Spring Boot中的数据访问与持久化

# 1. 引言

## 1. 引言

Spring Boot是一个用于简化Spring应用程序开发的框架，其通过自动化配置和约定优于配置的原则，能够帮助开发者快速搭建和部署应用程序。在现代的软件开发中，数据访问和持久化是不可或缺的一部分。本章将介绍Spring Boot中的数据访问层，并强调其在应用程序中的重要性。

### 1.1 Spring Boot中的数据访问层

在Spring Boot中，数据访问层负责与数据库进行交互，包括数据的存储、检索和更新等操作。数据访问层的设计需要考虑到性能、可扩展性和代码的易读性等方面。常见的数据访问技术包括JPA（Java Persistence API）、MyBatis等。

数据访问层的职责包括：

- 定义和实现数据访问的接口（Repository）；
- 封装数据库操作，提供给业务层使用的方法；
- 处理数据库的连接和事务管理等。

### 1.2 数据库配置与连接

在Spring Boot中配置数据库连接需要依赖相应的数据库驱动，同时需要配置连接池以提高数据库访问性能。以下是配置数据库连接的步骤：

1. 选择数据库驱动：根据使用的数据库类型选择相应的驱动，例如使用H2数据库可以选择"H2 Database"驱动。

2. 导入数据库驱动的依赖：在项目的配置文件中添加数据库驱动的依赖，使用Maven可以通过添加相应的依赖坐标来实现。

3. 配置连接池：针对不同的数据库，Spring Boot提供了多个连接池的选择，如HikariCP、Tomcat JDBC等。在配置文件中添加连接池相关的配置信息，包括连接池大小、连接超时时间等。

4. 编写配置文件：在Spring Boot的配置文件中，配置数据库的连接信息，包括数据库URL、用户名、密码等。

下面是一个示例的application.properties配置文件：

# 数据库相关配置
spring.datasource.url=jdbc:mysql://localhost:3306/db_example
spring.datasource.username=user
spring.datasource.password=pass
spring.datasource.driver-class-name=com.mysql.cj.jdbc.Driver

# 连接池相关配置
spring.datasource.hikari.connection-timeout=30000
spring.datasource.hikari.maximum-pool-size=10

### 1.3 数据访问层的实现

在Spring Boot中，数据访问层的实现可以基于JPA或者MyBatis等技术。下面将分别介绍这两种技术的使用方法。

#### 1.3.1 使用JPA进行数据访问

JPA（Java Persistence API）是Java EE的一部分，它提供了一种用于管理实体的持久化的标准化方式。使用JPA进行数据访问的步骤如下：

1. 定义实体类：创建实体类，使用注解来标识实体类和表之间的映射关系，以及实体属性与表字段之间的映射关系。

@Entity
@Table(name = "users")
public class User {
    @Id
    @GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)
    private Long id;

    private String name;
    private int age;

    // Getters and Setters
}

2. 定义Repository接口：创建Repository接口，继承自Spring Data JPA提供的基础接口，通过继承，可以直接使用Spring Data JPA提供的CRUD操作方法，无需手动编写SQL语句。

@Repository
public interface UserRepository extends JpaRepository<User, Long> {
    List<User> findByName(String name);
}

3. 使用Repository接口：在业务层中注入Repository接口，并调用其方法进行数据的访问和操作。

@Service
public class UserService {
    @Autowired
    private UserRepository userRepository;

    public User getUserById(Long id) {
        return userRepository.findById(id).orElse(null);
    }

    public List<User> getUsersByName(String name) {
        return userRepository.findByName(name);
    }

    public User saveUser(User user) {
        return userRepository.save(user);
    }

    public void deleteUser(Long id) {
        userRepository.deleteById(id);
    }
}

上述代码演示了如何通过Repository接口进行数据的查询、新增、更新和删除操作。

#### 1.3.2 使用MyBatis进行数据访问

MyBatis是一个优秀的持久层框架，它能够将Java对象与SQL语句进行映射，并提供了丰富的SQL查询和操作方法。使用MyBatis进行数据访问的步骤如下：

1. 定义Mapper接口：创建Mapper接口，使用注解或XML方式编写SQL语句和方法的映射关系。

@Mapper
@Repository
public interface UserMapper {
    @Insert("INSERT INTO users(name, age) VALUES(#{name}, #{age})")
    void insertUser(User user);

    @Select("SELECT * FROM users WHERE name = #{name}")
    List<User> selectUsersByName(String name);
}

2. 注入Mapper接口：在业务层中注入Mapper接口，并调用其方法进行数据的访问和操作。

@Service
public class UserService {
    @Autowired
    private UserMapper userMapper;

    public void saveUser(User user) {
        userMapper.insertUser(user);
    }

    public List<User> getUsersByName(String name) {
        return userMapper.selectUsersByName(name);
    }
}

上述代码演示了如何通过Mapper接口进行数据的查询和新增操作。

### 1.4 总结

本章介绍了Spring Boot中数据访问层的概念和职责，并重点介绍了使用JPA和MyBatis进行数据访问的方法。合理设计和实现数据访问层可以提高应用程序的性能和可维护性。在下一章节中，我们将详细介绍如何在Spring Boot中配置和使用JPA进行数据访问。

# 2. Spring Boot中的数据访问层

在现代的应用程序开发中，数据访问与持久化在系统架构中起着至关重要的作用。Spring Boot作为一个开源的Java框架，提供了丰富的工具和功能来简化开发人员对数据访问层的操作。

数据访问层是Spring Boot中负责与数据库进行交互的一层，其主要职责是处理数据的操作、查询和持久化。在Spring Boot中，我们可以选择不同的数据访问技术，例如JPA、MyBatis等，来满足不同的业务需求。

### 2.1 数据访问技术的选择

在选择数据访问技术时，我们需要考虑到应用程序的需求以及团队成员的经验和技术栈。以下是两种常见的数据访问技术：

- **JPA（Java Persistence API）**：JPA是一种Java持久化规范，提供了一种面向对象的数据访问方式。它通过将Java对象映射到关系数据库中的表来实现数据持久化和查询。使用JPA可以减少手动编写SQL语句的工作，提高开发效率。
- **MyBatis**：MyBatis是一个优秀的持久层框架，在数据库操作方面提供了更多的灵活性和控制力。使用MyBatis，开发人员可以编写原生的SQL语句，更加精细地控制SQL的执行过程。

根据具体的业务需求和团队技术栈的情况，我们可以选择适合的数据访问技术。

### 2.2 Repository接口的定义和实现

在Spring Boot中，我们通常通过定义Repository接口来对数据进行CRUD操作。Repository接口是一个标记接口，用于标识该接口是用于数据访问的。通过继承Repository接口，我们可以利用Spring Boot提供的自动化配置和实现，从而简化数据访问的编写。

下面是一个示例的Repository接口：

public interface UserRepository extends Repository<User, Long> {
    User save(User user);

    List<User> findAll();

    User findById(Long id);

    void deleteById(Long id);
}

在上面的示例中，我们定义了一个`UserRepository`接口，继承自`Repository`接口，并指定了实体类`User`和主键类型`Long`。通过在接口中定义一些常用的CRUD方法，Spring Boot可以自动为我们生成实现。

下面是一个示例的Repository接口实现：

@Repository
public class UserRepositoryImpl implements UserRepository {
    private List<User> users = new ArrayList<>();

    @Override
    public User save(User user) {
        users.add(user);
        return user;
    }

    @Override
    public List<User> findAll() {
        return users;
    }

    @Override
    public User findById(Long id) {
        return users.stream()
                .filter(user -> user.getId().equals(id))
                .findFirst()
                .orElse(null);
    }

    @Override
    public void deleteById(Long id) {
        users.removeIf(user -> user.getId().equals(id));
    }
}

在上面的示例中，我们通过实现Repository接口的方法来实现对数据的操作。这里只是一个简单的示例，实际情况中我们通常会使用数据库进行数据的存储和查询。

### 2.3 使用数据访问层

在应用程序中使用数据访问层非常简单。我们只需要将Repository接口注入到需要使用数据访问层的类中，即可使用其中定义的方法进行数据操作。

下面是一个示例的使用数据访问层的代码：

@Service
public class UserService {
    private final UserRepository userRepository;

    @Autowired
    public UserService(UserRepository userRepository) {
        this.userRepository = userRepository;
    }

    public User saveUser(User user) {
        return userRepository.save(user);
    }

    public List<User> getAllUsers() {
        return userRepository.findAll();
    }

    public User getUserById(Long id) {
        return userRepository.findById(id);
    }

    public void deleteUserById(Long id) {
        userRepository.deleteById(id);
    }
}

在上面的示例中，我们通过在`UserService`中注入`UserRepository`来使用数据访问层。通过调用Repository接口定义的方法，我们可以完成对数据的操作。

总之，Spring Boot提供了强大的数据访问层支持，开发人员可以根据需求选择合适的数据访问技术，并通过定义Repository接口来简化数据操作的编写。通过合理使用数据访问层，我们可以更好地组织和管理应用程序中的数据，提高系统的可维护性和扩展性。

# 3. 数据库配置与连接

在Spring Boot中配置数据库连接是非常重要的一步，它涉及到应用程序与数据库之间的连接和数据交互。下面我们来详细讲解如何在Spring Boot中进行数据库配置与连接。

#### 3.1 数据库驱动的选择

首先，我们需要选择合适的数据库驱动依赖。根据所使用的数据库类型不同，我们可以选择不同的驱动依赖。例如，如果使用MySQL数据库，我们可以选择`mysql-connector-java`驱动依赖。在`pom.xml`文件中添加以下依赖：

<dependencies>
    <!-- 其他依赖 -->
    <dependency>
        <groupId>mysql</groupId>
        <artifactId>mysql-connector-java</artifactId>
        <version>8.0.23</version>
    </dependency>
</dependencies>

#### 3.2 连接池的配置

在Spring Boot中，我们通常使用连接池来管理数据库连接。可以使用常见的连接池实现，如HikariCP、Tomcat JDBC等。以HikariCP为例，我们可以在`application.properties`或`application.yml`配置文件中添加以下配置：

# application.properties
spring.datasource.url=jdbc:mysql://localhost:3306/mydatabase
spring.datasource.username=root
spring.datasource.password=secret
spring.datasource.driver-class-name=com.mysql.cj.jdbc.Driver

# 连接池配置
spring.datasource.hikari.maximum-pool-size=10
spring.datasource.hikari.minimum-idle=5

# application.yml
spring:
  datasource:
    url: jdbc:mysql://localhost:3306/mydatabase
    username: root
    password: secret
    driver-class-name: com.mysql.cj.jdbc.Driver

  # 连接池配置
  datasource:
    hikari:
      maximum-pool-size: 10
      minimum-idle: 5

这里我们配置了数据库的URL、用户名、密码以及驱动类名，同时设置了连接池的最大连接数和最小空闲连接数。

#### 3.3 配置文件的编写

除了连接池的配置，我们还可以在配置文件中配置其他数据库相关的属性，如数据库方言（用于指定SQL语句的语法规则）、数据库连接超时时间、日志级别等。配置文件的编写根据所选择的配置文件类型不同而有所差异，可以是`.properties`或`.yml`格式的文件。

下面是一个示例的`.properties`格式的配置文件：

# application.properties

# 数据源配置
spring.datasource.url=jdbc:mysql://localhost:3306/mydatabase
spring.datasource.username=root
spring.datasource.password=secret
spring.datasource.driver-class-name=com.mysql.cj.jdbc.Driver

# 连接池配置
spring.datasource.hikari.maximum-pool-size=10
spring.datasource.hikari.minimum-idle=5

# 数据库方言
spring.jpa.database-platform=org.hibernate.dialect.MySQL8Dialect

# JPA配置
spring.jpa.show-sql=true
spring.jpa.hibernate.ddl-auto=update
spring.jpa.properties.hibernate.format_sql=true

使用`.yml`格式的配置文件时，可以将上述属性转换为对应的格式：

# application.yml

spring:
  datasource:
    url: jdbc:mysql://localhost:3306/mydatabase
    username: root
    password: secret
    driver-class-name: com.mysql.cj.jdbc.Driver
    hikari:
      maximum-pool-size: 10
      minimum-idle: 5

  jpa:
    database-platform: org.hibernate.dialect.MySQL8Dialect
    show-sql: true
    hibernate:
      ddl-auto: update
    properties:
      hibernate.format_sql: true

根据实际需要自行选择`.properties`或`.yml`格式的配置文件。

至此，我们已经完成了数据库配置与连接的相关步骤。接下来，我们将学习如何使用JPA进行数据访问。

# 4. 使用JPA进行数据访问

在Spring Boot中，我们可以使用Java Persistence API（JPA）进行数据访问。JPA是一种ORM（对象关系映射）技术，可以将数据库表与Java对象之间进行映射，从而实现数据的持久化和访问。

#### 4.1 实体类的定义

在使用JPA进行数据访问之前，我们首先需要定义实体类。实体类对应数据库中的表，通过注解来指定与表的映射关系。以下是一个示例的实体类定义：

@Entity
@Table(name = "users")
public class User {
    @Id
    @GeneratedValue(strategy = GenerationType.AUTO)
    private Long id;
    @Column(name = "username")
    private String username;
    @Column(name = "password")
    private String password;
    // 省略getter和setter方法
}

在上述代码中，`@Entity`注解表示这是一个实体类，`@Table`注解指定了对应的表名。`@Id`注解表示该属性为主键，`@GeneratedValue`注解指定了主键的生成策略。`@Column`注解标识了与表字段的映射关系。

#### 4.2 Repository接口的定义和实现

接下来，我们需要定义一个Repository接口，用于定义对实体类的常用操作方法，如增删改查等。Spring Boot提供了`org.springframework.data.repository`包下的`CrudRepository`接口和`PagingAndSortingRepository`接口，分别提供了基本的CRUD操作和分页查询的功能。

下面是一个示例的Repository接口的定义：

@Repository
public interface UserRepository extends CrudRepository<User, Long> {
    User findByUsername(String username);
    List<User> findAllByOrderByIdDesc();
}

在上述代码中，`@Repository`注解表示该接口是一个Repository接口。`CrudRepository<User, Long>`表示该接口继承了CrudRepository接口，并指定了实体类和主键的类型。我们可以在接口中定义一些自定义的查询方法，如`findByUsername`和`findAllByOrderByIdDesc`等。

然后，我们需要为Repository接口提供一个实现类。Spring Boot可以根据命名规范自动生成该实现类的实例。对于上述的`UserRepository`接口，对应的实现类为`UserRepositoryImpl`，我们只需要提供一个空的该类即可。

@Repository
public class UserRepositoryImpl implements UserRepository {
    // 省略实现
}

#### 4.3 使用JPA进行数据访问

在完成实体类和Repository接口的定义后，我们就可以使用JPA进行数据访问了。在需要使用数据访问的地方，我们可以通过依赖注入的方式获取Repository实例，从而进行数据库的操作。

以下是一个使用JPA进行数据访问的示例代码：

@RestController
public class UserController {
    @Autowired
    private UserRepository userRepository;
    @GetMapping("/users/{id}")
    public User getUser(@PathVariable("id") Long id) {
        // 根据id查询用户
        return userRepository.findById(id).orElse(null);
    }
    @PostMapping("/users")
    public User saveUser(@RequestBody User user) {
        // 保存用户
        return userRepository.save(user);
    }
    // 省略其他方法
}

在上述代码中，我们使用了`@Autowired`注解将`UserRepository`实例注入到`UserController`中。然后，在具体的请求处理方法中，我们可以直接使用Repository实例进行数据库的操作，如根据id查询用户和保存用户等。

上述代码中的`@GetMapping`和`@PostMapping`等注解表示请求映射，用于定义URL路径和请求方法的匹配关系。其中，`@PathVariable`注解用于获取URL路径中的参数值，`@RequestBody`注解用于获取请求体中的参数值。

在使用JPA进行数据访问时，Spring Boot会根据实体类和Repository接口的定义，自动创建数据表和SQL语句，从而实现数据的持久化和访问。

#### 4.4 小结

使用JPA进行数据访问是Spring Boot中常用的方式之一。通过定义实体类和Repository接口，我们可以方便地进行数据库操作。借助JPA的强大功能，我们可以通过简单的代码实现复杂的数据库操作，提高开发效率和代码质量。但需要注意的是，合理地设计实体类和数据库表的映射关系，以及合理地使用@Repository、@Entity等注解，可以更好地发挥JPA的优势。

# 5. 使用MyBatis进行数据访问

在Spring Boot中，我们可以使用MyBatis框架进行数据访问。MyBatis是一个持久层框架，它提供了一种将SQL语句和Java代码进行解耦的方式，使得数据访问层的编写更加简洁和灵活。

#### 5.1 定义Mapper接口

在使用MyBatis进行数据访问之前，我们首先需要定义Mapper接口。Mapper接口是一个Java接口，用于定义与数据库操作相关的方法。

public interface UserMapper {
    User findUserById(Long id);
    void insertUser(User user);
    void updateUser(User user);
    void deleteUser(Long id);
}

在上述代码中，我们定义了一些与用户相关的数据库操作方法，包括根据用户ID查找用户、插入用户、更新用户和删除用户。

#### 5.2 编写SQL语句

接下来，我们需要编写对应的SQL语句。在MyBatis中，可以通过XML文件或注解的方式来编写SQL语句。这里我们选择使用注解的方式。

public interface UserMapper {
    @Select("SELECT * FROM users WHERE id = #{id}")
    User findUserById(Long id);
    @Insert("INSERT INTO users(name, age) VALUES(#{name}, #{age})")
    void insertUser(User user);
    @Update("UPDATE users SET name = #{name}, age = #{age} WHERE id = #{id}")
    void updateUser(User user);
    @Delete("DELETE FROM users WHERE id = #{id}")
    void deleteUser(Long id);
}

在上述代码中，我们使用了`@Select`、`@Insert`、`@Update`和`@Delete`注解来分别表示查询、插入、更新和删除操作。

#### 5.3 配置Mapper接口

为了让Spring Boot能够识别和使用Mapper接口，我们需要在配置类中进行配置。

@Configuration
@MapperScan("com.example.mapper") // 指定Mapper接口所在的包
public class MyBatisConfig {
}

在上述代码中，我们使用了`@MapperScan`注解来指定Mapper接口所在的包。这样，Spring Boot在启动时会自动扫描并注册这些Mapper接口的实例。

#### 5.4 使用Mapper接口进行数据访问

一旦配置完毕，我们就可以在业务逻辑中使用Mapper接口来进行数据访问了。

@Service
public class UserService {
    @Autowired
    private UserMapper userMapper;

    public User getUserById(Long id) {
        return userMapper.findUserById(id);
    }

    public void addUser(User user) {
        userMapper.insertUser(user);
    }

    public void updateUser(User user) {
        userMapper.updateUser(user);
    }

    public void deleteUser(Long id) {
        userMapper.deleteUser(id);
    }
}

在上述代码中，我们可以看到使用了`@Autowired`注解来自动注入UserMapper实例，然后就可以直接调用Mapper接口的方法来进行数据访问了。

以上就是使用MyBatis进行数据访问的基本步骤和方法。通过定义Mapper接口、编写SQL语句，并在配置类中进行配置，我们可以方便地使用MyBatis来实现数据访问功能。

# 6. 事务管理

在开发过程中，数据库事务是非常重要的一环。Spring Boot提供了强大的事务管理机制，使得我们能够轻松地处理数据访问操作中的事务。

### 6.1 声明式事务

在Spring Boot中，我们可以使用 `@Transactional` 注解来声明一个方法需要进行事务管理。只需要在需要事务管理的方法上添加该注解，即可在方法执行过程中自动开启、提交或回滚事务。

示例代码如下：

@Transactional
public void updateUserInfo(UserInfo userInfo) {
    // 执行数据库更新操作
}

在上述示例中，`updateUserInfo` 方法被声明为一个事务方法。当该方法被调用时，Spring Boot会自动开启一个事务，执行方法中的数据库更新操作。如果方法执行成功，则提交事务；如果方法执行失败，则回滚事务。这样，我们就能保证数据库操作的一致性。

### 6.2 事务的传播行为

在实际应用中，多个方法可能会相互调用，并且需要共享相同的事务。在这种情况下，我们需要考虑事务的传播行为。

Spring Boot提供了多种事务的传播行为选项，用于控制事务的范围和行为。常用的事务传播行为选项包括：

- `REQUIRED`（默认选项）：如果当前存在事务，则加入该事务，否则创建一个新的事务。

- `REQUIRES_NEW`：创建一个新的事务，并挂起当前事务。

- `NESTED`：如果当前存在事务，则在一个嵌套的事务内执行；如果当前没有事务，则创建一个新的事务。

示例代码如下：

@Transactional(propagation = Propagation.REQUIRES_NEW)
public void updateUserAddress(String userId, String newAddress) {
    // 更新用户地址
}

@Transactional(propagation = Propagation.NESTED)
public void createUserOrder(String userId, OrderInfo orderInfo) {
    // 创建用户订单
    updateUserAddress(userId, orderInfo.getAddress());
}

在上述示例中，`updateUserAddress` 方法和 `createUserOrder` 方法都被声明为事务方法。`createUserOrder` 方法内部调用了 `updateUserAddress` 方法，且使用了不同的事务传播行为选项。这样，当 `createUserOrder` 方法被调用时，会先创建一个新的事务，并执行 `updateUserAddress` 方法；而 `updateUserAddress` 方法则会在一个嵌套的事务内执行。

### 6.3 事务隔离级别的配置

事务隔离级别用于控制事务之间的可见性和并发性。Spring Boot中提供了多个事务隔离级别选项，可以根据实际需求进行配置。

常用的事务隔离级别选项包括：

- `DEFAULT`（默认选项）：使用数据库默认的事务隔离级别。

- `READ_UNCOMMITTED`：允许读取未提交的数据。

- `READ_COMMITTED`：只能读取已提交的数据。

- `REPEATABLE_READ`：可重复读取，即同一事务中多次读取相同数据时，结果保持一致。

- `SERIALIZABLE`：串行化，即完全隔离事务。

示例代码如下：

@Transactional(isolation = Isolation.REPEATABLE_READ)
public void updateUserAccount(String userId, double amount) {
    // 更新用户账户余额
}

在上述示例中，`updateUserAccount` 方法被声明为一个事务方法，并使用了 `REPEATABLE_READ` 的事务隔离级别选项。这样，在该方法的执行过程中，其他事务将无法修改被读取的数据，保证了数据的一致性。

## 6.4 总结

通过本章的介绍，我们了解了Spring Boot中的事务管理机制。我们可以使用 `@Transactional` 注解声明一个方法需要进行事务管理，同时可以配置事务的传播行为和隔离级别。事务管理在保障数据一致性和并发性方面起着重要的作用，因此在开发过程中需要谨慎处理。