跨越边界: 研究活动记录

 
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跨越边界

本文内容包括:
活动记录：根本的不同
示例
包装关系
用迁移独立地发展方案
Java 持久性
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跨越边界: 研究活动记录
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级别: 初级
Bruce Tate (bruce.tate@j2life.com), 总裁, J2Life, LLC
2006 年 3 月 07 日
Java™ 编程语言对于广大的厂商、客户和行业来说，获得了前所未有的成功。但是，没有一种编程语言可以擅长每件工作。这篇文章开启了 Bruce Tate 的一个新系列，研究其他语言解决主要问题的方式以及这些解决方案对 Java 开发人员的意义。他首先研究活动记录，这是 Ruby on Rails 背后的持久性引擎。活动记录颠覆了许多 Java 的习惯做法，从典型的配置机制到基本的架构选择。结果就是这样一个框架：既有根本上的折衷，又促进了根本性的生产率改进。
2005 年在许多方面来说，对我是奇怪的一年。大约在十年之中，我第一次开始要用 Java 语言之外的编程语言进行认真的开发。虽然开始时，业务合作伙伴和我得到了难以置信的成功，有一些概念上的快速证据。但我们走到了十字路口 —— 我们应该继续 Java 开发还是转换到其他更激进更新的东西？我们有许多理由要留在 Java 的道路上：
如果放弃 Java，我们就需要从头开始学习一门新语言。 Java 编程社区非常强大，很难让我们的客户接受这一转变。 我们没有成千上万的以 Java 为核心的开放源码项目可供选择。

在跨越边界 系列中，作者 Bruce Tate 提出了这样一个主张：今天的 Java 程序员通过学习其他技术和语言，会得到很好的帮助。Java 技术是所有开发项目最好选择的情况，因此在编程领域中已经发生了变化。其他框架正在影响 Java 框架构建的方式，而从其他语言学到的概念也有助于 Java 编程。对 Python（或 Ruby、Smalltalk 等等）代码的编写可能改变 Java 编码的方式。
这个系列介绍的编程概念和技术，与 Java 开发有根本的不同，但可以直接应用于 Java 编程。在某些情况下，需要集成这些技术来利用它们。在其他情况下，可以直接应用这些概念。单独的工具并不重要，重要的是其他语言和框架可以影响 Java 社区中的开发人员、框架，甚至是基本方式。
但是，我们没有放弃用另一种语言进行开发的想法，开始用 Ruby on Rails 构建我们的应用程序，这是一个在 Ruby 语言上构建的 Web 应用程序框架。我们的成功超出了我们最疯狂的想像。正因如此，我才能在 Java 教学与开发（多数用 Hibernate 和 Spring）之中分出时间来从事 Ruby 教学与开发。我已经开始相信，不断地学习其他技术和语言是至关重要的，原因如下：
Java 不是每个问题的最好语言。 可以将一些新想法应用到 Java 编程中。 其他框架正在影响 Java 框架构建的方式。
在演示这些理念的系列的第一篇文章，也就是这篇文章中，将讨论活动记录（Active Record），它是位于 Ruby on Rails 核心的持久性框架。我还会提供关于方案迁移的讨论。
必须承认，在我尝试 Rails 时我的态度有点傲慢。我不认为活动记录能够胜任工作，但是从此我就了解到对于某些问题，它提供了我需要的所有东西。
展示活动记录如何处理持久性的最好方式是写一些代码。我的示例使用了 MySQL 数据库，但是只要做小小的修改，就可以把这段代码用于其他数据库。
目前为止，使用活动记录最简单的方式还是通过 Ruby on Rails。如果想跟着本文操作代码，需要安装 Ruby and Rails（请参阅参考资料）。
然后，可以创建项目。进入希望 Rails 创建新项目的目录，并输入：
rails email_list
Rails 就会创建一个项目，然后可以通过一些漂亮的 Rails 工具使用活动记录。剩下的唯一步骤就是配置数据库。请创建一个叫作 email_list_development 的数据库，并像下面这样编辑 config/database.yml 文件（请确保输入自己的用户名和口令）：
development: adapter: mysql database: email_list_development host: localhost username: root password:
在这篇文章中不必担心测试和生产环境，所以这是所需要的全部配置。现在可以开始了。




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在 Hibernate 中，通常从处理 Java 对象开始进行开发，因为 Hibernate 是一个映射框架（mapping framework）。对象模型是 Hibernate 世界的核心。活动记录是一个包装框架（wrapping framework），所以先从创建数据库表开始。关系方案是活动记录世界的核心。要创建数据库表，可以使用 GUI 或输入这个脚本：
CREATE TABLE people ( id int(11) NOT NULL auto_increment, first_name varchar(255), last_name varchar(255), email varchar(255), PRIMARY KEY (id) );
接下来，创建叫作 app/models/person.rb 的文件。把它编写成下面这样：
class Person < ActiveRecord::Base end
这些 Ruby 代码创建了叫作 Person 的类，父类名称为 ActiveRecord::Base。（现在，假设 Base 就像 Java 的类，而 ActiveRecord 就像 Java 的包。）令人惊讶的是，现在所做的就已经获得了许多功能。
现在可以在活动记录控制台上操纵 Person。这个控制台允许在 Ruby 解释器内使用数据库支持的对象。请输入：
ruby script/console.
现在，创建一个新的 person。请输入以下 Ruby 命令：
>> person = Person.new >> person.first_name = "Bruce" >> person.last_name = "Tate" >> person.email = "bruce.tate@nospam.j2life.com" >> person.save >> person = Person.new >> person.first_name = "Tom" >> person.save
如果以前没有使用过活动记录，现在是看到一些新的和有趣的东西的时候了。这个小示例包装了两个重要特性：配置约定（convention over configuration） 和元编程（metaprogramming）。
配置约定根据选择的名称推导配置，可以免除冗长的重复工作。不需要配置和映射，因为已经构造了一个符合 Rails 命名约定的数据库表。下面是一些主要约定：
模型类 名称，例如 EmailAccount 采用首字母大写，而且是英文单数。 数据库表 名称，例如 email_accounts 在单词之间使用下划线，而且是英文复数。 主键 唯一地标识关系数据库中的行。活动记录使用 id 作为主键。 外键 联结数据库表。活动记录采用 person_id 这样的外键，即英文单数加上 _id 后缀。
如果遵守 Rail 的约定，那么通过配置约定会获得一些额外的速度，但是可以覆盖约定。例如，可以有像下面这样的 person ：
class Person < ActiveRecord::Base set_primary_key "ssn" end
所以配置约定不会限制您，但是如果采用一致的命名，就会得到好处。
元编程是活动记录的另一个主要贡献。活动记录大量采用了 Ruby 的反射和元编程功能。元编程就是编写能够编写和修改其他程序的程序。在这个示例中，Base 类把数据库中的每一列都作为属性添加到 person 类中。不需要编写或生成任何代码，就可以使用 person.first_name、person.last_name 和 person.email。继续阅读下去，将看到更丰富的元编程。
活动记录还包含了许多 Java 框架没有包含的一些特性，例如基于模型的校验（model-based validation）。基于模型的校验可以确保数据库中的数据保持一致。请把 person.rb 改成下面这样：
class Person < ActiveRecord::Base validates_presence_of :email end
从控制台上，装入 person（因为它已经做了修改）并输入以下 Ruby 命令：
>> load ‘app/models/person.rb‘ >> person = Person.new >> person.save
Ruby 返回 false。可以看到任何 Ruby 属性的错误消息：
>> puts person.errors[:email] can‘t be blank




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目前为止，已经看到了在许多其他 Java 框架中看不到的功能，但是可能还不能令人信服。毕竟，数据库应用程序编程最艰难的部分通常是管理关系。我将介绍活动记录如何能够有助于管理关系。请创建另外一个叫作 addresses 的表：
CREATE TABLE addresses ( id int(11) NOT NULL auto_increment, person_id int(11), address varchar(255), city varchar(255), state varchar(255), zip int(9), PRIMARY KEY (id) );
这个表遵循了 Rails 对主键和外键的约定，所以可以不必进行配置。现在修改 person.rb，让它支持地址关系：
class Person < ActiveRecord::Base has_one :address validates_presence_of :email end
然后创建 app/models/address.rb：
class Address < ActiveRecord::Base belongs_to :person end
对于刚接触 Ruby 的读者，我应当澄清一下这个语法。belongs_to :person 是个方法（不是个方法定义），它采用符号作为参数。（现在可以把符号看成不可变字符串。）belongs_to 方法是个元编程方法，它把叫作 person 的关联添加到 address。请看看它的工作方式。如果控制台正在运行，请退出控制台并用 ruby script/console 重新启动它。然后，输入以下命令：
>> person = Person.new >> person.email = "bruce@tate.com" >> address = Address.new >> address.city = "Austin" >> person.address = address >> person.save >> person2 = Person.find_by_email "bruce@tate.com" >> person2.address.city => "Austin"
在探讨关系之前，请再来看看 find 方法 find_by_email。活动记录为每个属性添加了定制的查找器。（我把事情简化得有点过头了，但这个解释现在正好。）
现在，请看最后一个关系。has_one :address 把类型 Address 的一个实例变量添加到 person。地址也被持久化；可以在控制台上输入 Address.find_first 进行验证。所以活动记录在积极地管理关系。
当然，不仅限于简单的一对一关系。请把 person.rb 改成下面这样：
class Person < ActiveRecord::Base has_many :addresses validates_presence_of :email end
请确保把 address 变成复数形式的 addresses！现在，从控制台上输入以下命令：
>> load ‘app/models/person.rb‘ >> person = Person.find_by_email "bruce@tate.com" >> address = Address.new >> address.city = "New Braunfels" >> person.addresses << address >> person.save >> Address.find_all.size => 2
person.addresses << address 命令把 address 添加到 addresses 数组。正如所料，活动记录把第二个 address 添加到 person。可以验证数据库中多出了一条记录。所以 has_many 就像 has_one 一样工作，但是给每个 Person 都添加了一个 addresses 数组。实际上，活动记录允许有许多不同的关系，包括：
belongs_to （多对一） has_one （一对一） has_many （一对多） has_and_belongs_to_many （多对多） inheritance acts_as_tree acts_as_list composition （把多个类映射到一个表）
从一开始起，活动记录就帮助我发展了对持久性的理解。我了解到包装技术不一定就差；它们只是不同而已。我仍会依赖映射框架处理某些问题，例如棘手的传统方案。但是，我认为活动记录有相当大的应用范围，而且会随着活动记录支持的映射的提高而提高。
我还认识到，有效的持久性框架应当表现出语言的特点。Ruby 是高度反射的，并采用反射的形式查询数据库系统表的定义。
但是，正如将要看到的，我的 Rails 持久性体验并没有终止于活动记录。




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在我学习活动记录时，有两个问题困扰着我。活动记录强迫我构建创建表的 SQL 脚本，这把我限制在具体的数据库实现上。而且，在开发中，经常需要删除数据库，这又强迫我在每次大的变化之后都要导入所有测试数据。我很害怕进行投入生产之后的第一次改进。而迁移（migrations） 正是 Ruby on Rails 处理对生产数据库进行修改的解决方案。
使用 Rails 迁移，可以为每个对数据库的大改进创建一个迁移。对于本文的应用程序，可以有两个迁移。为了实际查看这一特性，请创建两个文件。首先，创建叫作 db/migrate/001_initial_schema.rb 的文件，并把它编写成下面这样：
class InitialSchema < ActiveRecord::Migration def self.up create_table "people" do |table| table.column "first_name", :string, :limit => 255 table.column "last_name", :string, :limit => 255 table.column "email", :string, :limit => 255 end end def self.down drop_table "people" end end
然后创建 002_add_addresses.rb，添加下面这些代码：
class AddAddresses < ActiveRecord::Migration def self.up create_table "addresses" do |table| table.column "address", :string, :limit => 255 table.column "city", :string, :limit => 255 table.column "state", :string, :limit => 2 table.column "zip", :string, :limit => 10 table.column "person_id", :integer end Person.find_all.each do |person| person.address = Address.new person.address.address = "Not yet initialized" person.save end end def self.down drop_table "addresses" end end
可以输入以下命令进行迁移：
rake migrate
rake 就像 Java 的 ant 一样。Rails 有一个运行迁移的叫作 migrate 的目标。这个迁移会添加整个方案。请多添加几个人，但先不用考虑地址。
现在假设犯了可怕的错误，需要向下迁移回原来的版本，请输入：
rake migrate VERSION=1
这个命令取出第一个迁移（由文件名中的版本号指定）并应用 AddAddresses.down 方法。向上迁移会在所有需要的迁移上按照数字顺序调用 up 方法。向下迁移则以相反的顺序调用 down 方法。如果查看数据库，只会看到 people 表。地址表已经被删除。所以 migrate 允许根据需求向上或向下移动。
迁移还有另一个特性：处理数据。可以输入以下命令再次向上迁移：
rake migrate
这个命令运行 AddAddresses.up ，而且在过程中用一个活动记录的地址初始化每个 Person 对象。可以在控制台上验证这个行为。如果已经添加了 Person 对象，也应当有了 Address 对象。请打开新的控制台，并计算人和地址数据库的行数，如下所示：
>> Address.find_all.size >> Person.find_all.size
所以，迁移既可以轻松地处理方案，也可以轻松地处理数据。现在可以看一下，当转到 Java 编程时，这些理念会变成什么。




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Java 技术的持久性历史是那么迷人、悲惨和充满希望。多年来，Java 语言核心持久性框架的糟糕选择 —— 企业 JavaBeans（EJB）第 1 版和第 2 版 —— 造成多年来应用程序的苦苦挣扎和用户的理想破灭。Hibernate 和 Java 数据对象（JDO）二者构成了新的 EJB 持久性的基础，成为公共的持久性标准，它们引起了 Java 社区中对象关系映射（ORM）的兴起，现在整体的 Java 体验要好得多了。
Java 社区对 ORM（又称映射框架）的热爱已经有了七年之久。基本上，映射技术允许用户独立地定义 Java 和数据库对象，然后构建它们之间的映射，如图 1 所示：

因为 Java 语言通常首先是一个集成语言，所以映射在对棘手的传统系统（甚至那些在面向对象语言出现之前创建的系统）进行集成时，扮演着重要角色。Java 社区现在对映射的喜爱达到了无以复加的程度。今天，典型的 Java 程序员甚至会采用 ORM 解决非常基本的问题。我们喜欢映射，因为 Java 映射的实现常常冲击了其他技术的 Java 实现：例如包装框架。
但是不应当就此而忽视包装框架的威力。包装框架在数据库表周围放了薄薄的包装器，把数据库行转换成对象，如图 2 所示：

如果不需要映射，那么映射层会有相当的开销。而 Java 包装框架正是某些概念的复苏。Spring 框架进行 JDBC 包装并集成了进行企业集成的所有特性。iBATIS 包装了 SQL 语句的结果而不是表（请参阅参考资料）。从我的观点来看，这两个框架的工作都非常精彩，而且都未受到正确的评价。但是典型的 Java 映射框架可以把 Java 包装框架要求手工进行的那些工作自动完成。
Java 平台已经在夸耀自己顶级的映射框架，但是我现在相信它需要一个基础性的包装框架。活动记录依赖语言的能力动态地扩展 Rails 类。Java 框架应当也可以模拟活动记录提供的一些功能，但是创建像活动记录一样的东西可能是个挑战，可能会破坏三个现有的 Java 约定：
持久性解决方案只应当用于 Java POJO（普通老式 Java 对象）。 首先，也是最重要的，根据数据库的内容创建属性可能比较困难。领域对象可能有不同的 API。如果不调用 person.get_name 来设置属性，可能要转用 person.get(name)。以静态类型检测为代价，可以从数据库得到在元数据驱动下构建的类。
持久性解决方案应当用 XML 或标注表示配置。 Rails 通过强制使用带有有意义的默认值的命名约定，颠覆了这个趋势，为用户免除了许多重复工作。代价不太大，因为可以在需要的时候，用附加的配置代码覆盖默认值。Java 框架可以容易地采用 Rails 的配置约定理念。
方案迁移应当由持久性领域模型驱动。 Rails 用迁移颠覆了这个约定。关键的好处是既可以迁移方案也可以迁移数据。迁移也允许 Rails 打破对关系数据库厂商的依赖。而且 Rails 的策略把持久性策略从方案迁移的问题中解脱出来。
对于以上每种情况，Rails 都打破了 Java 框架设计人员通常奉为金科玉律的长期存在的约定。Rails 从方案开始，在方案上反射，形成模型对象。Java 包装框架可能不采用同样的方式。相反，为了利用 Java 对动态类型化的支持（以及利用认识这些类型并能提供代码补全等特性的工具），Java 框架可能需要从模型开始，并用 Java 的反射和出色的 JDBC API 动态地把模型归到数据库上。
一个目前正在成熟的作为包装框架的新 Java 框架是 RIFE（还有它的子项目 RIFE/Crud），由 Geert Bevin 创建（请参阅参考资料）。在核心上，RIFE 的持久性有三个主要的层，如图 3 所示：
简单的 JDBC 包装器，通过模板提供了回调样式的 JDBC 实现 一套独立于数据库的 SQL 构建器，提供了面向对象的构建查询的方式 类型映射层，可以把多数 SQL 类型转换成最相关的 Java 类型

通过简化的 API 使用这些层，这些简化的 API 叫作查询管理器（query-managers），它们对与持久性相关的任务（例如保存和更新）提供了直观的访问。其中一个 API 特定于 JDBC，其他的则提供了类似的 API，可以探测与 RIFE 的内容管理框架有关的元数据。
RIFE/Crud 位于所有这些框架的顶部，提供了一个非常小的层，把所有其他层组合在一起。RIFE/Crud 使用约束和 bean 属性自动地构建应用程序的用户界面、站点结构、持久性逻辑和业务逻辑。RIFE/Crud 严重地依赖 RIFE 的元数据功能来生成界面和相关的 API，但它仍然应用于 POJO。由于 RIFE 在它的 API、模板和组件架构中清晰地定义了集成点，RIFE/Crud 是完全可扩展的。
查询管理器的 API 惊人地简单。下面是实际使用 RIFE 的持久性模型的示例。假设有一个 Article 类，想根据它构建一个表，并把两个 article 持久化到数据库。在给定数据源的情况下，可以使用以下代码得到查询管理器：
GenericQueryManager manager = GenericQueryManagerFactory. getInstance(datasource, Article.class);
接下来，通过安装查询管理器，在数据库中创建表结构：
manager.install();
现在可以用查询管理器访问数据库：
Article article1 = new Article("title"); Article article2 = new Article("othertitle"); manager.save(article1); manager.save(article2); List articleList = manager.restore( manager.getRestoreQuery(）。where("title", "=", "othertitle"));
所以，就像活动记录一样，RIFE 框架也使用配置约定。Article 必须支持叫作 id 的 ID 属性，否则用户必须用 RIFE 的 API 指定 ID 属性。而且像活动记录一样，RIFE 也使用本机语言的功能。在这个示例中，也有一个包装框架，但是是通过模型驱动方案，而不是通过其他方法。而且，比起处理 RIFE 需要解决的许多问题的大多数对象关系框架来说，现在得到的 API 要简单得多。更好的包装框架应当会很好地服务于 Java。




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活动记录是用非 Java 语言编写并利用了语言能力的持久性模型。如果以前不了解它，我希望这个讨论能够让您看到在包装框架中什么是有可能的。您还看到了迁移。从理论上讲，Java 框架可以采用这个概念。尽管映射框架有其用武之地，但是我希望您能够利用这里提供的知识摆脱 Java 语言中常规映射框架的束缚，看得更远些，并赶上包装的潮流。下一次，我将介绍基于延续的（continuation-based）Web 开发方式。
学习
Beyond Java （Bruce Tate，O‘Reilly，2005 年）：本文作者所著的书，介绍了 Java 的兴起和兴盛，以及能够在某些领域挑战 Java 平台的技术。
“Rolling with Ruby on Rails” 和Learn all about Ruby on Rails：学习关于 Ruby 和 Rails 的更多内容，包括安装过程。
“Ruby on Rails and J2EE: Is there room for both?”（Aaron Rustad，developerWorks，2005 年 7 月）：这篇文章比较和对比了 Rails 和传统的 J2EE 框架的一些关键的架构特性。
“Ruby off the Rails”（Andrew Glover，developerworks，2005 年 12 月）：Andrew Glover 探究了 Java 开发人员对 Ruby 的一些误解，完全用 Ruby 自己的情况进行说明。
Active Record：活动记录是 Ruby on Rails 的持久性框架。
“Improve persistence with Apache iBATIS and Derby”（Daniel Wintschel，developerWorks，2006 年 1 月）：通过这份三部分的教程连载学习关于 iBATIS 的各方面内容，这是最好的 Java 包装框架之一。
“The Spring series, Part 2: When Hibernate meets Spring” （Naveen Balani，developerWorks，2005 年 8 月）：这篇文章讲解了使用 Hibernate 的最佳组合 —— Spring 和 Hibernate。
Java 技术专区：数百篇 Java 编程各方面的文章。
获得产品和技术
RIFE 框架：RIFE 采用了来自非 Java 语言的一些更根本的技术。
Ruby on Rails：下载开放源码的 Ruby on Rails Web 框架。
Ruby：从 Ruby 项目的 Web 站点上得到它。
讨论
developerWorks blogs：加入 developerWorks 社区。



Bruce Tate 是位父亲、山地车手、皮艇手，住在德克萨斯州的奥斯汀。他是三本最畅销 Java 图书的作者，包括获得 Jolt 奖的 Better, Faster, Lighter Java。他最近推出了 Spring: A Developer‘s Notebook。他在 IBM 工作了 13 年，现在是 J2Life, LLC 顾问公司的创始人，在那里他专攻基于 Java 技术和 Ruby 的轻量级开发策略和体系结构。