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Spring Data 对象映射基础

本节涵盖 Spring Data 对象映射、对象创建、字段和属性访问、可变性与不可变性的基本原理。spring-doc.cadn.net.cn

Spring Data 对象映射的核心职责是创建领域对象的实例,并将存储原生的数据结构映射到这些对象上。 这意味着我们需要两个基本步骤:spring-doc.cadn.net.cn

  1. 通过使用公开的构造函数之一来创建实例。spring-doc.cadn.net.cn

  2. 实例填充以实例化所有公开的属性。spring-doc.cadn.net.cn

对象创建

Spring Data 会自动尝试检测持久化实体的构造函数,以用于实例化该类型的对象。 解析算法的工作方式如下:spring-doc.cadn.net.cn

  1. 如果存在无参构造函数,将被使用。<br/>其他构造函数将被忽略。spring-doc.cadn.net.cn

  2. 如果存在一个接受参数的单个构造函数,它将被使用。spring-doc.cadn.net.cn

  3. 如果有多个带参数的构造函数,Spring Data 将使用带有注解@Autowired的构造函数。spring-doc.cadn.net.cn

该值解析假设构造函数参数名称与实体的属性名称匹配,即解析将按照如果要填充属性来进行,包括所有映射中的自定义设置(例如不同的数据存储列名或字段名等)。 这也要求类文件中可用参数名称信息或者构造函数上存在@ConstructorProperties注解。spring-doc.cadn.net.cn

对象创建内部机制

为了避免反射带来的开销,Spring Data 默认使用在运行时生成的工厂类来创建对象,该工厂类会直接调用领域类的构造函数。 例如,对于以下示例类型:spring-doc.cadn.net.cn

class Person {
  Person(String firstname, String lastname) { … }
}

我们将在运行时创建一个语义上与此类等价的工厂类:spring-doc.cadn.net.cn

class PersonObjectInstantiator implements ObjectInstantiator {

  Object newInstance(Object... args) {
    return new Person((String) args[0], (String) args[1]);
  }
}

这使我们相比反射获得了大约10%的性能提升。 要使领域类能够享受此类优化,它需要满足一组约束条件:spring-doc.cadn.net.cn

如果满足上述任一条件,Spring Data 将回退到通过反射来实例化实体。spring-doc.cadn.net.cn

属性填充

一旦实体实例被创建,Spring Data 就会填充该类中所有其余的持久化属性。 除非标识符属性已经由实体的构造函数填充(即通过其构造函数参数列表传入),否则将首先填充标识符属性,以便解析循环对象引用。 之后,所有尚未通过构造函数填充的非瞬态(non-transient)属性都会被设置到实体实例上。 为此,我们使用以下算法:spring-doc.cadn.net.cn

  1. 如果该属性是不可变的,但提供了一个 wither 方法(见下文),我们便使用该 wither 方法来创建一个具有新属性值的新实体实例。spring-doc.cadn.net.cn

  2. 如果定义了属性访问(即通过getter和setter方法访问),我们将调用setter方法。spring-doc.cadn.net.cn

  3. 默认情况下,我们直接设置字段值。spring-doc.cadn.net.cn

属性填充内部机制

与我们在对象构造中的优化类似,我们还使用 Spring Data 在运行时生成的访问器类来与实体实例进行交互。spring-doc.cadn.net.cn

class Person {

  private final Long id;
  private String firstname;
  private @AccessType(Type.PROPERTY) String lastname;

  Person() {
    this.id = null;
  }

  Person(Long id, String firstname, String lastname) {
    // Field assignments
  }

  Person withId(Long id) {
    return new Person(id, this.firstname, this.lastame);
  }

  void setLastname(String lastname) {
    this.lastname = lastname;
  }
}
示例 1. 一个生成的属性访问器
class PersonPropertyAccessor implements PersistentPropertyAccessor {

  private static final MethodHandle firstname;              (2)

  private Person person;                                    (1)

  public void setProperty(PersistentProperty property, Object value) {

    String name = property.getName();

    if ("firstname".equals(name)) {
      firstname.invoke(person, (String) value);             (2)
    } else if ("id".equals(name)) {
      this.person = person.withId((Long) value);            (3)
    } else if ("lastname".equals(name)) {
      this.person.setLastname((String) value);              (4)
    }
  }
}
1 PropertyAccessor 的作用是持有底层对象的可变实例。这是为了能够对原本不可变的属性进行修改。
2 默认情况下,Spring Data 使用字段访问来读取和写入属性值。根据 private 字段的可见性规则,MethodHandles 字段用于与字段进行交互。
3 该类公开了一个 withId(…) 方法,用于设置标识符,例如在实例插入数据存储并生成标识符时使用。调用 withId(…) 会创建一个新的 Vertex 对象。后续的所有修改都将作用于新实例,而旧实例保持不变。
4 使用属性访问(property-access)允许直接调用方法,而无需使用 MethodHandles

这使我们相比反射获得了大约25%的性能提升。 要使领域类能够享受此类优化,它需要满足一组约束条件:spring-doc.cadn.net.cn

默认情况下,Spring Data 会尝试使用生成的属性访问器,如果检测到限制,则回退到基于反射的访问器。spring-doc.cadn.net.cn

让我们来看一下以下实体:spring-doc.cadn.net.cn

示例2. 一个示例实体
class Person {

  private final @Id Long id;                                                (1)
  private final String firstname, lastname;                                 (2)
  private final LocalDate birthday;
  private final int age; (3)

  private String comment;                                                   (4)
  private @AccessType(Type.PROPERTY) String remarks;                        (5)

  static Person of(String firstname, String lastname, LocalDate birthday) { (6)

    return new Person(null, firstname, lastname, birthday,
      Period.between(birthday, LocalDate.now()).getYears());
  }

  Person(Long id, String firstname, String lastname, LocalDate birthday, int age) { (6)

    this.id = id;
    this.firstname = firstname;
    this.lastname = lastname;
    this.birthday = birthday;
    this.age = age;
  }

  Person withId(Long id) {                                                  (1)
    return new Person(id, this.firstname, this.lastname, this.birthday);
  }

  void setRemarks(String remarks) {                                         (5)
    this.remarks = remarks;
  }
}
1 标识符属性为 final 类型,但在构造函数中被设置为 null

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该类公开了一个 withId(…) 方法,用于设置标识符,例如在实例插入数据存储并生成标识符时使用。spring-doc.cadn.net.cn

原始的 Vertex 实例保持不变,因为会创建一个新的实例。spring-doc.cadn.net.cn

对于其他由存储管理但可能需为持久化操作而更改的属性,通常也采用相同的模式。spring-doc.cadn.net.cn

2 firstnamelastname 属性是普通的不可变属性,可能通过 getter 方法对外暴露。
3 属性 age 是一个不可变的派生属性,其值来源于属性 birthday
按照所示设计,数据库中的值将优先于默认值,因为 Spring Data 仅使用已声明的唯一构造函数。
即使意图是希望计算结果优先,也重要的是该构造函数还需以 age 作为参数(以便可能忽略它),否则在属性填充步骤中,系统将尝试设置 age 字段,但由于该字段是不可变的且不存在对应的 setter 方法,操作将会失败。
4 comment 属性是可变的,可以通过直接设置其字段来填充。
5 remarks 属性是可变的,并且可以通过直接设置 comment 字段或调用其setter方法来填充。
6 该类暴露了一个工厂方法和一个构造函数用于对象创建。 这里的核心思想是使用工厂方法而不是额外的构造函数,以避免通过@PersistenceCreator进行构造函数去歧义化的需求。 相反,默认属性的设置在工厂方法中处理。

通用建议

  • 尽量使用不可变对象 — 不可变对象易于创建,因为实例化一个对象只需调用其构造函数即可。此外,这可防止您的领域对象被大量setter方法所污染,从而避免客户端代码随意修改对象状态。如果确实需要这些方法,建议将其设为包私有(package-protected),以便仅限于有限数量的邻近类型调用。仅通过构造函数进行实例化比通过属性赋值快约30%。spring-doc.cadn.net.cn

  • 提供一个包含所有参数的构造函数 — 即使你无法或不希望将实体建模为不可变值,仍然建议提供一个接收实体所有属性(包括可变属性)作为参数的构造函数,因为这样可以让对象映射跳过属性填充步骤,从而实现最佳性能。spring-doc.cadn.net.cn

  • 使用工厂方法替代重载构造函数,以避免 @PersistenceCreator — 由于需要全参数构造函数以实现最佳性能,我们通常希望暴露更多针对特定应用场景的构造函数,这些构造函数会省略自动生成的标识符等内容。 采用静态工厂方法来暴露这些全参数构造函数的变体,是一种既定的设计模式。spring-doc.cadn.net.cn

  • 请确保遵守相关约束,以允许生成的实例化器和属性访问器类被使用spring-doc.cadn.net.cn

  • 为了生成标识符,仍需将最终字段与一个 setter 方法结合使用spring-doc.cadn.net.cn

  • 使用 Lombok 避免样板代码 — 由于持久化操作通常需要一个包含所有参数的构造函数,其声明往往会变成繁琐的样板代码,即重复地将参数赋值给字段。通过使用 Lombok 的 @AllArgsConstructor 注解,可以很好地避免这种情况。spring-doc.cadn.net.cn

关于不可变映射的说明

虽然我们建议尽可能使用不可变映射和构造,但在映射方面仍存在一些限制。给定一个双向关系,其中 A 包含对 BB 的构造函数引用,而 B 又引用了 A,或者更复杂的场景。这种“先有鸡还是先有蛋”的困境在 Spring Data Neo4j 中无法解决。在实例化 A 时,它迫切需要一个完全实例化的 B,而另一方面,B 的实例化又需要一个(确切地说是同一个)A 的实例。SDN(Spring Data Neo4j)总体上允许此类模型,但如果从数据库返回的数据包含上述所述的这种情形,它会在运行时抛出 MappingException。在这些情况或场景中,当您无法预知返回数据的具体结构时,为关系使用可变字段会更为合适。spring-doc.cadn.net.cn

Kotlin 支持

Spring Data 适配了 Kotlin 的特性,以支持对象的创建和变更。spring-doc.cadn.net.cn

Kotlin 对象创建

Kotlin 类支持被实例化,所有类默认都是不可变的,并且需要显式声明属性以定义可变属性。 请考虑以下 dataVertexspring-doc.cadn.net.cn

data class Person(val id: String, val name: String)

上面的类编译为一个典型的带有显式构造函数的类。spring-doc.cadn.net.cn

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我们可以通过添加另一个构造函数并用 @PersistenceCreator 注解它来定制此类型,以表明该构造函数的优先级:spring-doc.cadn.net.cn

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data class Person(var id: String, val name: String) {

    @PersistenceCreator
    constructor(id: String) : this(id, "unknown")
}

Kotlin 通过允许在未提供参数时使用默认值,支持参数的可选性。spring-doc.cadn.net.cn

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当 Spring Data 检测到一个带有参数默认值的构造函数时,如果数据存储未提供该值(或简单地返回 null),它会将这些参数置空,从而使 Kotlin 能够应用参数默认值。spring-doc.cadn.net.cn

请考虑以下类,它为 name 应用了参数默认值:spring-doc.cadn.net.cn

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data class Person(var id: String, val name: String = "unknown")

每当 name 参数不在结果中,或者其值为 null 时,name 将默认为 unknownspring-doc.cadn.net.cn

Kotlin 数据类的属性填充

在 Kotlin 中,所有类默认都是不可变的,需要显式声明属性才能定义可变属性。 请考虑以下 dataVertexspring-doc.cadn.net.cn

data class Person(val id: String, val name: String)

该类实际上是不可变的。 它允许创建新实例,因为 Kotlin 会生成一个 copy(…) 方法,该方法通过复制现有对象的所有属性值并应用作为方法参数提供的属性值来创建新的对象实例。spring-doc.cadn.net.cn