梳理hibernate篇-原理及缓存机制

Hibernate工作原理
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http://www.cnblogs.com/bile/p/4030575.html
现在我们知道了一个概念Hibernate Session，只有处于Session管理下的POJO才具有持久化操作能力。当应用程序对于处于Session管理下的POJO实例执行操作时，Hibernate将这种面向对象的操作转换成了持久化操作能力。

HIbernate简要的体系结构如下图所示：

通过上图能够发现HIbernate需要一个hibernate.properties文件，该文件用于配置Hibernate和数据库连接的信息。还需要一个XML文件，该映射文件确定了持久化类和数据表、数据列之间的想对应关系。

除了使用hibernate.properties文件，还可以采用另一种形式的配置文件： *.cfg.xml文件。在实际应用中，采用XML配置文件的方式更加广泛，两种配置文件的实质是一样的。

    Hibernate的持久化解决方案将用户从赤裸裸的JDBC访问中释放出来，用户无需关注底层的JDBC操作，而是以面向对象的方式进行持久层操作。底层数据连接的获得、数据访问的实现、事务控制都无需用户关心。这是一种“全面解决”的体系结构方案，将应用层从底层的JDBC/JTA API中抽象出来。通过配置文件来管理底层的JDBC连接，让Hibernate解决持久化访问的实现。这种“全面解决”方案的体系结构图如图所示：

针对以上的Hibernate全面解决方案架构图：

  （1）SessionFactory：这是Hibernate的关键对象，它是单个数据库映射关系经过编译后的内存镜像，它也是线程安全的。它是生成Session的工厂，本身要应用到ConnectionProvider，该对象可以在进程和集群的级别上，为那些事务之间可以重用的数据提供可选的二级缓存。  （2）Session：它是应用程序和持久存储层之间交互操作的一个单线程对象。它也是Hibernate持久化操作的关键对象，所有的持久化对象必须在Session的管理下才能够进行持久化操作。此对象的生存周期很短，其隐藏了JDBC连接，也是Transaction 的工厂。Session对象有一个一级缓存，现实执行Flush之前，所有的持久化操作的数据都在缓存中Session对象处。  （3）持久化对象：系统创建的POJO实例一旦与特定Session关联，并对应数据表的指定记录，那该对象就处于持久化状态，这一系列的对象都被称为持久化对象。程序中对持久化对象的修改，都将自动转换为持久层的修改。持久化对象完全可以是普通的Java Beans/POJO，唯一的特殊性是它们正与Session关联着。  （4）瞬态对象和脱管对象：系统进行new关键字进行创建的Java 实例，没有Session 相关联，此时处于瞬态。瞬态实例可能是在被应用程序实例化后，尚未进行持久化的对象。如果一个曾今持久化过的实例，但因为Session的关闭而转换为脱管状态。  （5）事务(Transaction)：代表一次原子操作，它具有数据库事务的概念。但它通过抽象，将应用程序从底层的具体的JDBC、JTA和CORBA事务中隔离开。在某些情况下，一个Session 之内可能包含多个Transaction对象。虽然事务操作是可选的，但是所有的持久化操作都应该在事务管理下进行，即使是只读操作。  （6）连接提供者(ConnectionProvider)：它是生成JDBC的连接的工厂，同时具备连接池的作用。他通过抽象将底层的DataSource和DriverManager隔离开。这个对象无需应用程序直接访问，仅在应用程序需要扩展时使用。  （7）事务工厂(TransactionFactory)：他是生成Transaction对象实例的工厂。该对象也无需应用程序的直接访问。

Hibernate进行持久化操作离不开SessionFactory对象，这个对象是整个数据库映射关系经过编译后的内存镜像，该对象的openSession()方法可打开Session对象。SessionFactory对想是由Configuration对象产生。

每个Hibernate配置文件对应一个configuration对象。在极端情况下，不使用任何配置文件，也可以创建Configuration对象。

一. 创建Configuration对象

    org.hibernate.cfg.Configuration实例代表一个应用程序到SQL数据库的映射配置，Configuration提供了一个buildSessionFactory()方法，该方法可以产生一个不可变的SessionFactory对象。    你可以直接实例化Configuration来获取一个实例，并为它指定一个Hibernate映射文件，如果映射文件在类加载路径中，则可以使用addResource()方法来添加映射定义文件。那么现在的问题就是如何创建Configuration对象呢？

随着Hibernate 所使用的配置文件的不同，创建Configuration对象的方式也不相同。通常有几种配置Hibernate的方式：

第一种是使用hibernate.properties文件作为配置文件。

第二种是使用hibernate.cfg.xml文件作为配置文件。

第三种是不使用任何的配置文件，以编码方式来创建Configuration对象。

请注意：Configuration对象的唯一作用就是创建SessionFactory实例，所以它才被设计成为启动期间对象，而一旦SessionFactory对象创建完成，它就被丢弃了。

1. 使用hibernateproperties作为配置文件

   对于hibernate.properties作为配置文件的方式，比较适合于初学者。因为初学者往往很难记住该配置文件的格式，以及需要配置哪些属性。在Hibernate发布包的etc路径下，提供了一个hibernate.properties文件，该文件列出了Hibernate 的所有属性。每个配置段都给出了大致的注释，用户只要取消所需配置段的注释，就可以快速配置Hibernate和数据库的链接此处给出使用hibernate.properties文件创建Configuration对象的方法。

//实例化configuration对象
Configuration cfg = new Configuration()
//多次调用addResource()方法，添加映射文件
.addResource(“Item.hbm.xml”)
.addResource(“Bid.hbm.xml”);
查看hibernate.properties文件发现，该文件没有提供Hibernate映射文件的方式。因此使用hibernate.properties文件来作为配置文件时，必须使用Configuration的.addResource()方法，使用该方法来添加映射文件。

注意：正如上面的代码所示，使用hibernate.properties文件配置Hibernate的属性固然简单，但是因为要手动添加映射文件，当映射文件极其多时，这是一件非常催人泪下的事情。这也就是在实际开发中，不常使用hibernate.properties文件作为配置文件的原因。

    当然还有另一种添加配置文件的策略，因为映射文件和持久化类是一一对应的，可以通过Configuration对象来添加持久化类，让Hibernate自己来搜索映射文件。

//实例化configuration对象
Configuration cfg = new Configuration)
//多次调用addClass()方法，直接添加持久化类
.addClass(ppp.Item.class)
.addClass(ppp.BId.class);

1. 使用hibernate.cfg.xml作为配置文件

    前面已经看到使用hibernate.properties作为配置文件的情形。因为hibernate.cfg.xml中已经添加了hibernate的映射文件，采用这种配置文件创建configuration对象实例由以下代码实现：

//实例化configuration对象
Configuration cfg = new Configuration()
//configure()方法将会负责加载hibernate.cfg.xml文件
.configure()
需要注意的是：在通过new关键字创建Configuration对象之后，不要忘记调用configure()方法。

二. hibernate.properties和hiberntae.cfg.xml文件

    如果使用etc路径下的hibernate.properties文件作为配置文件的模板，修改此模板文件作为Hibernate配置文件，这种方式的确是快速进入Hibernate开发的方法。但是对于实际开发，通常会使用hibernate.cfg.xml文件作为配置文件。

深入对比hibernate.properties和hibernate.cfg.xml文件后看如下的hibernate.properties的一个配置属性：

//指定数据库的方言
hibernate.dialect org.hibernate.dialect.MySQLDialect
上面的一行代码是典型的Properties文件的的格式，前面的key为hibernate.dialect ， 后面的value是为org.hibernate.dialect.MySQLDialect。

接下来我们再来查看hibernate.cfg.xml文件中的相对应的配置代码：

org.hibernate.dialect.MySQLDialect
同样指定了Hibernate的Dialect 属性是org.hibernate.dialect.MySQLDialect 。对比两种格式的文件，可以发现虽然格式不同但其实质完全一样。

Hibernate的工作原理及Hibernate的缓存机制
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http://blog.sina.com.cn/s/blog_3fe0488301008nmt.html
工作原理
1.Hibernate 的初始化.
读取Hibernate 的配置信息-〉创建Session Factory
1)创建Configeration类的实例。
它的构造方法：将配置信息(Hibernate config.xml)读入到内存。
一个Configeration 实例代表Hibernate 所有Java类到Sql数据库映射的集合。
2)创建SessionFactory实例
把Configeration 对象中的所有配置信息拷贝到SessionFactory的缓存中。
SessionFactory的实例代表一个数据库存储员源，创建后不再与Configeration 对象关联。
缓存(cache):指Java对象的属性(通常是一些集合类型的属性－－占用内存空间。
SessionFactory的缓存中：Hibernate 配置信息。O\R映射元数据。
缓存－大：重量级对象 小：轻量级对象
3)调用SessionFactory创建Session的方法
1】用户自行提供JDBC连接。
Connection con=dataSource.getConnection();
Session s=sessionFactory.openSession(con);
2】让SessionFactory提供连接
Session s=sessionFactory.openSession();
4)通过Session 接口提供的各种方法来操纵数据库访问。
Hibernate 的缓存体系
一级缓存：
Session 有一个内置的缓存，其中存放了被当前工作单元加载的对象。
每个Session 都有自己独立的缓存，且只能被当前工作单元访问。
二级缓存：
SessionFactory的外置的可插拔的缓存插件。其中的数据可被多个Session共享访问。
SessionFactory的内置缓存：存放了映射元数据，预定义的Sql语句。
Hibernate 中Java对象的状态
1.临时状态 (transient)
特征：
1】不处于Session 缓存中
2】数据库中没有对象记录
Java如何进入临时状态
1】通过new语句刚创建一个对象时
2】当调用Session 的delete()方法，从Session 缓存中删除一个对象时。
2.持久化状态(persisted)
特征：
1】处于Session 缓存中
2】持久化对象数据库中设有对象记录
3】Session 在特定时刻会保持二者同步
Java如何进入持久化状态
1】Session 的save()把临时－》持久化状态
2】Session 的load(),get()方法返回的对象
3】Session 的find()返回的list集合中存放的对象
4】Session 的update(),saveOrupdate()使游离－》持久化
3.游离状态(detached)
特征：
1】不再位于Session 缓存中
2】游离对象由持久化状态转变而来，数据库中可能还有对应记录。
Java如何进入持久化状态－》游离状态
1】Session 的close()方法
2】Session 的evict()方法，从缓存中删除一个对象。提高性能。少用。
缓存机制详解：
缓存是介于应用程序和物理数据源之间，其作用是为了降低应用程序对物理数据源访问的频次，从而提高了应用的运行性能。缓存内的数据是对物理数据源中的数据的复制，应用程序在运行时从缓存读写数据，在特定的时刻或事件会同步缓存和物理数据源的数据。
　　缓存的介质一般是内存，所以读写速度很快。但如果缓存中存放的数据量非常大时，也会用硬盘作为缓存介质。缓存的实现不仅仅要考虑存储的介质，还要考虑到管理缓存的并发访问和缓存数据的生命周期。
　　Hibernate的缓存包括Session的缓存和SessionFactory的缓存，其中SessionFactory的缓存又可以分为两类：内置缓存和外置缓存。Session的缓存是内置的，不能被卸载，也被称为Hibernate的第一级缓存。SessionFactory的内置缓存和Session的缓存在实现方式上比较相似，前者是SessionFactory对象的一些集合属性包含的数据，后者是指Session的一些集合属性包含的数据。SessionFactory的内置缓存中存放了映射元数据和预定义SQL语句，映射元数据是映射文件中数据的拷贝，而预定义SQL语句是在Hibernate初始化阶段根据映射元数据推导出来，SessionFactory的内置缓存是只读的，应用程序不能修改缓存中的映射元数据和预定义SQL语句，因此SessionFactory不需要进行内置缓存与映射文件的同步。SessionFactory的外置缓存是一个可配置的插件。在默认情况下，SessionFactory不会启用这个插件。外置缓存的数据是数据库数据的拷贝，外置缓存的介质可以是内存或者硬盘。SessionFactory的外置缓存也被称为Hibernate的第二级缓存。
　　Hibernate的这两级缓存都位于持久化层，存放的都是数据库数据的拷贝，那么它们之间的区别是什么呢？为了理解二者的区别，需要深入理解持久化层的缓存的两个特性：缓存的范围和缓存的并发访问策略。
持久化层的缓存的范围
　　缓存的范围决定了缓存的生命周期以及可以被谁访问。缓存的范围分为三类。
　　1 事务范围：缓存只能被当前事务访问。缓存的生命周期依赖于事务的生命周期，当事务结束时，缓存也就结束生命周期。在此范围下，缓存的介质是内存。事务可以是数据库事务或者应用事务，每个事务都有独自的缓存，缓存内的数据通常采用相互关联的的对象形式。
　　2 进程范围：缓存被进程内的所有事务共享。这些事务有可能是并发访问缓存，因此必须对缓存采取必要的事务隔离机制。缓存的生命周期依赖于进程的生命周期，进程结束时，缓存也就结束了生命周期。进程范围的缓存可能会存放大量的数据，所以存放的介质可以是内存或硬盘。缓存内的数据既可以是相互关联的对象形式也可以是对象的松散数据形式。松散的对象数据形式有点类似于对象的序列化数据，但是对象分解为松散的算法比对象序列化的算法要求更快。
　　3 集群范围：在集群环境中，缓存被一个机器或者多个机器的进程共享。缓存中的数据被复制到集群环境中的每个进程节点，进程间通过远程通信来保证缓存中的数据的一致性，缓存中的数据通常采用对象的松散数据形式。
　　对大多数应用来说，应该慎重地考虑是否需要使用集群范围的缓存，因为访问的速度不一定会比直接访问数据库数据的速度快多少。
　　持久化层可以提供多种范围的缓存。如果在事务范围的缓存中没有查到相应的数据，还可以到进程范围或集群范围的缓存内查询，如果还是没有查到，那么只有到数据库中查询。事务范围的缓存是持久化层的第一级缓存，通常它是必需的；进程范围或集群范围的缓存是持久化层的第二级缓存，通常是可选的。
持久化层的缓存的并发访问策略
　　当多个并发的事务同时访问持久化层的缓存的相同数据时，会引起并发问题，必须采用必要的事务隔离措施。
　　在进程范围或集群范围的缓存，即第二级缓存，会出现并发问题。因此可以设定以下四种类型的并发访问策略，每一种策略对应一种事务隔离级别。
　　事务型：仅仅在受管理环境中适用。它提供了Repeatable Read事务隔离级别。对于经常被读但很少修改的数据，可以采用这种隔离类型，因为它可以防止脏读和不可重复读这类的并发问题。
　　读写型：提供了Read Committed事务隔离级别。仅仅在非集群的环境中适用。对于经常被读但很少修改的数据，可以采用这种隔离类型，因为它可以防止脏读这类的并发问题。
　　非严格读写型：不保证缓存与数据库中数据的一致性。如果存在两个事务同时访问缓存中相同数据的可能，必须为该数据配置一个很短的数据过期时间，从而尽量避免脏读。对于极少被修改，并且允许偶尔脏读的数据，可以采用这种并发访问策略。
　　只读型：对于从来不会修改的数据，如参考数据，可以使用这种并发访问策略。
　　事务型并发访问策略是事务隔离级别最高，只读型的隔离级别最低。事务隔离级别越高，并发性能就越低。
什么样的数据适合存放到第二级缓存中？
1 很少被修改的数据
2 不是很重要的数据，允许出现偶尔并发的数据
3 不会被并发访问的数据
4 参考数据
不适合存放到第二级缓存的数据？
1 经常被修改的数据
2 财务数据，绝对不允许出现并发
3 与其他应用共享的数据。
Hibernate的二级缓存
　　如前所述，Hibernate提供了两级缓存，第一级是Session的缓存。由于Session对象的生命周期通常对应一个数据库事务或者一个应用事务，因此它的缓存是事务范围的缓存。第一级缓存是必需的，不允许而且事实上也无法比卸除。在第一级缓存中，持久化类的每个实例都具有唯一的OID。
　　第二级缓存是一个可插拔的的缓存插件，它是由SessionFactory负责管理。由于SessionFactory对象的生命周期和应用程序的整个过程对应，因此第二级缓存是进程范围或者集群范围的缓存。这个缓存中存放的对象的松散数据。第二级对象有可能出现并发问题，因此需要采用适当的并发访问策略，该策略为被缓存的数据提供了事务隔离级别。缓存适配器用于把具体的缓存实现软件与Hibernate集成。第二级缓存是可选的，可以在每个类或每个集合的粒度上配置第二级缓存。
Hibernate的二级缓存策略的一般过程如下：
1) 条件查询的时候，总是发出一条select * from table_name where …. （选择所有字段）这样的SQL语句查询数据库，一次获得所有的数据对象。
2) 把获得的所有数据对象根据ID放入到第二级缓存中。
3) 当Hibernate根据ID访问数据对象的时候，首先从Session一级缓存中查；查不到，如果配置了二级缓存，那么从二级缓存中查；查不到，再查询数据库，把结果按照ID放入到缓存。
4) 删除、更新、增加数据的时候，同时更新缓存。
　　Hibernate的二级缓存策略，是针对于ID查询的缓存策略，对于条件查询则毫无作用。为此，Hibernate提供了针对条件查询的Query缓存。
Hibernate的Query缓存策略的过程如下：
1) Hibernate首先根据这些信息组成一个Query Key，Query Key包括条件查询的请求一般信息：SQL, SQL需要的参数，记录范围（起始位置rowStart，最大记录个数maxRows)，等。
2) Hibernate根据这个Query Key到Query缓存中查找对应的结果列表。如果存在，那么返回这个结果列表；如果不存在，查询数据库，获取结果列表，把整个结果列表根据Query Key放入到Query缓存中。
3) Query Key中的SQL涉及到一些表名，如果这些表的任何数据发生修改、删除、增加等操作，这些相关的Query Key都要从缓存中清空