MyBatis工作原理详解

1. MyBatis简介

1.1 什么是MyBatis

MyBatis是一个优秀的持久层框架，它支持自定义SQL、存储过程以及高级映射。MyBatis几乎消除了JDBC代码和参数的手动设置以及结果集的检索。MyBatis使用简单的XML或注解进行配置，将接口和Java的POJO（Plain Old Java Objects，普通的Java对象）映射到数据库中的记录。

与其他ORM框架不同，MyBatis并没有将Java对象与数据库表关联起来，而是将方法与SQL语句关联。MyBatis让开发人员可以使用更自然的面向对象的方式来操作数据库。

1.2 MyBatis解决的问题

1. 简化JDBC操作：MyBatis大大简化了JDBC操作，减少了手动编写JDBC代码的工作量。
2. SQL与代码分离：MyBatis将SQL语句与Java代码分离，便于维护和管理。
3. 参数映射：自动将Java对象映射到SQL语句的参数中。
4. 结果映射：自动将SQL查询结果映射为Java对象。
5. 支持动态SQL：可以根据不同的条件动态生成SQL语句。
6. 缓存机制：提供一级缓存和二级缓存，提高查询效率。

1.3 与JDBC、Hibernate的对比

特性	JDBC	MyBatis	Hibernate
开发效率	低	中	高
灵活性	高	高	中
学习曲线	陡峭	平缓	较陡峭
SQL控制	完全手动	自定义	自动生成
性能	依赖优化	高	中
映射关系	无	SQL映射	对象-关系映射

1.4 基本工作流程概览

MyBatis的基本工作流程如下：

1. 应用程序调用MyBatis的API访问数据库
2. MyBatis根据配置文件创建SqlSessionFactory
3. 通过SqlSessionFactory获取SqlSession实例
4. SqlSession完成数据库操作
5. 业务逻辑处理完成后关闭SqlSession

// 基本工作流程示例代码
// 1. 读取配置文件
InputStream inputStream = Resources.getResourceAsStream("mybatis-config.xml");
// 2. 构建SqlSessionFactory
SqlSessionFactory sqlSessionFactory = new SqlSessionFactoryBuilder().build(inputStream);
// 3. 打开SqlSession
SqlSession session = sqlSessionFactory.openSession();
try {
   
    // 4. 执行SQL语句
    User user = session.selectOne("org.mybatis.example.UserMapper.getUserById", 1);
    // 5. 处理结果
    System.out.println(user.getName());
} finally {
   
    // 6. 关闭SqlSession
    session.close();
}

2. MyBatis核心组件

MyBatis框架的核心组件构成了其工作原理的基础。每个组件都有其特定的功能和作用，它们协同工作，完成从Java对象到数据库操作的转换。

2.1 SqlSessionFactoryBuilder

SqlSessionFactoryBuilder是MyBatis的入口，用于构建SqlSessionFactory实例。它可以从XML配置文件或Configuration类构建SqlSessionFactory。

// 从XML文件创建SqlSessionFactory
String resource = "mybatis-config.xml";
InputStream inputStream = Resources.getResourceAsStream(resource);
SqlSessionFactory sqlSessionFactory = new SqlSessionFactoryBuilder().build(inputStream);

// 从Java配置类创建SqlSessionFactory
Configuration configuration = new Configuration();
// ... 配置属性和映射
SqlSessionFactory sqlSessionFactory = new SqlSessionFactoryBuilder().build(configuration);

SqlSessionFactoryBuilder的作用就是读取配置信息并创建SqlSessionFactory对象。一旦创建了SqlSessionFactory，就不再需要SqlSessionFactoryBuilder了，它可以被回收或销毁。

2.2 SqlSessionFactory

SqlSessionFactory是MyBatis的核心接口，它用于创建SqlSession实例。SqlSessionFactory的生命周期应该与应用程序的生命周期相同，通常情况下，我们只需要一个SqlSessionFactory实例。

// 创建默认的SqlSession
SqlSession session = sqlSessionFactory.openSession();

// 创建自动提交的SqlSession
SqlSession autoCommitSession = sqlSessionFactory.openSession(true);

// 创建指定事务隔离级别的SqlSession
SqlSession isolatedSession = sqlSessionFactory.openSession(TransactionIsolationLevel.READ_COMMITTED);

// 创建指定执行器类型的SqlSession
SqlSession batchSession = sqlSessionFactory.openSession(ExecutorType.BATCH);

SqlSessionFactory是线程安全的，可以被多个线程共享。它通常在应用程序启动时创建，并在应用程序结束时销毁。

2.3 SqlSession

SqlSession是MyBatis的主要接口，通过它可以执行SQL命令、获取映射器（Mapper）、管理事务。SqlSession是线程不安全的，每个线程应该有自己的SqlSession实例。

SqlSession session = sqlSessionFactory.openSession();
try {
   
    // 执行SQL语句
    List<User> users = session.selectList("org.mybatis.example.UserMapper.getAllUsers");
    
    // 插入数据
    User newUser = new User("Tom", "[email protected]");
    session.insert("org.mybatis.example.UserMapper.insertUser", newUser);
    
    // 更新数据
    User userToUpdate = session.selectOne("org.mybatis.example.UserMapper.getUserById", 1);
    userToUpdate.setName("Updated Name");
    session.update("org.mybatis.example.UserMapper.updateUser", userToUpdate);
    
    // 删除数据
    session.delete("org.mybatis.example.UserMapper.deleteUser", 2);
    
    // 提交事务
    session.commit();
} catch (Exception e) {
   
    // 回滚事务
    session.rollback();
    throw e;
} finally {
   
    // 关闭SqlSession
    session.close();
}

SqlSession的生命周期应该是请求作用域的，即一个请求一个SqlSession，请求结束后关闭SqlSession。

2.4 Mapper接口

Mapper接口是MyBatis中用于定义数据库操作的接口。MyBatis会为Mapper接口创建动态代理对象，通过代理对象执行SQL语句。

// 定义Mapper接口
public interface UserMapper {
   
    User getUserById(int id);
    List<User> getAllUsers();
    void insertUser(User user);
    void updateUser(User user);
    void deleteUser(int id);
}

// 使用Mapper接口
SqlSession session = sqlSessionFactory.openSession();
try {
   
    UserMapper userMapper = session.getMapper(UserMapper.class);
    
    // 查询
    User user = userMapper.getUserById(1);
    List<User> allUsers = userMapper.getAllUsers();
    
    // 插入
    User newUser = new User("Tom", "[email protected]");
    userMapper.insertUser(newUser);
    
    // 更新
    user.setName("Updated Name");
    userMapper.updateUser(user);
    
    // 删除
    userMapper.deleteUser(2);
    
    session.commit();
} finally {
   
    session.close();
}

Mapper接口的好处是可以使用Java接口和方法，而不必直接使用字符串调用SQL语句，这样可以提供编译时类型检查，减少运行时错误。

2.5 Executor

Executor是MyBatis的核心接口之一，负责执行SQL语句。MyBatis有三种内置的Executor类型：

1. SIMPLE：默认的Executor，每执行一次更新操作（update、insert、delete）就提交一次事务。
2. REUSE：重用预处理语句（PreparedStatement）。
3. BATCH：批量执行所有更新语句。

// 在配置文件中设置默认的Executor类型
<settings>
  <setting name="defaultExecutorType" value="REUSE" />
</settings>

// 在代码中指定Executor类型
SqlSession batchSession = sqlSessionFactory.openSession(ExecutorType.BATCH);

虽然Executor是MyBatis内部的接口，但了解它的作用有助于理解MyBatis的工作原理和优化查询性能。

2.6 StatementHandler

StatementHandler负责处理JDBC Statement的创建、设置参数、执行SQL语句以及获取结果。

// MyBatis内部的StatementHandler接口
public interface StatementHandler {
   
  Statement prepare(Connection connection, Integer transactionTimeout);
  void parameterize(Statement statement);
  void batch(Statement statement);
  int update(Statement statement);
  <E> List<E> query(Statement statement, ResultHandler resultHandler);
  BoundSql getBoundSql();
  ParameterHandler getParameterHandler();
}

StatementHandler将Java对象转换为JDBC可以执行的Statement对象，它处理了从Java参数到SQL参数的转换，以及从SQL结果到Java对象的转换。

2.7 ParameterHandler

ParameterHandler负责将用户传入的参数转换为JDBC Statement中需要的参数。

// MyBatis内部的ParameterHandler接口
public interface ParameterHandler {
   
  Object getParameterObject();
  void setParameters(PreparedStatement ps);
}

ParameterHandler处理SQL语句中的占位符（?）和实际参数值之间的映射关系，它将Java对象的属性值设置到JDBC PreparedStatement中。

2.8 ResultSetHandler

ResultSetHandler负责将JDBC返回的ResultSet结果集转换为Java对象。

// MyBatis内部的ResultSetHandler接口
public interface ResultSetHandler {
   
  <E> List<E> handleResultSets(Statement stmt);
  <E> Cursor<E> handleCursorResultSets(Statement stmt);
  void handleOutputParameters(CallableStatement cs);
}

ResultSetHandler将数据库查询结果映射为Java对象，它处理了从数据库字段到Java对象属性的转换。

3. MyBatis工作流程详解

MyBatis的工作流程可以分为初始化阶段和执行阶段两部分。

3.1 初始化阶段

初始化阶段主要完成以下工作：

1. 解析配置文件：MyBatis首先解析mybatis-config.xml配置文件，读取全局配置和映射文件位置。
2. 解析映射文件：解析所有Mapper.xml映射文件，建立SQL语句和对应方法的映射关系。
3. 创建会话工厂：创建SqlSessionFactory实例，准备生成SqlSession。

// 初始化阶段示例代码
// 1. 读取配置文件
String resource = "mybatis-config.xml";
InputStream inputStream = Resources.getResourceAsStream(resource);

// 2. 创建SqlSessionFactoryBuilder对象
SqlSessionFactoryBuilder builder = new SqlSessionFactoryBuilder();

// 3. 创建SqlSessionFactory对象
SqlSessionFactory factory = builder.build(inputStream);

// 至此，初始化阶段完成

在初始化阶段，MyBatis会解析所有XML配置文件，构建内部的Configuration对象，该对象包含了MyBatis运行所需的所有配置信息。

3.1.1 配置文件解析过程

MyBatis会按照以下顺序解析配置文件中的元素：

1. properties：读取属性配置文件。
2. settings：全局参数设置。
3. typeAliases：类型别名。
4. typeHandlers：类型处理器。
5. objectFactory：对象工厂。
6. plugins：插件。
7. environments：环境配置（数据源、事务管理器）。
8. databaseIdProvider：数据库厂商标识。
9. mappers：映射器。

DOCTYPE configuration
  PUBLIC "-//mybatis.org//DTD Config 3.0//EN"
  "http://mybatis.org/dtd/mybatis-3-config.dtd">
<configuration>
  
  <properties resource="org/mybatis/example/config.properties">
    <property name="username" value="dev_user"/>
    <property name="password" value="F2Fa3!33TYyg"/>
  properties>
  
  
  <settings>
    <setting name="cacheEnabled" value="true"/>
    <setting name="lazyLoadingEnabled" value="true"/>
    <setting name="aggressiveLazyLoading" value="false"/>
  settings>
  
  
  <typeAliases>
    <typeAlias alias="User" type="org.mybatis.example.User"/>
    <package name="org.mybatis.example"/>
  typeAliases>
  
  
  <environments default="development">
    <environment id="development">
      <transactionManager type="JDBC"/>
      <dataSource type="POOLED">
        <property name="driver" value="${driver}"/>
        <property name="url" value="${url}"/>
        <property name="username" value="${username}"/>
        <property name="password" value="${password}"/>
      dataSource>
    environment>
  environments>
  
  
  <mappers>
    <mapper resource="org/mybatis/example/UserMapper.xml"/>
    <package name="org.mybatis.example"/>
  mappers>
configuration>

3.1.2 映射文件解析过程

映射文件（Mapper.xml）定义了SQL语句和参数映射、结果映射等。MyBatis会解析这些文件，构建内存中的映射关系。

DOCTYPE mapper
  PUBLIC "-//mybatis.org//DTD Mapper 3.0//EN"
  "http://mybatis.org/dtd/mybatis-3-mapper.dtd">
<mapper namespace="org.mybatis.example.UserMapper">
  <select id="getUserById" resultType="User">
    SELECT * FROM users WHERE id = #{id}
  select>
  
  <select id="getAllUsers" resultType="User">
    SELECT * FROM users
  select>
  
  <insert id="insertUser" parameterType="User">
    INSERT INTO users (name, email) VALUES (#{name}, #{email})
  insert>
  
  <update id="updateUser" parameterType="User">
    UPDATE users SET name = #{name}, email = #{email} WHERE id = #{id}
  update>
  
  <delete id="deleteUser" parameterType="int">
    DELETE FROM users WHERE id = #{id}
  delete>
mapper>

解析过程中，MyBatis会将每个SQL语句解析为一个MappedStatement对象，该对象包含了SQL语句的id、参数映射、结果映射、SQL语句类型等信息。

3.2 执行阶段

执行阶段主要完成以下工作：

1. 创建会话：从SqlSessionFactory获取SqlSession。
2. 绑定映射器：获取Mapper接口的代理对象。
3. 执行SQL：调用Mapper方法，执行对应的SQL语句。
4. 处理结果：将查询结果映射为Java对象。
5. 释放资源：关闭SqlSession。

// 执行阶段示例代码
// 1. 从SqlSessionFactory获取SqlSession
SqlSession session = factory.openSession();

try {
   
    // 2. 获取Mapper接口代理对象
    UserMapper userMapper = session.getMapper(UserMapper.class);
    
    // 3. 执行SQL语句
    User user = userMapper.getUserById(1);
    
    // 4. 处理结果
    System.out.println("User found: " + user.getName());
    
    // 执行更新操作
    user.setName("New Name");
    userMapper.updateUser(user);
    
    // 提交事务
    session.commit();
} catch (Exception e) {
   
    // 回滚事务
    session.rollback();
} finally {
   
    // 5. 关闭SqlSession
    session.close();
}

3.2.1 Mapper代理对象的创建

当我们调用session.getMapper(UserMapper.class)时，MyBatis会为UserMapper接口创建一个动态代理对象。代理对象会拦截接口方法的调用，转而执行对应的SQL语句。

// MyBatis内部为Mapper创建代理对象的示意代码
public class MapperProxy<T> implements InvocationHandler {
   
    private final SqlSession sqlSession;
    private final Class<T> mapperInterface;
    private final Map<Method, MapperMethod> methodCache;
    
    // 构造方法等省略...
    
    @Override
    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
   
        // 如果是Object类方法，直接调用
        if (Object.class.equals(method.getDeclaringClass())) {
   
            return method.invoke(this, args);
        }
        
        // 从缓存中获取MapperMethod
        MapperMethod mapperMethod = methodCache.computeIfAbsent(method,
            k -> new MapperMethod(mapperInterface, method, sqlSession.getConfiguration()));
        
        // 执行SQL语句
        return mapperMethod.execute(sqlSession, args);
    }
}

3.2.2 SQL语句的执行流程

当调用Mapper接口的方法时，MyBatis会执行以下步骤：

1. 获取MappedStatement：根据方法的完全限定名找到对应的MappedStatement。
2. 创建Executor：根据配置创建Executor实例。
3. 创建StatementHandler：根据SQL类型创建StatementHandler实例。
4. 创建ParameterHandler：负责处理参数映射。
5. 创建ResultSetHandler：负责处理结果集映射。
6. 执行SQL：调用JDBC API执行SQL语句。
7. 处理结果：将ResultSet映射为Java对象。

// 以查询为例，MyBatis内部执行SQL的简化流程

// 1. 从Configuration获取MappedStatement
MappedStatement ms = configuration.getMappedStatement("org.mybatis.example.UserMapper.getUserById");

// 2. 创建执行器
Executor executor = configuration.newExecutor(transaction, executorType);

// 3. 创建StatementHandler
StatementHandler handler = configuration.newStatementHandler(executor, ms, parameter, rowBounds, resultHandler, boundSql);

// 4. 准备Statement
Statement stmt = handler.prepare(connection, transactionTimeout);

// 5. 设置参数
handler.parameterize(stmt);

// 6. 执行查询
List<User> users = handler.query(stmt, resultHandler);

// 7. 关闭Statement
stmt.close();

3.2.3 一次完整的查询示例分析

以下是一个完整的查询操作示例，从调用Mapper方法到返回结果的全过程：

// 应用代码
UserMapper userMapper = session.getMapper(UserMapper.class);
User user = userMapper.getUserById(1);

// 内部执行流程：
// 1. 获取MapperProxy代理对象
// 2. 调用MapperProxy.invoke方法
// 3. 获取MapperMethod对象
// 4. 调用MapperMethod.execute方法
// 5. 根据方法类型（SELECT）调用SqlSession.selectOne方法
// 6. SqlSession委托给Executor执行查询
// 7. Executor创建StatementHandler
// 8. StatementHandler创建Statement并设置参数
// 9. StatementHandler执行查询并返回结果集
// 10. ResultSetHandler将结果集映射为User对象
// 11. 返回User对象给应用代码

这个流程展示了MyBatis如何将一个简单的接口方法调用转换为复杂的数据库操作，同时隐藏了底层的JDBC细节。

4. 配置文件详解

MyBatis的配置文件是其工作的基础，主要包括主配置文件（mybatis-config.xml）和映射文件（Mapper.xml）。

4.1 主配置文件

mybatis-config.xml是MyBatis的全局配置文件，它定义了MyBatis的行为方式。

4.1.1 properties元素

properties元素用于定义属性，这些属性可以在整个配置文件中被引用。

<properties resource="org/mybatis/example/config.properties">
  <property name="username" value="dev_user"/>
  <property name="password" value="F2Fa3!33TYyg"/>
properties>


<dataSource type="POOLED">
  <property name="driver" value="${driver}"/>
  <property name="url" value="${url}"/>
  <property name="username" value="${username}"/>
  <property name="password" value="${password}"/>
dataSource>

properties元素可以从外部文件加载属性，也可以直接在配置文件中定义属性。

4.1.2 settings元素

settings元素用于更改MyBatis的运行时行为。

<settings>
  <setting name="cacheEnabled" value="true"/>
  <setting name="lazyLoadingEnabled" value="true"/>
  <setting name="multipleResultSetsEnabled" va