, from: ‘TrackId‘, to: ‘TrackId‘});
    this.hasMany(‘playlists‘, { model: ‘Playlist‘, through: ‘track_playlists‘ });
  }
}

class Playlist extends Store.BaseModel{
  static definition(){
    this.hasMany(‘playlist_tracks‘, { model: ‘PlaylistTrack‘, from: ‘PlaylistId‘, to: ‘PlaylistId‘ });
    this.hasMany(‘tracks‘, { model : ‘Track‘, through: ‘playlist_tracks‘ });
  }
}

class PlaylistTrack extends Store.BaseModel{
  static definition(){
    this.tableName = ‘playlist_track‘;
    this.belongsTo(‘playlists‘, { model: ‘Playlist‘, from: ‘PlaylistId‘, to: ‘PlaylistId‘});
    this.belongsTo(‘tracks‘, { model: ‘Track‘, from: ‘TrackId‘, to: ‘TrackId‘});
  }
}

上面代码中，Track这个 Model 里面，通过this.hasMany(‘playlists‘)指定对应多个歌单。但不是直接关联，而是通过through属性，指定中间关系track_playlists进行关联。所以，Track 也要通过this.hasMany(‘track_playlists‘)，指定跟中间表的一对多关系。相应地，PlaylistTrack这个 Model 里面，要用两个this.belongsTo()方法，分别跟另外两个 Model 进行连接。

查询的时候，不用考虑中间关系，就好像中间表不存在一样。


// demo10.js
const track = await Track.find(1).include(‘playlists‘);
const playlists = await track.playlists;
playlists.forEach(l => console.log(l.PlaylistId));

上面代码中，一首单曲对应多张歌单，所以track.playlists返回的是一个数组。

总结起来，ORM 有下面这些优点。

数据模型都在一个地方定义，更容易更新和维护，也利于重用代码。

ORM 有现成的工具，很多功能都可以自动完成，比如数据消毒、预处理、事务等等。

它迫使你使用 MVC 架构，ORM 就是天然的 Model，最终使代码更清晰。

基于 ORM 的业务代码比较简单，代码量少，语义性好，容易理解。

你不必编写性能不佳的 SQL。

但是，ORM 也有很突出的缺点。

ORM 库不是轻量级工具，需要花很多精力学习和设置。

对于复杂的查询，ORM 要么是无法表达，要么是性能不如原生的 SQL。

ORM 抽象掉了数据库层，开发者无法了解底层的数据库操作，也无法定制一些特殊的 SQL。