[摘要] 文中對(duì)Hibernate檢索策略中內(nèi)存浪費(fèi)的原因進(jìn)行了研究，提出了采用查詢緩存和集合過濾的方法進(jìn)行查詢優(yōu)化， 降低了訪問數(shù)據(jù)庫的頻率且避免了在數(shù)據(jù)查詢檢索過程中加載不需要的Java對(duì)象，從而降低了的內(nèi)存消耗。最后，通過查詢網(wǎng)上購物系統(tǒng)中客戶的定單記錄試驗(yàn)驗(yàn)證了優(yōu)化方式的有效性。

[關(guān)鍵詞] Hibernate 查詢緩存 集合過濾 客戶 定單

在分層的軟件架構(gòu)中持久化層封裝了所有數(shù)據(jù)訪問細(xì)節(jié)，是對(duì)象-關(guān)系映射（ORM）的中間件，Hibernate是一種ORM中間件工具，它對(duì)JDBC API進(jìn)行了封裝，負(fù)責(zé)Java對(duì)象的持久化。Hibernate通過Session接口提供了基本的保存、更新、刪除和查詢，Session具有一個(gè)緩存，位于緩存中的對(duì)象處于持久化狀態(tài)，它和數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)記錄對(duì)應(yīng)，Session能夠在某些時(shí)間點(diǎn)按照緩存中持久化對(duì)象的屬性變化來同步更新數(shù)據(jù)庫。在Session的緩存中存放的是相互關(guān)聯(lián)的對(duì)象圖。在默認(rèn)情況下，當(dāng)Hibernate從數(shù)據(jù)庫中加載Java對(duì)象時(shí)，會(huì)同時(shí)加載所有關(guān)聯(lián)的Java對(duì)象，從而影響了系統(tǒng)的性能。本文以查詢網(wǎng)上購物系統(tǒng)中的客戶（Customer）和定單（Order）信息為例，介紹如何設(shè)置Hibernate的檢索策略，以優(yōu)化查詢性能。

一、常用查詢方法

設(shè)計(jì)兩個(gè)數(shù)據(jù)庫表， 表名為CUSTOMERS和ORDERS， 它們包含的基本字段及之間的關(guān)系如圖1：

Hibernate查詢客戶和定單信息的步驟為：

1.運(yùn)用反射機(jī)制，獲得customer對(duì)象的類型Customer.class。

2.參考對(duì)象-關(guān)系映射元數(shù)據(jù)，了解到和Customer類對(duì)應(yīng)的表為CUSTOMERS表，類Customer與類Order關(guān)聯(lián)，類Order和ORDERS表對(duì)應(yīng)，ORDERS表中外鍵CUSTOMER_ID參照CUSTOMERS表的主鍵ID。

3.根據(jù)映射信息，生成SQL語句：

select *from CUSTOMERS;

select *from ORDERS where CUSTOMERS_ID=1。

4.調(diào)用JDBC API，執(zhí)行以上SQL語句。Hibernate在檢索與Customer關(guān)聯(lián)的Order對(duì)象時(shí)，使用默認(rèn)的立即檢索策略。這種檢索策略存在三大不足：

(1)select語句的數(shù)目太多需要頻繁地訪問數(shù)據(jù)庫，會(huì)影響檢索性能。

(2)在應(yīng)用邏輯只需要訪問Customer對(duì)象，而不需要訪問Order對(duì)象的場(chǎng)合，加載Order對(duì)象完全是多余的操作，這些多余的Order對(duì)象浪費(fèi)了許多內(nèi)存空間。

(3)假定這個(gè)Customer對(duì)象與500個(gè)Order對(duì)象關(guān)聯(lián)，就會(huì)加載500個(gè)Order對(duì)象。在實(shí)際應(yīng)用中往往只需要訪問Orders集合中的部分Order對(duì)象．例如訪問客戶定單金額大于100的Order對(duì)象，此時(shí)調(diào)用customer.getOrders().iterator()方法會(huì)影響運(yùn)行時(shí)性能．因?yàn)樗鼤?huì)加載應(yīng)用程序不需要訪問的Order對(duì)象。

延遲檢索策略能避免多余加載應(yīng)用程序不需要訪問的關(guān)聯(lián)對(duì)象；但當(dāng)采用延遲檢索策略時(shí)，應(yīng)用程序如果希望訪問游離狀態(tài)的代理類實(shí)例，必須保證它作持久化狀態(tài)時(shí)已經(jīng)被初始化。迫切左外連接檢索策略則利用SQL的外連接查詢功能能夠減少select語句的數(shù)目；但缺點(diǎn)在于可能會(huì)加載應(yīng)用程序不需要訪問的對(duì)象，浪費(fèi)許多內(nèi)存空間，更雜的數(shù)據(jù)庫表連接也會(huì)影響檢索性能。

二、查詢性能優(yōu)化

Hibernate主要可從以下兩方面來優(yōu)化查詢性能。

1.使用查詢緩存降低訪問數(shù)據(jù)庫的頻率，減少select語句的數(shù)目；對(duì)于經(jīng)常使用的查詢語句如果啟用了查詢緩存．當(dāng)?shù)谝淮螆?zhí)行查詢語句時(shí)，Hibernate會(huì)把查詢結(jié)果存放在第二級(jí)緩存中。以后再次執(zhí)行該查詢語句時(shí)．只需從緩存中獲得查詢結(jié)果從而提高查詢性能。對(duì)查詢語句啟用查詢緩存的步驟如下：

(1)配置第二級(jí)緩存，在Customer.hbm.xml和 Order.hbm.xml映射文件中分別為Customer類、Customer類的orders集合以及Order類設(shè)置第二級(jí)緩存，

Customer.hbm.xml設(shè)置第二級(jí)緩存代碼：

name=“orders”

>

Order.hbm.xml設(shè)置第二級(jí)緩存代碼：

(2)在Hibernate的配置文件hibernate.properties中選用EHCache和設(shè)置查詢緩存屬性：

hibernate.cache.provider_class=net.sf.hibernate.cache.EhCacheProvi

Hibernate.cache.use_query_cache＝ture

(3)對(duì)于希望啟用查詢?cè)娴牟樵冋Z句．調(diào)用接口Query的setCacheable()方法：

Query orderByMoneyQuery=session.createQuery(“from Order o where o.money>:money”);

orderByMoneyQuery.setInteger(“money”， money);

orderByMoneyQuery. setCacheable(true);

如果希望更加精粒度地控制查詢?cè)?，可以設(shè)置緩存區(qū)域．

orderByMoneyQuery.setCacheRegion(“orderQueries”);

Hibernate提供了三種和查詢相關(guān)的緩存區(qū)域

①默認(rèn)的查詢緩存區(qū)域:net.sf. hibernate.cache.StandardQueryCache

②用戶自定義的查詢緩存區(qū)域：如“orderQueries”

③時(shí)間戳緩存區(qū)域: net.sf. hibernate.cache.UpdateTimestampCache

默認(rèn)的查詢緩存區(qū)域以及用戶自定義的查詢緩存區(qū)域部用于存放查詢結(jié)果。而時(shí)間戳緩存區(qū)域存放了對(duì)與查詢結(jié)果相關(guān)的表進(jìn)行插入、更新或刪除操作的時(shí)間戳。Hibernate通過時(shí)間戳緩存區(qū)域來判斷被緩存的查詢結(jié)果是否過期，它的運(yùn)行過程如下：

在T1時(shí)刻執(zhí)行查詢語句，把查詢結(jié)果存放在QueryCache域．該區(qū)域的時(shí)間戳為TI時(shí)刻。

在T2時(shí)刻對(duì)與查詢結(jié)果相關(guān)的表進(jìn)行插入、更新或刪除操作。Hibernate把T2時(shí)刻存放在UpdateTimestampCache區(qū)域。

在T3時(shí)刻執(zhí)行查詢語句前，先比較QueryCache區(qū)域的時(shí)間戳和UpdateTimestampCache區(qū)域的時(shí)間戳．如果T2>T1，那么就丟棄原先存放在QueryCache區(qū)域的查詢結(jié)果，重新到數(shù)據(jù)庫中查詢數(shù)據(jù)再把查詢結(jié)果存放在QueryCache區(qū)域；如果T2＜T1，直接從QueryCache區(qū)域獲得查詢結(jié)果。

由此可見，如果當(dāng)前應(yīng)用進(jìn)程對(duì)數(shù)據(jù)庫的相關(guān)數(shù)據(jù)做了修改，Hibernate會(huì)自動(dòng)刷新緩存的查詢結(jié)果。若其他應(yīng)用進(jìn)程對(duì)數(shù)據(jù)庫的相關(guān)數(shù)據(jù)做了修改，Hibernate無法監(jiān)測(cè)到這一變化，此時(shí)由應(yīng)用程序負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)這一變化（如通過發(fā)送和接收事件或消息機(jī)制），然后手工刷新查詢結(jié)果。Query接口的setForceCacheRefresh(true)方法允許手工刷新查詢結(jié)果，它使得Hibernate丟棄查詢緩存區(qū)域中已有的查詢結(jié)果，重新到數(shù)據(jù)庫中查詢數(shù)據(jù)．再把查詢結(jié)果存放在查詢緩存區(qū)域中。

2.使用集合過濾避免多余加載程序不需要訪問的數(shù)據(jù)

使用集合過濾可以很好避免加載多余的Order對(duì)象，其主要代碼如下：

List result=session.createFilter(customer.getOrders()，“where this.money>100 order by this.money”).list();

Iterator it=result.iterator();

While(it.hasNext()){

Order order=(Order)it.next();

……

}

代碼中Session接口的createFilter方法用來過濾集合，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)如果Customer對(duì)象orders集會(huì)已經(jīng)被初始化，為了保證Session的緩存中不會(huì)出現(xiàn)OID相同的Order對(duì)象，Query的list()方法不會(huì)再創(chuàng)建Order對(duì)象，僅僅返回已經(jīng)存在的Order對(duì)象的引用。其運(yùn)行時(shí)行為如圖2所示：

(2)如果Customer對(duì)象的orders集合還沒有被初始化，Query的list()方法會(huì)創(chuàng)建相應(yīng)的Order對(duì)象。但是不會(huì)初始化Customer對(duì)象的orders集合。其運(yùn)行時(shí)行為如圖3所示：

三、試驗(yàn)分析

這里通過檢索某客戶定單金額大于100元的所有定單試驗(yàn)來驗(yàn)證改進(jìn)前后的性能情況。

按照立即檢索策略我們一次從數(shù)據(jù)庫中讀取客戶ID=1的所有訂單（共500條記錄）中金額大于100元的所有記錄（共200條記錄），然后按照改進(jìn)后的方式我們從數(shù)據(jù)庫中讀取上述記錄?？紤]到Java虛擬機(jī)的垃圾收集機(jī)制和降低試驗(yàn)誤差，兩種的檢索方式分別做五次，取平均值。開發(fā)軟件采jdk1.5.0+Tomcat5.0.24，數(shù)據(jù)庫采用MySQL5.0.2。

結(jié)果如下:

1.采用立即檢索策略

第一次查詢前、后Java虛擬機(jī)內(nèi)存占用率分別為:23065K、26643K，查詢結(jié)果占3578K;

第二次查詢前、后Java虛擬機(jī)內(nèi)存占用率分別為:22990K、26662K，查詢結(jié)果占用3672K;

第三次查詢前、后Java虛擬機(jī)內(nèi)存占用率分別為:22998K、26580K，查詢結(jié)果占用3590K;

第四次查詢前、后Java虛擬機(jī)內(nèi)存占用率分別為:22967K、26597K，查詢結(jié)果占用3612K;

第五次查詢前、后Java虛擬機(jī)內(nèi)存占用率分別為:22978K、26574K，查詢結(jié)果占用3596K;

查詢結(jié)果平均內(nèi)存占用為3609K。

2.同時(shí)采用查詢緩存和集合過濾檢索策略

第一次查詢前、后Java虛擬機(jī)內(nèi)存占用率分別為:23070K、24032K，查詢結(jié)果占用962K;

第二次查詢前、后Java虛擬機(jī)內(nèi)存占用率分別為:23012K、23909K，查詢結(jié)果占用897K;

第三次查詢前、后Java虛擬機(jī)內(nèi)存占用率分別為:22993K、23949K，查詢結(jié)果占用956K;

第四次查詢前、后Java虛擬機(jī)內(nèi)存占用率分別為:22812K、23747K，查詢結(jié)果占用935K;

第五次查詢前、后Java虛擬機(jī)內(nèi)存占用率分別為:22991K、23904K，查詢結(jié)果占用913K;

查詢結(jié)果平均內(nèi)存占用為932K。

從試驗(yàn)結(jié)果可知：采用本文所述的方式進(jìn)行查詢優(yōu)化操作，節(jié)約了大量的內(nèi)存，當(dāng)進(jìn)行大量數(shù)據(jù)查詢時(shí)，效果十分明顯。

四、結(jié)語

Hibernate在持久化過程中由于采用立即檢索策略，導(dǎo)致加載了不需要的Java 對(duì)象和頻繁訪問數(shù)據(jù)庫，占用了大量的內(nèi)存。采用本文介紹的查詢緩存和集合過濾檢索策略，可以解決立即檢索策略中存在的問題，并且沒有增加開發(fā)人員的工作量，是減少內(nèi)存消耗的有效方法。

參考文獻(xiàn):

[1]唐慕瑾徐伯慶孫國(guó)強(qiáng):Java 類的動(dòng)態(tài)裝載機(jī)制及其在設(shè)計(jì)模式中的應(yīng)用[J].上海理工大學(xué)學(xué)報(bào)， 2004，26(1):80-84

[2]孫衛(wèi)琴:精通HIBERNATE: Java對(duì)象持久化技術(shù)詳解[M].北京:電子工業(yè)出版社，2005

[3]何錚陳志剛:對(duì)象/關(guān)系映射框架的研究與應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用， 2003，39 (26):188-191，194

[4]Hibernate 官方網(wǎng)站. [EB/OL]http://www.hibernate.org