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learn.lianglianglee.com/专栏/深入剖析 MyBatis 核心原理-完/05 数据库类型体系与 Java 类型体系之间的“爱恨情仇”.md.html
周伟 0f006e4e9b add
2022-05-11 18:57:05 +08:00

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<p id="tip" align="center"></p>
<div><h1>05 数据库类型体系与 Java 类型体系之间的“爱恨情仇”</h1>
<p>作为一个 Java 程序员，你应该已经具备了使用 JDBC 操作数据库的基础技能。在使用 JDBC 的时候，你会发现 JDBC 的数据类型与 Java 语言中的数据类型虽然有点对应关系，如下图所示，但还是无法做到一一对应，也自然无法做到自动映射。</p>
<p><img src="assets/Cgp9HWAeMiSAcga0AAEpsa9onlg651.png" alt="Drawing 0.png" /></p>
<p>数据库类型与 Java 类型对应图表</p>
<p>在使用 PreparedStatement 执行 SQL 语句之前，都是需要手动调用 setInt()、setString() 等 set 方法绑定参数，这不仅仅是告诉 JDBC 一个 SQL 模板中哪个占位符需要使用哪个实参，还会将数据从 Java 类型转换成 JDBC 类型。当从 ResultSet 中获取数据的时候，则是一个逆过程，数据会从 JDBC 类型转换为 Java 类型。</p>
<p>可以使用 MyBatis 中的<strong>类型转换器</strong>，完成上述两次类型转换，如下图所示：</p>
<p><img src="assets/CioPOWAeMi6AdTRAAAENMX_HsyU054.png" alt="Drawing 1.png" /></p>
<p>JDBC 类型数据与 Java 类型数据转换示意图</p>
<h3>深入 TypeHandler</h3>
<p>说了这么多，类型转换器到底是怎么定义的呢？其实，<strong>MyBatis 中的类型转换器就是 TypeHandler 这个接口</strong>，其定义如下：</p>
<pre><code>public interface TypeHandler&lt;T&gt; {
// 在通过PreparedStatement为SQL语句绑定参数时，会将传入的实参数据由JdbcType类型转换成Java类型
void setParameter(PreparedStatement ps, int i, T parameter, JdbcType jdbcType) throws SQLException;
// 从ResultSet中获取数据时会使用getResult()方法，其中会将读取到的数据由Java类型转换成JdbcType类型
T getResult(ResultSet rs, String columnName) throws SQLException;
T getResult(ResultSet rs, int columnIndex) throws SQLException;
T getResult(CallableStatement cs, int columnIndex) throws SQLException;
}
</code></pre>
<p><strong>MyBatis 中定义了 BaseTypeHandler 抽象类来实现一些 TypeHandler 的公共逻辑</strong>，BaseTypeHandler 在实现 TypeHandler 的同时，还实现了 TypeReference 抽象类。其继承关系如下图所示：</p>
<p><img src="assets/CioPOWAeMkCANy6LAABJPBfXPJY527.png" alt="Drawing 2.png" /></p>
<p>TypeHandler 继承关系图</p>
<p>在 BaseTypeHandler 中，简单实现了 TypeHandler 接口的 setParameter() 方法和 getResult() 方法。</p>
<ul>
<li>在 setParameter() 实现中，会判断传入的 parameter 实参是否为空，如果为空，则调用 PreparedStatement.setNull() 方法进行设置；如果不为空，则委托 setNonNullParameter() 这个抽象方法进行处理，setNonNullParameter() 方法由 BaseTypeHandler 的子类提供具体实现。</li>
<li>在 getResult() 的三个重载实现中，会直接调用相应的 getNullableResult() 抽象方法，这里有三个重载的 getNullableResult() 抽象方法，它们都由 BaseTypeHandler 的子类提供具体实现。</li>
</ul>
<p>BaseTypeHandler 的具体实现比较简单，这里就不再展示，你若感兴趣的话可以参考<a href="https://github.com/xxxlxy2008/mybatis">源码</a>进行学习。</p>
<p>下图展示了 BaseTypeHandler 的全部实现类，虽然实现类比较多，但是它们的实现方式大同小异。</p>
<p><img src="assets/Cgp9HWAeMkuAI22uAApwhcDLfQ4596.png" alt="Drawing 3.png" /></p>
<p>BaseTypeHandler 实现类示意图</p>
<p>这里我们以 LongTypeHandler 为例进行分析，具体实现如下：</p>
<pre><code>public class LongTypeHandler extends BaseTypeHandler&lt;Long&gt; {
public void setNonNullParameter(PreparedStatement ps, int i, Long parameter, JdbcType jdbcType)
throws SQLException {
// 调用PreparedStatement.setLong()实现参数绑定
ps.setLong(i, parameter);
}
public Long getNullableResult(ResultSet rs, String columnName)
throws SQLException {
// 调用ResultSet.getLong()获取指定列值
long result = rs.getLong(columnName);
return result == 0 &amp;&amp; rs.wasNull() ? null : result;
}
public Long getNullableResult(ResultSet rs, int columnIndex)
throws SQLException {
// 调用ResultSet.getLong()获取指定列值
long result = rs.getLong(columnIndex);
return result == 0 &amp;&amp; rs.wasNull() ? null : result;
}
public Long getNullableResult(CallableStatement cs, int columnIndex)
throws SQLException {
// 调用ResultSet.getLong()获取指定列值
long result = cs.getLong(columnIndex);
return result == 0 &amp;&amp; cs.wasNull() ? null : result;
}
}
</code></pre>
<p>可以看到：LongTypeHandler 的核心还是通过 PreparedStatement.setLong() 方法以及 ResultSet.getLong() 方法实现的。至于其他 BaseTypeHandler 的核心实现，同样也是依赖了 JDBC 的 API，这里就不再展开介绍了。</p>
<h3>TypeHandler 注册</h3>
<p>了解了 TypeHandler 接口实现类的核心原理之后，我们就来解决下面两个问题：</p>
<ul>
<li>MyBatis 如何管理这么多的 TypeHandler 接口实现呢？</li>
<li>如何在合适的场景中使用合适的 TypeHandler 实现进行类型转换呢？</li>
</ul>
<p>你若使用过 MyBatis 的话，应该知道我们可以在 mybatis-config.xml 中通过 标签配置自定义的 TypeHandler 实现，也可以在 Mapper.xml 配置文件定义 的时候指定 typeHandler 属性。无论是哪种配置方式，MyBatis 都会在初始化过程中，获取所有已知的 TypeHandler（包括内置实现和自定义实现），然后创建所有 TypeHandler 实例并注册到 TypeHandlerRegistry 中，<strong>由 TypeHandlerRegistry 统一管理所有 TypeHandler 实例</strong>。
TypeHandlerRegistry 管理 TypeHandler 的时候，用到了以下四个最核心的集合。</p>
<ul>
<li>jdbcTypeHandlerMap（Map&lt;JdbcType, TypeHandler&lt;?&gt;&gt;类型）：该集合记录了 JdbcType 与 TypeHandler 之间的关联关系。JdbcType 是一个枚举类型，每个 JdbcType 枚举值对应一种 JDBC 类型，例如，JdbcType.VARCHAR 对应的就是 JDBC 中的 varchar 类型。在从 ResultSet 中读取数据的时候，就会从 JDBC_TYPE_HANDLER_MAP 集合中根据 JDBC 类型查找对应的 TypeHandler，将数据转换成 Java 类型。</li>
<li>typeHandlerMap（Map&lt;Type, Map&lt;JdbcType, TypeHandler&lt;?&gt;&gt;&gt;类型）：该集合第一层 Key 是需要转换的 Java 类型，第二层 Key 是转换的目标 JdbcType，最终的 Value 是完成此次转换时所需要使用的 TypeHandler 对象。那为什么要有两层 Map 的设计呢？这里我们举个例子：Java 类型中的 String 可能转换成数据库中的 varchar、char、text 等多种类型，存在一对多关系，所以就可能有不同的 TypeHandler 实现。</li>
<li>allTypeHandlersMap（Map&lt;Class, TypeHandler&gt;类型）：该集合记录了全部 TypeHandler 的类型以及对应的 TypeHandler 实例对象。</li>
<li>NULL_TYPE_HANDLER_MAP（Map&lt;JdbcType, TypeHandler&lt;?&gt;&gt;类型）：空 TypeHandler 集合的标识，默认值为 Collections.emptyMap()。</li>
</ul>
<p>在 MyBatis 初始化的时候，实例化全部 TypeHandler 对象之后，会立即调用 TypeHandlerRegistry 的 register() 方法完成这些 TypeHandler 对象的注册，这个注册过程的核心逻辑就是向上述四个核心集合中添加 TypeHandler 实例以及与 Java 类型、JDBC 类型之间的映射。</p>
<p>TypeHandlerRegistry.register() 方法有多个重载实现，这些重载中最基础的实现是三个参数的重载实现，具体实现如下：</p>
<pre><code>private void register(Type javaType, JdbcType jdbcType, TypeHandler&lt;?&gt; handler) {
if (javaType != null) { // 检测是否明确指定了TypeHandler能够处理的Java类型
// 根据指定的Java类型，从typeHandlerMap集合中获取相应的TypeHandler集合
Map&lt;JdbcType, TypeHandler&lt;?&gt;&gt; map = typeHandlerMap.get(javaType);
if (map == null || map == NULL_TYPE_HANDLER_MAP) {
map = new HashMap&lt;&gt;();
}
// 将TypeHandler实例记录到typeHandlerMap集合
map.put(jdbcType, handler);
typeHandlerMap.put(javaType, map);
}
// 向allTypeHandlersMap集合注册TypeHandler类型和对应的TypeHandler对象
allTypeHandlersMap.put(handler.getClass(), handler);
}
</code></pre>
<p>除了上面的 register() 重载，在有的 register() 重载中会尝试从 TypeHandler 类中的@MappedTypes 注解和 @MappedJdbcTypes 注解中读取信息。其中，<strong>@MappedTypes 注解中可以配置 TypeHandler 实现类能够处理的 Java 类型的集合，@MappedJdbcTypes 注解中可以配置该 TypeHandler 实现类能够处理的 JDBC 类型集合</strong>。</p>
<p>如下就是读取 @MappedJdbcTypes 注解的 register() 重载方法：</p>
<pre><code>private &lt;T&gt; void register(Type javaType, TypeHandler&lt;? extends T&gt; typeHandler) {
// 尝试从TypeHandler类中获取@MappedJdbcTypes注解
MappedJdbcTypes mappedJdbcTypes = typeHandler.getClass().getAnnotation(MappedJdbcTypes.class);
if (mappedJdbcTypes != null) {
// 根据@MappedJdbcTypes注解指定的JDBC类型进行注册
for (JdbcType handledJdbcType : mappedJdbcTypes.value()) {
// 交给前面的三参数重载处理
register(javaType, handledJdbcType, typeHandler);
}
// 如果支持jdbcType为null，也是交给前面的三参数重载处理
if (mappedJdbcTypes.includeNullJdbcType()) {
register(javaType, null, typeHandler);
}
} else {
// 如果没有配置MappedJdbcTypes注解，也是交给前面的三参数重载处理
register(javaType, null, typeHandler);
}
}
</code></pre>
<p>下面是读取 @MappedTypes 注解的 register() 方法重载：</p>
<pre><code>public &lt;T&gt; void register(TypeHandler&lt;T&gt; typeHandler) {
boolean mappedTypeFound = false;
// 读取TypeHandler类中定义的@MappedTypes注解
MappedTypes mappedTypes = typeHandler.getClass().getAnnotation(MappedTypes.class);
if (mappedTypes != null) {
// 根据@MappedTypes注解中指定的Java类型进行注册
for (Class&lt;?&gt; handledType : mappedTypes.value()) {
// 交给前面介绍的register()重载读取@MappedJdbcTypes注解并完成注册
register(handledType, typeHandler);
mappedTypeFound = true;
}
}
// 从3.1.0版本开始，如果TypeHandler实现类同时继承了TypeReference这个抽象类，
// 这里会尝试自动查找对应的Java类型
if (!mappedTypeFound &amp;&amp; typeHandler instanceof TypeReference) {
try {
TypeReference&lt;T&gt; typeReference = (TypeReference&lt;T&gt;) typeHandler;
// 交给前面介绍的register()重载读取@MappedJdbcTypes注解并完成注册
register(typeReference.getRawType(), typeHandler);
mappedTypeFound = true;
} catch (Throwable t) {
}
}
if (!mappedTypeFound) {
register((Class&lt;T&gt;) null, typeHandler);
}
}
</code></pre>
<p>我们接下来看最后一个 register() 重载。<strong>TypeHandlerRegistry 提供了扫描一个包下的全部 TypeHandler 接口实现类的 register() 重载</strong>。在该重载中，会首先读取指定包下面的全部的 TypeHandler 实现类，然后再交给 register() 重载读取 @MappedTypes 注解和 @MappedJdbcTypes 注解，并最终完成注册。这个 register() 重载的具体实现比较简单，这里就不再展示，你若感兴趣的话可以参考<a href="https://github.com/xxxlxy2008/mybatis">源码</a>进行学习。</p>
<p>最后，我们再来看看 TypeHandlerRegistry 的构造方法，其中会通过 register() 方法注册多个 TypeHandler 对象，下面就展示了为 String 类型注册 TypeHandler 的核心实现：</p>
<pre><code>public TypeHandlerRegistry() {
// StringTypeHandler可以实现String类型与char、varchar、longvarchar类型之间的转换
register(String.class, JdbcType.CHAR, new StringTypeHandler());
register(String.class, JdbcType.VARCHAR, new StringTypeHandler());
register(String.class, JdbcType.LONGVARCHAR, new StringTypeHandler());
// ClobTypeHandler可以完成String类型与clob类型之间的转换
register(String.class, JdbcType.CLOB, new ClobTypeHandler());
// NStringTypeHandler可以完成String类型与NVARCHAR、NCHAR类型之间的转换
register(String.class, JdbcType.NVARCHAR, new NStringTypeHandler());
register(String.class, JdbcType.NCHAR, new NStringTypeHandler());
// NClobTypeHandler可以完成String类型与NCLOB类型之间的转换
register(String.class, JdbcType.NCLOB, new NClobTypeHandler());
// 省略其他TypeHandler实现的注册逻辑
}
</code></pre>
<h3>TypeHandler 查询</h3>
<p>分析完注册 TypeHandler 实例的具体实现之后，我们接下来就来看看 MyBatis 是如何从 TypeHandlerRegistry 底层的这几个集合中查找正确的 TypeHandler 实例，<strong>该功能的具体实现是在 TypeHandlerRegistry 的 getTypeHandler() 方法中</strong>。</p>
<p>这里的 getTypeHandler() 方法也有多个重载，最核心的重载是 getTypeHandler(Type,JdbcType) 这个重载方法，其中会根据传入的 Java 类型和 JDBC 类型，从底层的几个集合中查询相应的 TypeHandler 实例，具体实现如下：</p>
<pre><code>private &lt;T&gt; TypeHandler&lt;T&gt; getTypeHandler(Type type, JdbcType jdbcType) {
if (ParamMap.class.equals(type)) {
return null; // 过滤掉ParamMap类型
}
// 根据Java类型查找对应的TypeHandler集合
Map&lt;JdbcType, TypeHandler&lt;?&gt;&gt; jdbcHandlerMap = getJdbcHandlerMap(type);
TypeHandler&lt;?&gt; handler = null;
if (jdbcHandlerMap != null) {
// 根据JdbcType类型查找对应的TypeHandler实例
handler = jdbcHandlerMap.get(jdbcType);
if (handler == null) {
// 没有对应的TypeHandler实例，则使用null对应的TypeHandler
handler = jdbcHandlerMap.get(null);
}
if (handler == null) {
// 如果jdbcHandlerMap只注册了一个TypeHandler，则使用此TypeHandler对象
handler = pickSoleHandler(jdbcHandlerMap);
}
}
return (TypeHandler&lt;T&gt;) handler;
}
</code></pre>
<p>在 getTypeHandler() 方法中会调用 getJdbcHandlerMap() 方法检测 typeHandlerMap 集合中相应的 TypeHandler 集合是否已经初始化。</p>
<ul>
<li>如果已初始化，则直接使用该集合进行查询；</li>
<li>如果未初始化，则尝试以传入的 Java 类型的、已初始化的父类对应的 TypeHandler 集合作为初始集合；</li>
<li>如果该 Java 类型的父类没有关联任何已初始化的 TypeHandler 集合，则将该 Java 类型对应的 TypeHandler 集合初始化为 NULL_TYPE_HANDLER_MAP 标识。</li>
</ul>
<p>getJdbcHandlerMap() 方法具体实现如下：</p>
<pre><code>private Map&lt;JdbcType, TypeHandler&lt;?&gt;&gt; getJdbcHandlerMap(Type type) {
// 首先查找指定Java类型对应的TypeHandler集合
Map&lt;JdbcType, TypeHandler&lt;?&gt;&gt; jdbcHandlerMap = typeHandlerMap.get(type);
if (NULL_TYPE_HANDLER_MAP.equals(jdbcHandlerMap)) { // 检测是否为空集合标识
return null;
}
// 初始化指定Java类型的TypeHandler集合
if (jdbcHandlerMap == null &amp;&amp; type instanceof Class) {
Class&lt;?&gt; clazz = (Class&lt;?&gt;) type;
if (Enum.class.isAssignableFrom(clazz)) { // 针对枚举类型的处理
Class&lt;?&gt; enumClass = clazz.isAnonymousClass() ? clazz.getSuperclass() : clazz;
jdbcHandlerMap = getJdbcHandlerMapForEnumInterfaces(enumClass, enumClass);
if (jdbcHandlerMap == null) {
register(enumClass, getInstance(enumClass, defaultEnumTypeHandler));
return typeHandlerMap.get(enumClass);
}
} else {
// 查找父类关联的TypeHandler集合，并将其作为clazz对应的TypeHandler集合
jdbcHandlerMap = getJdbcHandlerMapForSuperclass(clazz);
}
}
// 如果上述查找皆失败，则以NULL_TYPE_HANDLER_MAP作为clazz对应的TypeHandler集合
typeHandlerMap.put(type, jdbcHandlerMap == null ?
NULL_TYPE_HANDLER_MAP : jdbcHandlerMap);
return jdbcHandlerMap;
}
</code></pre>
<p>这里调用的 getJdbcHandlerMapForSuperclass() 方法会判断传入的 clazz 的父类是否为空或 Object。如果是，则方法直接返回 null；如果不是，则尝试从 typeHandlerMap 集合中获取父类对应的 TypeHandler 集合，但如果父类没有关联 TypeHandler 集合，则递归调用 getJdbcHandlerMapForSuperclass() 方法顺着继承树继续向上查找父类，直到查找到父类的 TypeHandler 集合，然后直接返回。</p>
<p>下面是 getJdbcHandlerMapForSuperclass() 方法的具体实现：</p>
<pre><code>private Map&lt;JdbcType, TypeHandler&lt;?&gt;&gt; getJdbcHandlerMapForSuperclass(Class&lt;?&gt; clazz) {
Class&lt;?&gt; superclass = clazz.getSuperclass();
if (superclass == null || Object.class.equals(superclass)) {
return null; // 父类为Object或null则查找结束
}
Map&lt;JdbcType, TypeHandler&lt;?&gt;&gt; jdbcHandlerMap = typeHandlerMap.get(superclass);
if (jdbcHandlerMap != null) {
return jdbcHandlerMap;
} else {
// 顺着继承树，递归查找父类对应的TypeHandler集合
return getJdbcHandlerMapForSuperclass(superclass);
}
}
</code></pre>
<h3>别名管理</h3>
<p>在《02 | 订单系统持久层示例分析，20 分钟带你快速上手 MyBatis》分析的 MyBatis 示例中，我们在 mybatis-config.xml 配置文件中使用 <code>&lt;typeAlias&gt;</code> 标签为 Customer 等 Java 类的完整名称定义了相应的别名，后续编写 SQL 语句、定义 <code>&lt;resultMap&gt;</code> 的时候，<strong>直接使用这些别名即可完全替代相应的完整 Java 类名，这样就非常易于代码的编写和维护</strong>。</p>
<p><strong>TypeAliasRegistry 是维护别名配置的核心实现所在</strong>，其中提供了别名注册、别名查询的基本功能。在 TypeAliasRegistry 的 typeAliases 字段（Map&lt;String, Class&lt;?&gt;&gt;类型）中记录了别名与 Java 类型之间的对应关系，我们可以通过 registerAlias() 方法完成别名的注册，具体实现如下：</p>
<pre><code>public void registerAlias(String alias, Class&lt;?&gt; value) {
if (alias == null) { // 传入的别名为null，直接抛出异常
throw new TypeException(&quot;The parameter alias cannot be null&quot;);
}
// 将别名全部转换为小写
String key = alias.toLowerCase(Locale.ENGLISH);
// 检测别名是否存在冲突，如果存在冲突，则直接抛出异常
if (typeAliases.containsKey(key) &amp;&amp; typeAliases.get(key) != null &amp;&amp; !typeAliases.get(key).equals(value)) {
throw new TypeException(&quot;...&quot;);
}
// 在typeAliases集合中记录别名与类之间的映射关系
typeAliases.put(key, value);
}
</code></pre>
<p>在 TypeAliasRegistry 的构造方法中，会通过上述 registerAlias() 方法将 Java 的基本类型、基本类型的数组类型、基本类型的封装类、封装类型的数组类型、Date、BigDecimal、BigInteger、Map、HashMap、List、ArrayList、Collection、Iterator、ResultSet 等常用类型添加了别名，具体实现比较简单，这里就不再展示，你若感兴趣的话可以参考<a href="https://github.com/xxxlxy2008/mybatis">源码</a>进行学习。</p>
<p>除了明确传入别名与相应的 Java 类型之外，TypeAliasRegistry 还提供了扫描指定包名下所有的类中的 @Alias 注解获取别名配置，并完成注册的功能，这个功能涉及两个 registerAliases() 方法的重载，相关实现如下：</p>
<pre><code>public void registerAliases(String packageName, Class&lt;?&gt; superType) {
ResolverUtil&lt;Class&lt;?&gt;&gt; resolverUtil = new ResolverUtil&lt;&gt;();
// 查找指定包下所有的superType类型
resolverUtil.find(new ResolverUtil.IsA(superType), packageName);
Set&lt;Class&lt;? extends Class&lt;?&gt;&gt;&gt; typeSet = resolverUtil.getClasses();
for (Class&lt;?&gt; type : typeSet) {
// 过滤掉内部类、接口以及抽象类
if (!type.isAnonymousClass() &amp;&amp; !type.isInterface() &amp;&amp; !type.isMemberClass()) {
// 扫描类中的@Alias注解
registerAlias(type);
}
}
}
public void registerAlias(Class&lt;?&gt; type) {
// 获取类的简单名称，其中不会包含包名
String alias = type.getSimpleName();
// 获取类中的@Alias注解
Alias aliasAnnotation = type.getAnnotation(Alias.class);
if (aliasAnnotation != null) { // 获取特定别名
alias = aliasAnnotation.value();
}
// 这里的@Alias注解指定的别名与type类型绑定
registerAlias(alias, type);
}
</code></pre>
<h3>总结</h3>
<p>在这一讲我们重点介绍了 MyBatis 中 JdbcType 与 Java 类型之间转换的相关实现。</p>
<ul>
<li>首先，介绍了 JdbcType 与 Java 类型之间的常见映射关系，以及两种类型之间转换的基础知识；</li>
<li>然后，深入分析了 TypeHandler 接口及其核心实现，了解了两种类型转换的原理；</li>
<li>接下来，又讲解了 TypeHandler 的注册和查询机制，明确了 MyBatis 是如何管理和使用众多的 TypeHandler 实现；</li>
<li>最后，分析了 MyBatis 中的别名实现。</li>
</ul>
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