1. 简介

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1.1. 目录

在本文档中，我们提议研究不同的数据库部署配置。请考虑以下分层架构：

执行流程从左向右进行：

• 首先执行[ui]（用户界面）层中的某个类。该类会实例化[business]和[DAO]层。如果[ui]层是图形用户界面，则会等待用户操作。用户操作可能会触发架构中所有层（直至数据库）的方法执行。这些执行的结果将以某种形式返回给用户；

各层的作用可能如下：

• [JDBC]（Java数据库连接）层是一个通用的数据库访问接口。它始终向[DAO]层提供相同的接口。若需更换数据库管理系统（DBMS），只需更换JDBC驱动程序即可。 只要您严格遵循特定规则，[DAO] 层便保持不变。然而，很难确保不同 DBMS 之间 100% 的可移植性，因为它们通常包含大量难以忽视的专有 SQL，这些专有 SQL 往往能带来性能提升。 一旦使用了专有 SQL，不同 DBMS 之间的可移植性便不复存在。此外，各 DBMS 在自动生成主键方面的策略往往不同，且各系统预留的关键字也各不相同。尽管如此，在本文档中，我们通过接受为每个 DBMS 都需要进行配置这一前提，成功地将所研究的 JDBC 架构移植到了六个不同的 DBMS 上；
• [DAO] 层提供了一个接口，用于访问所用特定数据库中的数据（需与适用于任何 DBMS 的 JDBC 接口区分开来）；
• [业务]层实现应用程序的管理规则或业务规则。
  • 其输入数据包括通过 [DAO] 层获取的数据库数据，以及/或由 [UI] 层传递的用户输入；
  • 它生成的数据可通过 [DAO] 层保存到数据库，和/或返回给发起查询的 [UI] 层，以便向用户显示；
• [UI]层是执行用户操作并将操作结果返回给用户的层；

在上文中，[DAO]层将SQL查询发送至[JDBC]层，以便在DBMS中执行。近年来（自2006年起），该架构已演变为如下形式：

现在，由 JPA（Java Persistence API）层向 JDBC 层发送 SQL 查询并接收结果。JPA 层向 DAO 层提交操作请求，以实现对象的持久化、修改、删除和检索。DAO 层不再直接执行 SQL 命令。这种方法具有更高的可移植性，因为 JPA 实现会处理不同数据库管理系统（DBMS）之间的差异，但其运行速度比 JDBC 技术慢。 我们将通过性能测试来验证这一点。JPA 技术将 Hibernate 框架 [http://hibernate.org/] 多年前所做的工作进行了规范化。

我们将考察采用以下两种架构之一构建的两个 [DAO] 层：

我们将要求 [DAO1] 和 [DAO2] 层实现相同的 [IDAO] 接口。因此，[JUnitTestsDao] 测试在两种配置下都将保持一致，从而使我们能够比较性能。其中，[DAO1] 层将使用 Spring JDBC 实现，而 [DAO2] 层将使用 Spring JPA 实现；

完成上述工作后，我们将按如下方式在 Web 上暴露 [IDAO] 接口：

• 在[1]中，[IDAO]层通过由Spring MVC实现的Web层[2]对外暴露。实际上，对外暴露的是[IDAO]接口，我们将根据该接口是采用[DAO-JDBC]还是[DAO-JPA-JDBC]架构实现，构建两个版本的Web服务；
• 在[B]中，远程客户端使用Web服务暴露的URL，这些URL提供了对[IDAO-server]层方法的访问。我们将确保[DAO-Client]层[3]实现了[IDAO-server]接口[1]。这将使我们能够使用已经使用过两次的同一[JUnitTestsDao]测试[4]；
• 在[3]中，[DAO-Client]层将使用Spring RestTemplate进行实现；

完成上述工作后，我们将对 Web 服务访问进行安全加固：

• 在[5]中，客户端的HTTP请求会经过一个由Spring Security实现的身份验证层；

完成此步骤后，我们将把之前的架构演进为如下形式：

• 在[3]中，客户端应用程序本身即为一个Web应用程序。它将包含一个表单[5]，允许用户查询安全Web服务的URL。对安全Web服务的HTTP访问将通过一个用JavaScript实现的[DAO-client-js]层进行处理。该架构利用了所谓的跨域请求：
  • Web服务[2]提供的URL格式为[http://machine1:port1/]；
  • 客户端 Web 应用程序 [3] 则从 URL [http://machine2:port2/] 下载。 如果 [http://machine2:port2/] 与 [http://machine1:port1/] 不相同（不同机器、不同端口），则客户端浏览器将阻止来自 [DAO-client-js] 层的 HTTP 调用。为解决此问题，Web 服务必须允许跨域请求。我们将探讨具体实现方法；

所展示的项目已在以下六种数据库管理系统上进行了测试：

• MySQL 5 社区版；
• SQL Server 2014 Express；
• PostgreSQL 9.4；
• Oracle Express 11g Release 2；
• IBM DB2 Express-C 10.5；
• Firebird 2.5.4；

针对上述每种数据库管理系统，我们开发了四种不同的 [DAO] 层：

• 一个基于 Spring JDBC 实现的层；
• 一个基于 Spring JPA 和 Hibernate JPA 提供商实现的层；
• 一个基于 Spring JPA 和 EclipseLink JPA 提供商实现的层；
• 一个基于 Spring JPA 和 OpenJPA JPA 提供商实现的层；

因此，这里呈现了一组二十四种不同的配置。我们付出了巨大努力来实现代码的模块化：

• 大部分代码仅编写一次。它基于两个 Maven 配置项目：
  • 一个用于配置 JDBC 层；
  • 另一个用于配置 JPA 层；

针对特定数据库管理系统（DBMS）的 JDBC 层 [1] 的 Maven 配置项目包括两个步骤：

• 导入 JDBC 驱动程序归档文件；
• 定义所用数据库的访问凭据，以及 [DAO1] 层将发送给 JDBC 驱动程序的各种 SQL 语句。尽管 SQL 已标准化，但我们仍遇到了可移植性问题，这主要是因为查询中包含的表名/列名在某些 DBMS 中被视为禁用关键字（例如 DB2 中的 ROLES 表，Firebird 中的 PASSWORD 列）。 此外，尽管列名通常不区分大小写，但在 PostgreSQL 中，我们遇到了与表中主键 ID 列相关的问题。该系统要求该列必须命名为小写的“id”。这些都是典型的意外可移植性问题；

用于配置特定数据库管理系统（DBMS）JPA层[2]的三个Maven项目也包含两个步骤：

• 导入 JPA 实现归档文件；
• 配置用于连接特定数据库管理系统（DBMS）的 JPA 实现。实际上，正是 JPA 层向 JDBC 层发出 SQL 命令。为了有效工作，它必须识别数据库管理系统，以便发送其能够识别的 SQL 命令。这些命令可能使用该数据库管理系统的专有 SQL 语法及其特定功能（数据类型、序列、触发器、存储过程、主键自动生成等）；

这将产生二十四个 Maven 配置项目（4 种配置 × 6 种 DBMS），所有其他数据库操作项目都将基于这些项目。在上图中，由于 [DAO1] 和 [DAO2] 层提供相同的接口，因此将使用单个测试类 [JUnitTestsDao] 来测试上述两种架构的 24 种配置。一旦这些架构得到验证，便不再有其他困难：

• 用于将数据库发布到 Web 的 Maven 项目基于这两种架构。因此这里也有 24 种可能的配置；
• 用于保障 Web 服务访问安全的 Maven 项目基于前一个项目构建，同样拥有 24 种可能的配置；
• 最后，这个支持向安全 Web 服务发起跨域请求的 Maven 项目是在前一个项目的基础上开发的，同样提供了 24 种可能的配置；

本研究采用 MySQL5 数据库管理系统（DBMS）和 Hibernate JPA 实现进行。随后，我们将代码移植到 EclipseLink 和 OpenJPA JPA 实现中。最后，我们将代码移植到其他数据库（PostgreSQL、Oracle、SQL Server、DB2、Firebird）上。

本课程面向初学者。其中涉及的大部分概念均有详细讲解。无需具备数据库编程或Web编程的先备知识。但必须对SQL语言有扎实的理解，因为所使用的SQL查询语句不会进行解释。

要理解示例，您需要具备Java语言的基础知识，这些内容在任何Java入门课程中均可找到。文档[Java语言入门]的前两章就足够了。虽然这是一份较旧的文档（1998年发布，2002年修订），但其中涵盖了基础知识。 若需系统学习，可阅读让-马里·杜杜（Jean-Marie Doudoux）所著的权威专著《Java编程语言》（http://www.jmdoudoux.fr/java）。

本文绝非面面俱到，其目的仅在于提供一种可在类似场景中复用的方法论和代码。本文的撰写旨在让读者无需手边有电脑也能阅读，因此包含大量屏幕截图。

尽管本文档并未涵盖 Java 语言的所有功能或应用领域，但仍可作为该语言的学习资源。通过遵循本文档（即使并非全部内容），初学者在语言使用和 Spring 框架应用方面都将达到“高级 Java”水平。随后，他们可以借助以下书籍继续进行 Java 学习：

• [《Spring MVC与Thymeleaf实战》] [https://stahe.github.io/zh-springmvc-thymeleaf-janv-2015/]，该书通过介绍Spring生态系统的“MVC Web编程”分支，进一步深入探索Spring生态；
• [《AngularJS / Spring MVC 教程》] [https://stahe.github.io/zh-spring-angular1.x-juillet-2014/]，该书介绍了一种客户端/服务器 Web 架构，其中客户端采用 [AngularJS] 框架实现，服务器端则使用 [Spring MVC]；
• [Java EE 入门]，该教程脱离 Spring 生态系统，转向基于 JSF（Java Server Faces）和 EJB（Enterprise JavaBeans）的 Web 架构；
• [Android 平板编程入门] [https://stahe.github.io/zh-android-aout-2016/]，该教程描述了一种客户端/服务器架构，其中客户端为 Android 平板，服务器则由 Spring MVC 实现的 Web 服务；

1.2. 来源

本文档主要有两个来源：

• [ ref1]: [Spring MVC 和 Thymeleaf 实例]，网址为 [https://stahe.github.io/zh-springmvc-thymeleaf-janv-2015/]。 本文档采用不同的数据库，重新探讨了 [ref1] 中完成并介绍的工作。简而言之，它将相关内容从基于 Spring MVC 的 Web 编程语境中抽离出来。我决定创建一份独立的文档，是因为我发现 [ref1] 中用于在 Web 上公开数据库的代码和方法具有可复用性；
• [ ref2]: [Java Persistence in Practice]，网址为 [https://stahe.github.io/zh-jpa-juin-2007/]；

若想进一步了解 Spring，可参考以下资料：

• Spring 框架参考文档 [http://docs.spring.io/spring/docs/current/spring-framework-reference/pdf/spring-framework-reference.pdf]；
• 大量 Spring 教程可访问网址 [http://spring.io/guides]；
• 专门介绍 Spring 的 [developpez.com] 网站 [http://spring.developpez.com/]；
• 教程 [http://www.tutorialspoint.com/spring/spring_tutorial.pdf];

SQL 知识不足的读者可通过 [https://stahe.github.io/zh-sql-firebird-janv-2006/] 链接中的《Firebird 数据库管理系统 SQL 入门》一书学习基础知识。

1.3. 使用的工具

以下示例已在以下环境中经过测试：

• Windows 8.1 Pro 64位系统；
• JDK 1.8（第23.1节）；
• Spring Tool Suite 3.6.3 集成开发环境（section1）；
• Chrome 浏览器（未使用其他浏览器）；
• Chrome 扩展程序 [Advanced Rest Client]（第 1 节）；
• MySQL 5.6 社区版数据库管理系统（第23.4节）；
• SQL Server 2014 Express（第23.9节）；
• PostgreSQL 9.4（第23.7节）；
• Oracle Express 11g Release 2 数据库管理系统（第23.6节）；
• IBM DB2 Express-C 10.5 数据库管理系统（第23.8节）；
• Firebird 2.5.4 数据库管理系统（第 23.10 节）；
• 这六种数据库管理系统对应的 EMS Manager 客户端（第 23.5 节）；

关于 JDK 1.8 的说明：案例研究中的一种方法使用了 Java 8 中 [java.lang] 包中的一个方法。

大多数示例都是 Maven 项目，可在 Eclipse、IntelliJ IDEA 或 NetBeans 中打开。下文中的屏幕截图来自 Spring Tool Suite IDE（Eclipse 的一个变体）。

1.4. 示例

示例已作为可下载的 ZIP 文件发布于 |此处|。

• 在 [1] 中，示例文件夹；
• 在 [2] 中，[spring-core] 文件夹包含 Spring 学习项目；
• 在 [3] 中，[spring-database-config] 文件夹包含针对六种数据库的 JDBC 和 JPA 配置项目；

• 在 [4] 中，是 Oracle 数据库管理系统 (DBMS) 的配置。它包含三个文件夹：
  • [databases] 包含用于生成文档中使用的两个数据库的 SQL 脚本；
  • [jdbc-driver] 包含 Oracle JDBC 驱动程序以及一个用于将其安装到本地 Maven 仓库的脚本；
  • [eclipse] 包含 [5] 四个 Oracle 配置项目：
    • [oracle-config-jdbc] 配置用于访问数据库管理系统（DBMS）的 JDBC 层；
    • [oracle-config-jpa-hibernate] 配置 JPA 层，用于通过 Hibernate JPA 提供程序访问 DBMS；
    • [oracle-config-jpa-eclipselink] 配置 JPA 层，用于通过 Eclipselink JPA 提供程序访问数据库；
    • [oracle-config-jpa-openjpa] 配置 JPA 层，用于通过 OpenJPA JPA 提供程序访问数据库；
• 在 [6] 中，[eclipse config / launch configurations] 文件夹包含启动配置，读者可将其导入 Eclipse 并根据自身环境进行调整；

• 在 [7] 中，[spring-database-generic] 文件夹包含适用于六种数据库管理系统（DBMS）和三种 JPA 提供商的所有通用数据库访问代码；
• 在 [8] 中，[spring-jdbc] 包含四个项目，用于演示 JDBC API 以及 Spring JDBC；
• 在 [9] 中，[spring-jpa / spring-jpa-generic] 是使用 JPA 层访问数据库的项目。[generic-create-db*] 项目是用于创建 JPA 层所用数据库的 JPA 项目；

• 在 [10] 中，[spring-webjson] 文件夹包含将数据库暴露在 Web 上的项目；

  • [spring-webjson-server-jdbc-generic] 是通过 Spring JDBC 访问数据库的 Web 服务；
  • [spring-webjson-server-jpa-generic] 是通过 Spring JPA 访问数据库并将其对外暴露的 Web 服务；
  • [spring-webjson-client-generic] 是允许访问前两个 Web 服务的单一客户端；

• 在 [11] 中，[spring-security] 文件夹包含通过安全访问方式在 Web 上暴露数据库的项目；

  • [spring-security-server-jdbc-generic] 是通过 Spring JDBC 访问数据库并提供安全访问的 Web 服务；
  • [spring-security-server-jpa-generic] 是通过 Spring JPA 访问数据库的安全 Web 服务；
  • [spring-security-client-generic] 是允许访问前两个安全 Web 服务的单一客户端；

• 在 [12] 中，[spring-cors] 文件夹包含通过 Web 暴露数据库并支持安全访问的项目，这些项目允许跨域访问，例如源自浏览器 JavaScript 代码的访问；

  • [spring-cors-server-jdbc-generic] 是一个支持跨域访问的安全 Web 服务，用于暴露通过 Spring JDBC 访问的数据库；
  • [spring-cors-server-jpa-generic] 是一个支持跨域访问的安全 Web 服务，用于通过 Spring JPA 访问数据库；
  • [spring-cors-client-generic] 是一个 Web 应用程序，用于查询前两个 Web 服务；