@Catyee 2021-04-18T17:04:10.000000Z 字数 10196 阅读 2200

Mybatis Dynamic Sql原理

Mybatis

相信使用过mybatis的人都有一些类似的困惑，xml格式的sql模板开发枯燥无味，而且容易出错，我们该如何减少不必要的模板代码的开发？或许下文的Mybatis Dynamic SQL是Mybatis官方给出的另一个答案。鉴于目前网上还没有太多介绍Mybatis Dynamic SQL的文章，这里进行一些简单的原理阐释。在理解其工作原理之后，读者如果对如何更好使用Mybatis Dynamic Sql有兴趣可以跳转到另一篇文章，在这篇文章中会给出一个最佳实践的示例：Mybatis DS Generator--更优雅的使用Mybatis

一、Mybatis Dynamic Sql是什么

首先要澄清的是，这里的Mybatis Dynamic Sql并不是指Mybatis的动态sql能力，而是Mybatis官方的另一个项目，这个项目并不是为了取代Mybatis，而是为了让开发者更方便的使用mybatis，也就是说它只是mybatis的一个补充。官网地址是：Mybatis Dynamic SQL官网

官方介绍Mybatis Dynamic Sql原话是：

This library is a framework for generating dynamic SQL statements.

翻译过来：Mybatis Dynamic Sql是一个用于生成动态SQL语句的框架。
重点在于"生成动态sql语句"，我们知道Mybatis是一个半自动化的ORM(对象关系映射)框架, 这个半自动化体现在需要开发者提供sql模板，mybatis会根据sql模板以及参数来生成最终要执行的sql。mybatis给开发者提供了 if, choose, when, otherwise, trim, where, set, foreach等标签用于更加灵活的组合sql，这就是mybatis的动态sql能力。

<!--mybatis动态sql能力的体现示例：-->
<select id="findUserById" resultType="user">
   select * from user            
   <where>
       <if test="id != null">
           id=#{id}
       </if>
       and deleteFlag=0;
   </where>
</select>

上面例子：如果传入的id 不为空，那么才会SQL才拼接id = #{id}。

mybatis的动态sql能力使它区别其它ORM框架，能够更加灵活的生成更加复杂的sql。回到Mybatis Dynamic SQL，官方提到它是一个生成动态sql的框架，也就是说它是为了将mybatis的动态sql能力发挥到极致才诞生的。在Mybatis Dynamic Sql诞生之前，我们使用mybatis有两种方式，一是使用xml格式的文件提供动态sql的模板；另一种是使用注解来提供动态sql的模板。接下来我们看Mybatsi Dynamic SQL的使用方式，并和传统方式进行直观的对比。
如果有这样一条sql：

select id, animal_name, body_weight, brain_weight from animal_data where id in (1,5,7) and body_weight is between 1.0 and 3.0 order by id desc, body_weight;

如果使用xml的方式，需要在xml格式的文件中定义出sql模板：

<select id="getAnimalData" resultMap="AnimalDataResult">
        SELECT
            id,
            animal_name,
            body_weight,
            brain_weight
        FROM
            animal_data
        WHERE id IN
            <foreach item="item" index="index" collection="idList" open="(" separator="," close=")">
                #{item}
            </foreach>
        AND body_weight BETWEEN
            #{minWeight} AND #{maxWeight}
        ORDER BY
            id DESC, body_weight
</select>
...
// 对应mapper接口中的方法签名：
List<AnimalData> getAnimalData(@Param("idList") List<Long> idList, 
                               @Param("minWeight") double minWeight, 
                               @Param("maxWeight") double maxWeight);

如果要在注解中使用动态sql要更加麻烦一点(一种方式是使用script标签，如下；另一种方式是Provider类，此处为演示)：

@Select({
        "<script>" +
            "SELECT id, animal_name, body_weight, brain_weight from animal_data " +
            "   WHERE id IN" +
            "      <foreach item=\"item\" index=\"index\" collection=\"idList\" open=\"(\" separator=\",\" close=\")\">" +
            "        #{item} " +
            "      </foreach>" +
            "   AND body_weight BETWEEN" +
            "      #{minWeight} AND #{maxWeight}" +
            "   ORDER BY id DESC, body_weight" +
        "</script>"
})
@ResultMap(value="AnimalDataResult")
List<AnimalData> getAnimalData(@Param("idList") List<Long> idList, 
                               @Param("minWeight") double minWeight, 
                               @Param("maxWeight") double maxWeight);

如果使用Mybatis Dynamic SQL：

public List<AnimalData> getAnimalData(List<Long> idList, double minWeight, double maxWeight) {
    SelectStatementProvider selectStatement = select(id, animalName, bodyWeight, brainWeight)
            .from(animalData)
            .where(id, isIn(idList))
            .and(bodyWeight, isBetween(minWeight).and(maxWeight))
            .orderBy(id.descending(), bodyWeight)
            .build()
            .render(RenderingStrategies.MYBATIS3);
    List<AnimalData> animals = mapper.selectMany(selectStatement);
}
...
// mapper接口中的方法签名
@SelectProvider(type=SqlProviderAdapter.class, method="select")
@ResultMap("AnimalDataResult")
List<AnimalData> selectMany(SelectStatementProvider selectStatement);

归根揭底，Mybatis Dynamic SQL只是mybatis动态sql能力的另一种使用方式，它和xml以及注解是平行的。
也就是说xml和注解能完成的事情mybatis dynamic sql也应该能够完成，那么我们为什么还要使用它呢？
个人认为至少有以下几个优点：

1、所见即所得，代码即是业务
2、天然支持limit、offset物理分页
3、天然支持批量操作（批量插入）
4、减少模板代码的手动开发
5、更符合java程序员的习惯
6、lambda表达式的方式，非常简洁

二、Mybatis Dynamic Sql原理

其实要明白Mybatis Dynamic SQL的原理，关键在于明白mybatis的原理。先来思考两个问题

mybatis的本质是什么？
不管我们使用xml、注解、mybatis dynamic sql这三种的那种方式，我们都只定义了一个接口，并没有实现类，mybatis是怎么知道要去执行什么逻辑？

2.1 mybatis的本质是什么

先从第一个问题开始，我们都知道mybatis是一个ORM框架，ORM即Object Relational Mapping，也就是java的pojo对象与关系表的映射框架。但是在我个人看来，mybatis是一个屏蔽了底层细节的sql执行器，mybatis做的事情就是连接数据库，在数据库上执行sql。至于查询结果与pojo对象映射，数据类型的对应，session的管理、事务的管理等等功能都是执行sql自然而然的附带功能。

既然要执行sql，首先要面对的就是sql从哪儿来。最为直接的思路就是完整的把sql写出来，但是这样不具有通用性，因为一点点改动就会造成sql的不适用。为了增加复用性，进一步的想法是采用类似于模板引擎的实现思路：模板和参数共同生成具体的结果（模板+参数=输出），模板是静态的，参数是动态的，参数改变会使生成的结果不同，但是它们都是相似的。

回过头来看，mybatis的三种使用方式，xml、注解以及mybatis dynamic sql实际上就是模板+参数。这三种使用方式中，参数都来自于方法的调用，但是模板的定义方式不同，xml是在xml格式的mapper文件中定义sql模板，注解是在注解中用字符串定义模板，而mybatis dynamic sql是使用代码的调用关系来定义模板。

不管使用那种方式，mybatis最终都是获取模板，然后用参数填充来生成最终要去执行的sql。
xml和注解都是直接可见的sql模板，那mybatis dynamic sql是怎么生成动态sql模板的呢？Mybatis又是在什么时候获取到动态sql模板的呢？

其实生成模板的具体逻辑都在各自的Render类中：
org.mybatis.dynamic.sql.insert.render.InsertRenderer
org.mybatis.dynamic.sql.delete.render.DeleteRenderer
org.mybatis.dynamic.sql.select.render.SelectRenderer
org.mybatis.dynamic.sql.update.render.UpdateRenderer

以下是InsertRender类中计算sql模板的源码：

// InsertRenderer类：
public InsertStatementProvider<T> render() {
    ValuePhraseVisitor visitor = new ValuePhraseVisitor(renderingStrategy);
    List<Optional<FieldAndValue>> fieldsAndValues = model.mapColumnMappings(m -> m.accept(visitor))
            .collect(Collectors.toList());
    return DefaultInsertStatementProvider.withRecord(model.record())
            .withInsertStatement(calculateInsertStatement(fieldsAndValues))
            .build();
}
// 计算动态sql模板
private String calculateInsertStatement(List<Optional<FieldAndValue>> fieldsAndValues) {
    return "insert into" //$NON-NLS-1$
            + spaceBefore(model.table().tableNameAtRuntime())
            + spaceBefore(calculateColumnsPhrase(fieldsAndValues))
            + spaceBefore(calculateValuesPhrase(fieldsAndValues));
}

从源码看，在调用render()方法的时候模板就已经计算出来了，那什么时候调用了render()方法呢？可以从这个方法往上溯源，最终的调用轨迹如图所示：
动态sql模板生成过程
上图中，mapper接口中default insert()方法是开发者调用的入口，而insert(InsertStatementProvider< ?> provider)这个抽象接口是最终交给mybatis去执行的入口，注意蓝色线框，这里是一个lambda表达式的执行，是在执行完括号中的逻辑之后才调用的，也就是说在第六步真正交给mybatis去执行的之前动态sql的模板已经生成出来了。
Mybatis则是在ProviderSqlSource这个类中使用反射调用SqlProviderAdapter类中的方法去获取之前已经生成好的动态SQL模板的：

// ProviderSqlSource类，mybatis最终获取动态sql模板的地方：
private SqlSource createSqlSource(Object parameterObject) {
      String sql;
      ... // 省略部分代码
      if (providerMethodParameterTypes.length == 1) {
        if (providerContext == null) {
          // 通过反射获取到动态sql模板
          sql = invokeProviderMethod(parameterObject);
        } else {
          sql = invokeProviderMethod(providerContext);
        }
      }
      ...
      Class<?> parameterType = parameterObject == null ? Object.class : parameterObject.getClass();
      return languageDriver.createSqlSource(configuration, sql, parameterType);
  }

通过上面的源码，我们已经知道了mybatis dynamic sql什么时候生成动态sql模板（在交给mybatis执行之前就已经生成），以及mybatis什么时候获取动态sql模板。

2.2 mapper接口中没有具体实现，mybatis如何知道该怎么执行

接下来看第二个问题，最终交给mybatis的去执行的只是一个接口，没有具体的实现，mybatis是如何知道具体的执行逻辑的呢？
其实之前已经间接回答过这个问题了，mybatis的目的是执行sql，任何一个接口交给mybatis去执行，最终都是执行sql，mybatis只需要知道如何连接数据库，然后知道如何生成最终要执行的sql就可以了，简化之后的逻辑就是：根据动态sql模板和参数生成sql->连接数据库执行sql->获取返回结果，所以不需要开发者提供具体的执行逻辑，mybatis已经知道该怎么执行了。
那mybatis具体是如何实现的呢？答案也很简单，那就是动态代理，开发者定义的mapper接口最终都会通过JDK的动态代理生成代理类。我们可以使用jdk代理的工具将生成的代理类写入文件（实际上是class文件），然后反编译来查看具体的调用逻辑。做法如下：

// 这里默认是在spring环境下使用mybatis
// 定义一个MapperStore的bean，这个bean实现InitializingBean接口, 这样在spring初始化这个bean的时候会执行afterPropertiesSet()，在这个方法中将mapper接口的代理类持久化到文件
@Component
@DependsOn("studentMapper") // 确保StudentMapper先被spring加载
public class MapperStore implements InitializingBean {
    @Override
    public void afterPropertiesSet() throws Exception {
        // 将生成的代理类持久化到文件
        String proxyClazzFile = "$StudentMapper.class";
        String storePath = "/tmp/" + proxyClazzFile;
        byte[] bytes = ProxyGenerator.generateProxyClass(proxyClazzFile, new Class[] {StudentMapper.class});
        try (FileOutputStream fos = new FileOutputStream(storePath)) {
            fos.write(bytes);
            fos.flush();
        }
    }
}

反编译之后的结果, 这里只聚焦一个方法，所以忽略大部分的其它代码：

public final class class extends Proxy implements StudentMapper {
    private static Method m25;
    // 构造器，这个InvocationHandler实际上就是MapperProxy对象，也就是下面的supper.h
    public class(InvocationHandler var1) throws  {
        super(var1);
    }
    // 实现接口中的insert()方法
    public final int insert(InsertStatementProvider var1) throws  {
        try {
            // 调用insert方法，关键在于h，这个h就是InvocationHandler，实际上是MapperProxy类
            return (Integer)super.h.invoke(this, m25, new Object[]{var1});
        } catch (RuntimeException | Error var3) {
            throw var3;
        } catch (Throwable var4) {
            throw new UndeclaredThrowableException(var4);
        }
    }
    static {
        // 通过反射获取mapper中的insert方法        
        m25 = Class.forName("com.catyee.mybatis.example.mapper.StudentMapper").getMethod("insert", Class.forName("org.mybatis.dynamic.sql.insert.render.InsertStatementProvider"));
    }
}

上面代理类中最为关键的就是InvocationHandler，通过调试可以知道它实际上是MapperProxy类，这个类实现了InvocationHandler接口：

// MapperProxy类中的invoke方法
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
    try {
      // 如果代理方法来源于一个普通类，直接执行方法
      if (Object.class.equals(method.getDeclaringClass())) {
        return method.invoke(this, args);
      } else {
        // 如果代理方法来源于一个接口，说明方法没有具体实现，则使用mybatis自己的逻辑来执行
        return cachedInvoker(method).invoke(proxy, method, args, sqlSession);
      }
    } catch (Throwable t) {
      throw ExceptionUtil.unwrapThrowable(t);
    }
  }

在MapperProxy类的invoke方法中，来自于mapper接口的接口方法都会使用mybatis自己的逻辑去执行，而不是直接调用方法，其实mybatis只是通过接口方法获取sql模板和参数，获取返回值的类型，获取执行sql的类型以及一些其它信息：
mapper接口中的方法签名
如上图，可以看到一个接口方法，哪怕没有具体的实现也已经包含了很多信息，对mybatis来说知道这些信息就足够了，依据这些信息，mybatis已经知道该如何去执行，返回结果是什么等等。所以mapper接口中的接口方法只是起到一个方法签名的作用，有点类似于java中的Serializable接口，我们知道Serializable接口中没有定义任何一个方法，它本身只是一个标记，某个类实现了这个接口就有了这个标记，有了这个标记java就知道这个类可以序列化。mapper接口中定义的接口方法也是一样的，它不需要具体的实现，它的存在本身已经给mybatis提供了足够多的信息。

三、如何更好的使用Mybatis Dynamic Sql

上面阐释了mybatis dynamic sql能做什么以及原理的问题，那下一步考虑的就是如何使用的问题。

mybatis dynamic sql虽然减少了xml或者注解的开发，但它本身抽象程度较高，如果纯手写可能无从下手，而且就算使用mybatis dynamic sql也无可避免的有一些模板代码的开发。
mybatis dynamic sql依然无法避免模板代码

如上图，使用mybatis dynamic sql，mapper接口虽然可以纯手写，但是为了符合java规则以及方便操作，每个mapper接口都需要一个图中类似的Support类，用于映射表列名。这一部分其实就是枯燥的模板代码开发。

为了避免模板代码开发的问题，降低mybatis dynamic sql的使用门槛，就不得不提mybatis官方的另外一个项目：mybatis generator

相关阐述请跳转：Mybatis DS Generator--更优雅的使用Mybatis

四、为什么在Mybatis中使用join的时候不能使用limit/offset物理分页

这里举例进行说明，假如有以下两个实体类A和B，A和B具有一对多的关联关系：

public class A {
    private String id;
    private String aCol;
    private List<B> bList; // 一对多的关联关系
}
public class B {
    private String id;
    private String aId;
    private String bCol;
}

A和B实体所对应的关系表为A表和B表，A表和B表的主键都是id字段，A表的id和B表的aId可以建立关联关系，两张表已经有了一些基础数据：
A表:

id	a_col
1	a1
2	a2

B表:

id	a_id	b_col
1	1	b1
2	1	b2
3	2	b3
4	2	b4

建立关联查询：

select A.id as aid, A.a_col, B.id as bid, B.b_col from A left join B on A.id = B.a_id;

查询得到的结果：

aid	a_col	bid	b_col
1	a1	1	b1
1	a1	2	b2
2	a2	3	b3
2	a2	4	b4

在mapper接口中，假设获取A的接口签名为:

@Select({
    select A.id as aid, A.a_col, B.id as bid, B.b_col from A left join B on A.id = B.a_id    
})
@ResultMap(value="AResult")
List<A> getAllA();

mybatis会将结果装配成List, 虽然上面有4条查询结果, 但是由于A的主键是id，通过这个接口获取的结果也就是List< A>实际的长度是2，也就是aid为1和2的对象各一个，每个对象中bList的长度为2，这是符合我们预期的。
但这个结果会给我们一种错觉，那就是查询语句只查询出来了2条结果，这个时候如果在查询语句加上limit offset，比如limit 2，我们会期望最终得到的List< A>长度仍然是2。

select A.id as aid, A.a_col, B.id as bid, B.b_col from A left join B on A.id = B.a_id limit 2 offset 0;

但是Mybatis将查询结果装配成List< A>之后,我们发现它的实际长度是1, List< A>中只有一个对象，这个对象的bList属性的长度是2，但这并不符合我们最初的期待，因为我们期待有两个对象，实际上只有1个。其实原因很简单，上面sql的查询结果为:

aid	a_col	bid	b_col
1	a1	1	b1
1	a1	2	b2

查询结果确实是两条，但这两条结果的主键都是1，mybatis会把它装配为一个对象。
所以在mybatis中使用join之后，不要使用limit offset进行物理分页。这并不是mybatis的bug，只能算一个使用的技巧。

那如果确实遇到需要物理分页的情况怎么办呢？可以从实现上绕过这个问题，物理分页是为了展示列表，展示列表往往只需要一部分的信息，并不需要完整的信息，所以可以只基于A表进行物理分页，如果用户想查看某一条记录的全部信息，这个时候再进行join。