張艷明，檀 明，鄒 樂

（合肥學(xué)院 網(wǎng)絡(luò)與智能信息處理重點實驗室，合肥 230601）

一、引言

數(shù)據(jù)是一個應(yīng)用系統(tǒng)的核心，應(yīng)用系統(tǒng)所有功能的運行都依賴于數(shù)據(jù)的支持。企業(yè)級JavaEE應(yīng)用系統(tǒng)大多使用數(shù)據(jù)庫技術(shù)來存儲應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)訪問層則是應(yīng)用系統(tǒng)中運行數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫中存儲數(shù)據(jù)之間的交互，主要包括數(shù)據(jù)的查詢、添加、修改和刪除等操作。

本文在分析JavaEE應(yīng)用系統(tǒng)現(xiàn)有數(shù)據(jù)訪問層解決方案的基礎(chǔ)上，提出一種輕量級、可重用的數(shù)據(jù)訪問層組件實現(xiàn)方案，并應(yīng)用于合肥學(xué)院高校實驗室管理平臺項目。該方案可用于構(gòu)建企業(yè)級應(yīng)用系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)訪問層，具有實際意義和價值。

二、數(shù)據(jù)訪問層

（一）JavaEE數(shù)據(jù)訪問層

根據(jù)軟件分層設(shè)計思想的指導(dǎo)，JavaEE應(yīng)用通常被劃分為四個層次：表示層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)訪問層和數(shù)據(jù)庫層。其中，數(shù)據(jù)訪問層［1］是在對象／關(guān)系數(shù)據(jù)庫之間提供一個成功的企業(yè)級別的映射解決方案。它代表系統(tǒng)中一個相對獨立、界限明確的邏輯層次，創(chuàng)建一個集成數(shù)據(jù)庫存取邏輯的門戶，屏蔽對底層數(shù)據(jù)庫訪問的依賴性以及不同數(shù)據(jù)庫之間的差異性［2］，向開發(fā)人員提供透明的數(shù)據(jù)持久化機制。數(shù)據(jù)訪問層由業(yè)務(wù)邏輯層通過接口調(diào)用，使系統(tǒng)以更松散的形式耦合，較好地達到易于維護和擴展的目標(biāo)［3］。

（二）常見數(shù)據(jù)訪問層

目前數(shù)據(jù)訪問層的實現(xiàn)有多種解決方案，如JDBC、EJB、ORM 等［4］。JDBC是最原始的數(shù)據(jù)訪問方法，在程序中直接編寫SQL語句進行數(shù)據(jù)庫存取，存在開發(fā)效率低下的問題。EJB實體Bean采用CMP管理策略，封裝數(shù)據(jù)訪問細(xì)節(jié)，開發(fā)人員不必編寫SQL語句，但EJB實體Bean必須運行在EJB容器之中，運行環(huán)境受限，開發(fā)難度也較大。ORM（Object－Relation Mapping，對象關(guān)系映射）是目前廣泛采用的一種數(shù)據(jù)訪問層實現(xiàn)方案，Hibernate作為其中的代表者，對JDBC做了輕量級的封裝，提高了程序員開發(fā)效率，但Hibernate的設(shè)計過于靈活，運用不慎反而會導(dǎo)致程序運行效率低下。

三、基于XML－關(guān)系映射數(shù)據(jù)訪問層的總體設(shè)計

（一）數(shù)據(jù)訪問層設(shè)計思路

XML具有自描述的特征，XML數(shù)據(jù)已經(jīng)成為互聯(lián)網(wǎng)上流行的數(shù)據(jù)表示格式以及應(yīng)用系統(tǒng)中數(shù)據(jù)交換的開放標(biāo)準(zhǔn)［5－6］?；赬ML－關(guān)系映射數(shù)據(jù)訪問層利用Java與XML技術(shù)相結(jié)合的優(yōu)勢，采用XML作為數(shù)據(jù)訪問層的數(shù)據(jù)交互格式，提供一種XML格式數(shù)據(jù)與關(guān)系數(shù)據(jù)之間的映射轉(zhuǎn)換方法，實現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)庫操作。

（二）數(shù)據(jù)訪問層總體架構(gòu)

基于XML－關(guān)系映射數(shù)據(jù)訪問層主要包括數(shù)據(jù)庫模型組件、數(shù)據(jù)訪問控制組件和SQL動態(tài)構(gòu)建組件。數(shù)據(jù)庫模型組件負(fù)責(zé)針對關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的表、視圖等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行建模，構(gòu)建一組數(shù)據(jù)庫模型類用以描述表名稱、字段屬性以及表之間關(guān)聯(lián)關(guān)系等。數(shù)據(jù)庫訪問控制組件和SQL動態(tài)構(gòu)建組件負(fù)責(zé)在系統(tǒng)運行階段，根據(jù)數(shù)據(jù)庫模型組件封裝的元數(shù)據(jù)信息，結(jié)合輸入的XML格式數(shù)據(jù)，動態(tài)構(gòu)造出數(shù)據(jù)庫存取訪問的SQL語句，自動完成數(shù)據(jù)庫增刪改查操作。該數(shù)據(jù)訪問層支持XML到數(shù)據(jù)庫以及數(shù)據(jù)庫查詢結(jié)果到XML之間的雙向映射轉(zhuǎn)換，位于數(shù)據(jù)庫層和業(yè)務(wù)層之間，總體架構(gòu)如圖1所示。

四、數(shù)據(jù)訪問層的實現(xiàn)

（一）數(shù)據(jù)庫模型組件

通過PowerDesigner工具提供的API接口，對設(shè)計階段生成的數(shù)據(jù)庫物理模型進行編程，生成用以描述數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)信息的一個XML文件。啟動運行時，由系統(tǒng)引擎對該XML文件進行解析，構(gòu)建數(shù)據(jù)庫模型組件。

以合肥學(xué)院高校實驗室管理平臺中的實驗室表和實驗室人員表（主從關(guān)系）為例，其數(shù)據(jù)庫物理模型（部分）如下所示：

其生成的數(shù)據(jù)庫描述XML文件部分內(nèi)容如下：

以上XML內(nèi)容描述了數(shù)據(jù)庫“實驗室表”sys＿sys和“實驗室人員表”sys＿sysry的基本結(jié)構(gòu)，包括字段信息和表關(guān)聯(lián)信息等。其中，“實驗室表”中的字段“所屬實驗室”fk＿sys＿sssys＿i為外鍵字段，參照“實驗室表”sys＿sys的主鍵，cascade＝“0”表示針對主表sys＿sys進行更新操作時不級聯(lián)更新從表sys＿sysry。XML文件中的其他描述信息，primary代表是否為主鍵，foreignkey代表是否為外鍵，mandatory代表是否允許為空，datatype代表數(shù)據(jù)類型。

針對數(shù)據(jù)庫描述XML文件，系統(tǒng)運行時自動解析生成的數(shù)據(jù)庫模型組件包括DataBaseTable、Data－BaseColumn等。DataBaseTable類封裝一張表的基本信息，DataBaseColunmn類封裝一個表字段的基本信息。

（二）數(shù)據(jù)訪問控制組件

數(shù)據(jù)訪問控制組件負(fù)責(zé)XML格式數(shù)據(jù)與關(guān)系數(shù)據(jù)之間的映射轉(zhuǎn)換，支持在一個XML文檔中包含多個表的數(shù)據(jù)。表之間可以是主從關(guān)系，主從關(guān)系可以嵌套。針對增刪改等更新操作，將業(yè)務(wù)層傳遞過來的XML格式數(shù)據(jù)持久化進關(guān)系數(shù)據(jù)庫，針對查詢操作，對數(shù)據(jù)庫查詢返回的結(jié)果集轉(zhuǎn)換為XML格式數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)訪問控制組件的主要方法如表1。

表1 數(shù)據(jù)訪問控制組件主要方法描述

以添加實驗室及實驗室所屬人員的操作為例，下面是描述信息添加的XML部分?jǐn)?shù)據(jù)內(nèi)容。

definition屬性action定義具體操作，“0”代表插入操作。以上XML內(nèi)容表示向數(shù)據(jù)庫“實驗室表”sys＿sys添加一條實驗室基本信息，同時向“實驗室人員表”sys＿sysry添加兩條實驗室所屬人員信息。文檔元素名與數(shù)據(jù)表名一致，元素屬性名與表字段名稱一致。

數(shù)據(jù)訪問控制組件的xmlDataToDB方法采用DOM4J技術(shù)，遍歷XML文檔樹節(jié)點數(shù)據(jù)，利用遞歸算法完成對主從表的數(shù)據(jù)添加。部分代碼片段如下：

其中，executeInsertSQL方法負(fù)責(zé)動態(tài)生成具體的插入SQL語句，完成對數(shù)據(jù)庫的實際更新。該方法由SQL動態(tài)構(gòu)建組件提供。

（三）SQL動態(tài)構(gòu)建組件

數(shù)據(jù)訪問控制組件的運行依賴于SQL動態(tài)構(gòu)建組件。SQL動態(tài)構(gòu)建組件調(diào)用底層JDBC函數(shù)，完成具體的數(shù)據(jù)庫操作，主要包括executeInsertSQL、executeUpdateSQL、executeDeleteSQL、execute－QuerySQL等方法。該組件的實現(xiàn)重點是能夠支持大部分可用JDBC訪問的數(shù)據(jù)庫，支持字符串形式的XML元素屬性值與關(guān)系數(shù)據(jù)庫表不同類型字段之間的映射，支持大尺寸數(shù)據(jù)字段，支持事務(wù)控制。

以執(zhí)行添加SQL語句的executeInsertSQL方法為例，動態(tài)SQL語句生成組件利用一個List保存XML文檔樹當(dāng)前元素的所有屬性對象，代表要插入數(shù)據(jù)表的一組字段對象，利用另一個List保存各字段在數(shù)據(jù)表中的實際類型值。表字段的實際類型可通過數(shù)據(jù)庫模型組件獲得，數(shù)據(jù)庫模型組件封裝了數(shù)據(jù)庫描述XML文件的所有相關(guān)信息，包括具體字段類型。之后，組件從兩個List中逐一取出數(shù)據(jù)，根據(jù)具體字段類型，調(diào)用JDBC底層函數(shù)完成相應(yīng)賦值。在這一過程中，SQL動態(tài)構(gòu)建組件會調(diào)用數(shù)據(jù)庫方言工廠類方法獲取具體數(shù)據(jù)庫方言，針對不同數(shù)據(jù)庫構(gòu)造特定的SQL實現(xiàn)。

五、結(jié)束語

本文在分析JavaEE應(yīng)用系統(tǒng)現(xiàn)有數(shù)據(jù)訪問層技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出一種基于XML－關(guān)系數(shù)據(jù)映射和轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)訪問層組件實現(xiàn)方案，實現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問和業(yè)務(wù)邏輯相分離，使系統(tǒng)層次清晰，具有較好的靈活性和可擴展性。在此基礎(chǔ)上，通過合肥學(xué)院高校實驗室管理平臺項目闡述了關(guān)鍵技術(shù)和實現(xiàn)方法。該系統(tǒng)在實際運行中性能穩(wěn)定，效果良好。

［1］ 〔美〕理查德·森.POJOS in action（中文版）：用輕量級框架開發(fā)企業(yè)應(yīng)用［M］.李琳驍，王海龍，譯.北京：電子工業(yè)出版社，2007：95－148.

［2］ 王合闖，盧涵宇.數(shù)據(jù)訪問模型和數(shù)據(jù)訪問層構(gòu)造器的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.微電子學(xué)與計算機，2011，28（5）：1－3.

［3］ 堯怡隴，葉松.基于接口多層架構(gòu)的 WTTVS實時監(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計［J］.計算機應(yīng)用與軟件，2014，31（6）：29－31.

［4］ 徐世友，袁兆山.Java EE數(shù)據(jù)持久層解決方案的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2009，32（1）：47－50.

［5］ 洪欣.XML模式到關(guān)系模式的遞歸結(jié)構(gòu)映射算法［J］.蘭州理工大學(xué)學(xué)報，2012，38（1）：94－97.

［6］ 成炳花，劉金廣.在B／S網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中應(yīng)用 XML技術(shù)的研究［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報，2010，32（22）：209－212.