Spring Data JPA 详解

一、概述

Java持久化技术是Java开发中的重要组成部分，它主要用于将对象数据持久化到数据库中，以及从数据库中查询和恢复对象数据。在Java持久化技术领域，Java Persistence API (JPA) 和 Spring Data JPA 是两个非常流行的框架。

1.1 JPA简介

Java Persistence API (JPA) 是一种基于 ORM (Object-Relational Mapping) 技术的 Java EE 规范。它主要用于将 Java 对象映射到关系型数据库中，以便于对数据进行持久化操作。

JPA 主要由三个部分组成，分别是 Entity、EntityManager 和 Query。其中 Entity 用于描述 Java 对象和数据库表之间的映射关系；EntityManager 用于管理实体对象的生命周期和完成实体对象与数据库之间的操作；Query 用于查询数据。

JPA 支持多种底层实现，如 Hibernate、EclipseLink 等。在使用时，只需要引入相应的实现框架即可。 总结如下：

• JPA（Java Persistence API）是为Java EE平台设计的一种ORM解决方案。
• JPA提供了一些标准的API以及关系映射的元数据，使得Java开发人员可以在没有具体SQL编程经验的情况下，通过简单的注解配置实现对数据的访问和操作。
• JPA提供了对事务的支持，允许Java开发人员进行基于POJO的开发，在运行时将这些POJO映射成关系数据库表和列，最大限度地减少了Java开发者与数据库的交互。

1.2 Spring Data JPA简介

Spring Data JPA 是 Spring 框架下的一个模块，是基于 JPA 规范的上层封装，旨在简化 JPA 的使用。

Spring Data JPA 提供了一些常用的接口，如 JpaRepository、JpaSpecificationExecutor 等，这些接口包含了很多常用的 CRUD 操作方法，可直接继承使用。同时，Spring Data JPA 还提供了基于方法命名规范的查询方式，可以根据方法名自动生成相应的 SQL 语句，并执行查询操作。这种方式可以大大减少编写 SQL 语句的工作量。

除了基础的 CRUD 操作外，Spring Data JPA 还提供了一些高级功能，如分页、排序、动态查询等。同时，它也支持多种数据库，如 MySQL、PostgreSQL、Oracle 等。 总结如下：

• Spring Data JPA 是 Spring Data 项目家族中的一员，它为基于Spring框架应用程序提供了更加便捷和强大的数据操作方式。
• Spring Data JPA 支持多种数据存储技术，包括关系型数据库和非关系型数据库。
• Spring Data JPA 提供了简单、一致且易于使用的API来访问和操作数据存储，其中包括基本的CRUD操作、自定义查询方法、动态查询等功能。
• Spring Data JPA 也支持QueryDSL、Jinq、Kotlin Query等其他查询框架。

二、配置及应用

2.1 环境配置

• 使用 Spring Data JPA 需要在项目中配置相关依赖项和数据源。
• Spring Data JPA 支持的数据库类型包括 MySQL、PostgreSQL、Oracle、MongoDB 等。

2.2 依赖添加

• 在项目的 pom.xml 文件中添加如下 Spring Data JPA 相关依赖：

  <dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-data-jpa</artifactId>
  </dependency>
  ​
  <dependency><groupId>mysql</groupId><artifactId>mysql-connector-java</artifactId>
  </dependency>
  

• 如果使用其他数据库类型，可以替换 mysql-connector-java 依赖，并相应地调整数据源配置。

2.3 实体类创建

在项目中创建实体类，用于映射数据库表和列。实体类需要使用@Entity注解进行标记，并且需要指定主键和自动生成策略，例如：

@Entity
public class User {@Id@GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)private Long id;private String name;// ...// 省略 getter 和 setter 方法
}

2.4 Repository接口创建

在项目中创建 Repository 接口，用于定义数据访问方法。Repository 接口需要继承自java JpaRepository接口，并且需要使用java @Repository注解进行标记，例如：

@Repository
public interface UserRepository extends JpaRepository<User, Long> {User findByName(String name);
}

在示例中，我们定义了一个名为 UserRepository 的接口，它继承自 JpaRepository 接口，泛型参数分别为实体类型和主键类型，并且新增了一个自定义查询方法 findByName。

2.5 示例程序运行

编写示例代码并运行应用程序，以验证 Spring Data JPA 的功能和使用方法。示例代码可以是简单的控制台程序，也可以是 Web 应用程序。下面是一个基于 Spring Boot 的 Web 应用程序的示例代码：

@SpringBootApplication
public class Application implements CommandLineRunner {@Autowiredprivate UserRepository userRepository;public static void main(String[] args) {SpringApplication.run(Application.class, args);}@Overridepublic void run(String... args) throws Exception {User user = new User();user.setName("Alice");user.setEmail("[e-mail]");userRepository.save(user);User savedUser = userRepository.findByName("Alice");System.out.println(savedUser);}
}

在示例代码中，我们使用 @SpringBootApplication 注解标记了应用程序入口类，并且在 main 方法中启动了应用程序。CommandLineRunner 接口的 run 方法用于定义初始化逻辑，在示例中我们创建了一个名为 Alice 的用户，并将其保存到数据库中，随后使用 findByName 方法查询并输出该用户信息。

三、实体映射

3.1 注解

• Entity 注解
  @Entity 注解用于标记实体类，表示该类会被映射到数据库中的一个表。示例代码：

  @Entity
  public class User {// 省略属性和方法
  }
  

• Table 注解
  @Table 注解用于标注实体类与数据库表之间的映射关系，并可以指定表的名称、唯一约束等信息。示例代码：

  @Entity
  @Table(name = "user")
  public class User {// 省略属性和方法
  }
  

• Column 注解
  @Column 注解用于标注实体类属性与数据表字段之间的映射关系，并可以指定字段名称、长度、精度等信息。示例代码：

  @Entity
  @Table(name = "user")
  public class User {@Idprivate Long id;@Column(name = "user_name", length = 20, nullable = false)private String userName;// 省略其他属性和方法
  }
  

• Id 注解
  @Id 注解用于标注实体类属性作为主键，通常与 @GeneratedValue 注解一起使用指定主键生成策略。示例代码：

  @Entity
  @Table(name = "user")
  public class User {@Id@GeneratedValue(strategy = GenerationType.AUTO)private Long id;// 省略其他属性和方法
  }
  

• GeneratedValue注解
  @GeneratedValue 注解用于指定主键生成策略，通常与 @Id 注解一起使用。示例代码：

  @Entity
  @Table(name = "user")
  public class User {@Id@GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)private Long id;// 省略其他属性和方法
  }
  

3.2 关系映射

关系映射通常包括一对一、一对多和多对多等关系。在 Spring Data JPA 中，可以使用 @OneToOne、@OneToMany 和 @ManyToMany 注解来标注关系映射。这些注解通常与 @JoinColumn 注解一起使用，用于指定关联的外键列。

示例代码：

@Entity
@Table(name = "user")
public class User {@Id@GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)private Long id;@OneToMany(mappedBy = "user", cascade = CascadeType.ALL)private List<Address> addresses;// 省略其他属性和方法
}@Entity
@Table(name = "address")
public class Address {@Id@GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)private Long id;@ManyToOne@JoinColumn(name = "user_id")private User user;// 省略其他属性和方法
}

在上例中，User 和 Address 之间是一对多的关系，所以在 User 实体类中使用了 @OneToMany 注解，在 Address 实体类中使用了 @ManyToOne 注解。mappedBy 属性用于指定关联的属性名称，这里是 user，表示 Address 实体类中的 user 属性与 User 实体类中的 addresses 属性相对应。cascade 属性表示级联操作，这里使用 CascadeType.ALL 表示在删除 User 实体时同时删除其关联的所有 Address 实体。@JoinColumn 注解用于指定外键名称，这里是 user_id，表示 Address 表中的 user_id 列与 User 表中的主键相对应。

四、Repository接口

Repository 接口是 Spring Data JPA 的核心接口之一，它提供了基本的增删改查方法和自定义查询方法，以及分页和排序等功能。在使用时需要继承 Repository 接口并指定对应的实体类和主键类型。示例代码：

public interface UserRepository extends Repository<User, Long> {// 省略基本增删改查方法和自定义查询方法
}

4.1 基本增删改查

在继承 Repository 接口后，会默认提供基本的增删改查方法，无需额外的代码实现即可使用。常用的方法如下：

方法名	描述
T save(T entity)	保存实体对象
Iterable saveAll(Iterable entities)	批量保存实体对象
Optional findById(ID id)	根据主键获取实体对象
boolean existsById(ID id)	判断是否存在特定主键的实体对象
Iterable findAll()	获取所有实体对象
Iterable findAllById(Iterable ids)	根据主键批量获取实体对象
long count()	获取实体对象的数量
void deleteById(ID id)	根据主键删除实体对象
void delete(T entity)	删除实体对象
void deleteAll(Iterable<? extends T> entities)	批量删除实体对象

示例代码：

public interface UserRepository extends Repository<User, Long> {// 保存用户User save(User user);// 根据主键获取用户Optional<User> findById(Long id);// 获取所有用户Iterable<User> findAll();// 根据主键删除用户void deleteById(Long id);
}

4.2 自定义查询方法

在 Repository 接口中可以定义自定义查询方法，实现按照指定规则查询数据。Spring Data JPA 支持三种方式定义自定义查询方法：方法名称查询、参数设置查询、使用 @Query 注解查询。

• 方法名称查询
  方法名称查询是 Spring Data JPA 中最简单的一种自定义查询方法，并且不需要额外的注解或 XML 配置。它通过方法名来推断出查询的条件，例如以 findBy 开头的方法表示按照某些条件查询，以 deleteBy 开头的方法表示按照某些条件删除数据。示例代码：

  public interface UserRepository extends Repository<User, Long> {// 根据用户名查询用户User findByUserName(String userName);// 根据年龄查询用户列表List<User> findByAge(Integer age);// 根据用户名和密码查询用户User findByUserNameAndPassword(String userName, String password);// 根据主键和用户名删除用户void deleteByIdAndUserName(Long id, String userName);
  }
  

• 查询参数设置
  除了方法名称查询外，还可以使用参数设置方式进行自定义查询。它通过在方法上使用 @Query 注解来指定查询语句，然后使用 @Param 注解来指定方法参数与查询语句中的参数对应关系。示例代码：

  public interface UserRepository extends Repository<User, Long> {// 根据用户名查询用户@Query("SELECT u FROM User u WHERE u.userName = :userName")User findByUserName(@Param("userName") String userName);// 根据用户名和密码查询用户@Query("SELECT u FROM User u WHERE u.userName = :userName AND u.password = :password")User findByUserNameAndPassword(@Param("userName") String userName, @Param("password") String password);
  }
  

• 使用@Query注解
  在自定义查询方法时，还可以使用 @Query 注解直接指定查询语句。@Query 注解的 value 属性表示查询语句，可以使用占位符 ?1、?2 等表示方法参数。示例代码：

  public interface UserRepository extends Repository<User, Long> {// 根据用户名查询用户@Query(value = "SELECT * FROM user WHERE user_name = ?1", nativeQuery = true)User findByUserName(String userName);// 根据用户名和密码查询用户@Query(value = "SELECT * FROM user WHERE user_name = ?1 AND password = ?2", nativeQuery = true)User findByUserNameAndPassword(String userName, String password);
  }
  

4.3 使用 Sort 和 Pageable 进行排序和分页

在查询数据时，经常需要对结果进行排序和分页操作。Spring Data JPA 提供了 Sort 和 Pageable 两个类来实现排序和分页功能。

• Sort 类表示排序规则，可以使用 Sort.by() 静态方法创建实例，并指定排序属性和排序方向。常用方法如下：

  方法名	描述
  static Sort by(Sort.Order… orders)	根据排序规则创建 Sort 实例
  static Sort.Order by(String property)	根据属性升序排序
  static Sort.Order by(String property, Sort.Direction direction)	根据属性排序

  示例代码：

  public interface UserRepository extends Repository<User, Long> {// 根据年龄升序查询用户列表List<User> findByOrderByAgeAsc();// 根据年龄降序分页查询用户列表Page<User> findBy(Pageable pageable);
  }
  

• Pageable 类表示分页信息，可以使用 PageRequest.of() 静态方法创建实例，并指定页码、每页数据量和排序规则。常用方法如下：

  方法名	描述
  static PageRequest of(int page, int size, Sort sort)	创建分页信息实例
  static PageRequest of(int page, int size, Sort.Direction direction, String… properties)	创建分页信息实例

  示例代码：

  public interface UserRepository extends Repository<User, Long> {// 根据年龄降序分页查询用户列表Page<User> findBy(Pageable pageable);
  }// 使用
  Pageable pageable = PageRequest.of(0, 10, Sort.by("age").descending());
  Page<User> page = userRepository.findBy(pageable);
  List<User> userList = page.getContent();
  

4.4 使用 @Modifying 注解进行修改

在 Spring Data JPA 中，使用 update 和 delete 语句需要使用 @Modifying 注解标注，并且需要添加 @Transactional 注解开启事务。需要注意的是，@Modifying 注解只支持 DML 语句。

示例代码：

public interface UserRepository extends Repository<User, Long> {// 更新用户密码@Modifying@Transactional@Query("UPDATE User u SET u.password = :password WHERE u.id = :id")void updatePasswordById(@Param("id") Long id, @Param("password") String password);// 删除年龄大于等于 age 的用户@Modifying@Transactional@Query("DELETE FROM User u WHERE u.age >= :age")void deleteByAgeGreaterThanEqual(@Param("age") Integer age);
}

4.5 使用 Native SQL 查询

在某些情况下，需要执行原生的 SQL 查询语句。Spring Data JPA 提供了 @Query 注解来支持使用原生 SQL 查询数据。在 @Query 注解中设置 nativeQuery=true 即可执行原生 SQL 语句。

以下示例代码演示了如何使用原生 SQL 查询 age 大于等于 18 的用户。

public interface UserRepository extends JpaRepository<User, Long> {@Query(value = "SELECT * FROM user WHERE age >= ?1", nativeQuery = true)List<User> findByAgeGreaterThanEqual(Integer age);
}// 使用
userRepository.findByAgeGreaterThanEqual(18);

五、数据库操作

5.1 数据库初始化和升级

• 数据库初始化
  在使用 Spring Data JPA 进行开发时，使用 @Entity 标注实体类，当应用程序启动时，JPA 会自动检测实体类上的注解，并在数据库中创建对应的表。

  以下示例代码演示了如何在 Spring Boot 应用程序中使用 JPA 创建表。

  @Entity
  @Table(name = "user")
  public class User {@Id@GeneratedValue(strategy = GenerationType.AUTO)private Long id;@Columnprivate String name;@Columnprivate Integer age;// 省略 getter 和 setter 方法
  }@Repository
  public interface UserRepository extends JpaRepository<User, Long> {
  }@Service
  public class UserService {@Autowiredprivate UserRepository userRepository;// 添加用户public User addUser(User user) {return userRepository.save(user);}
  }
  

  在上述示例代码中，使用 @Entity 标注实体类，并在 @Table 注解中指定表名。当应用程序启动时，JPA 会自动创建名为 user 的表。使用 JpaRepository 提供的方法进行增删改查等操作。

• 数据库升级
  当数据库表结构需要修改时，可以使用 Flyway、Liquibase 等工具进行数据库升级。其中，Flyway 是一款轻量级的数据库迁移工具，它可以很好地与 Spring Boot 集成。

  以下示例代码演示了如何在 Spring Boot 应用程序中使用 Flyway 进行数据库升级：

  • 在 pom.xml 文件中添加依赖

    <dependency><groupId>org.flywaydb</groupId><artifactId>flyway-core</artifactId><version>7.6.3</version>
    </dependency>
    

  • 在 application.properties 文件中配置 Flyway 数据库连接信息

    spring.datasource.url=jdbc:mysql://localhost:3306/test
    spring.datasource.username=root
    spring.datasource.password=123456
    # Flyway 数据库升级相关配置
    spring.flyway.locations=classpath:/db/migration
    spring.flyway.baselineOnMigrate=true
    

  • 在 src/main/resources/db/migration 目录下创建 SQL 升级脚本，如 V1__create_user_table.sql 和 V2__add_address_column_to_user_table.sql

    -- V1__create_user_table.sql
    CREATE TABLE `user` (`id` bigint(20) NOT NULL AUTO_INCREMENT,`name` varchar(255) DEFAULT NULL,`age` int(11) DEFAULT NULL,PRIMARY KEY (`id`)
    ) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=utf8mb4 COLLATE=utf8mb4_0900_ai_ci;-- V2__add_address_column_to_user_table.sql
    ALTER TABLE `user` ADD `address` VARCHAR(255) NULL AFTER `age`;
    

  • 在 Spring Boot 应用程序启动时，Flyway 会自动执行 SQL 升级脚本，更新数据库表结构

    @SpringBootTest
    class ApplicationTests {@Testvoid contextLoads() {}
    }
    

5.2 多数据源配置

在实际应用中，有时需要使用多个数据源。Spring Boot 提供了 @ConfigurationProperties、@Primary、@Qualifier 等注解来支持多数据源配置。以下示例代码演示了如何在 Spring Boot 应用程序中配置多数据源。

• 在 application.properties 文件中配置两个数据源的连接信息

  # 数据源一
  spring.datasource.one.url=jdbc:mysql://localhost:3306/test1
  spring.datasource.one.username=root
  spring.datasource.one.password=123456
  # 数据源二
  spring.datasource.two.url=jdbc:mysql://localhost:3306/test2
  spring.datasource.two.username=root
  spring.datasource.two.password=123456
  

• 创建两个数据源的配置类

  @Configuration
  @ConfigurationProperties(prefix = "spring.datasource.one")
  public class DataSourceOneConfig {private String url;private String username;private String password;// 省略 getter 和 setter 方法@Beanpublic DataSource dataSourceOne() {return DataSourceBuilder.create().url(url).username(username).password(password).build();}
  }@Configuration
  @ConfigurationProperties(prefix = "spring.datasource.two")
  public class DataSourceTwoConfig {private String url;private String username;private String password;// 省略 getter 和 setter 方法@Beanpublic DataSource dataSourceTwo() {return DataSourceBuilder.create().url(url).username(username).password(password).build();}
  }
  

• 在 Service 或 Repository 中指定要使用的数据源

  @Service
  public class UserService {@Autowired@Qualifier("dataSourceOne")private DataSource dataSourceOne;@Autowired@Qualifier("dataSourceTwo")private DataSource dataSourceTwo;public void addUser(User user) {try (Connection connection = dataSourceOne.getConnection();PreparedStatement statement = connection.prepareStatement("INSERT INTO user (name, age) VALUES (?, ?)")) {statement.setString(1, user.getName());statement.setInt(2, user.getAge());statement.executeUpdate();} catch (SQLException e) {e.printStackTrace();throw new RuntimeException(e);}}
  }
  

在上述示例代码中，使用 @ConfigurationProperties 注解将数据源的连接信息和配置类绑定。使用 @Qualifier 和 @Autowired 注解指定要使用的数据源。在 Service 或 Repository 中通过 DataSource.getConnection() 获取连接，手动执行 SQL 语句。

5.3 审计日志和版本控制

审计日志和版本控制是企业级应用程序常见的需求，Spring Data JPA 提供了 @CreatedBy、@CreatedDate、@LastModifiedBy、@LastModifiedDate 和 @Version 等注解来支持审计日志和版本控制功能。以下示例代码演示了如何在实体类中使用 Spring Data JPA 提供的注解实现审计日志和版本控制。

@Entity
@Table(name = "user")
@EntityListeners(AuditingEntityListener.class)
public class User {@Id@GeneratedValue(strategy = GenerationType.AUTO)private Long id;@Columnprivate String name;@Columnprivate Integer age;@CreatedDate@Column(name = "create_time", nullable = false, updatable = false)private LocalDateTime createTime;@CreatedBy@Column(name = "create_by", nullable = false, updatable = false)private String createBy;@LastModifiedDate@Column(name = "update_time", nullable = false)private LocalDateTime updateTime;@LastModifiedBy@Column(name = "update_by", nullable = false)private String updateBy;@Version@Column(name = "version")private Long version;// 省略 getter 和 setter 方法
}

在上述示例代码中，使用 @CreatedDate 和 @CreatedBy 注解标注创建时间和创建人属性，并设置 nullable=false 和 updatable=false 属性不允许为空和更新。使用 @LastModifiedDate 和 @LastModifiedBy 注解标注修改时间和修改人属性，并设置 nullable=false 属性不允许为空。使用 @Version 注解标注版本号属性。

在配置类中启用审计功能：

@Configuration
@EnableJpaAuditing
public class JpaConfig {
}

这样就可以在增删改查操作中自动记录审计日志和版本信息。

六、总结

6.1 Spring Data JPA的优点和缺点

• 优点
  • 简单易用：Spring Data JPA 简化了数据访问层的开发，大大减少了代码量。
  • 减少重复工作：通过继承 JpaRepository 接口，可以自动获得增删改查等基本操作，减少了开发人员的重复工作。
  • 更好的可读性：通过使用 Spring Data JPA 提供的方法命名规范，可以使代码更具可读性，提高了代码的可维护性。
  • 集成方便：Spring Data JPA 可以很方便地与其他 Spring 框架集成，如 Spring Boot、Spring Cloud 等。
  • 规范化：Spring Data JPA 实现了 JPA 规范，支持多种数据库，并且提供了很多扩展接口，可以方便地进行定制。
• 缺点
  • 性能问题：在大数据量、高并发情况下，性能可能不如原生的 SQL 查询，需要进行调优。
  • 学习成本：学习 JPA 规范以及 Spring Data JPA 的相关知识需要一定的时间和精力。
  • 灵活性差：由于 Spring Data JPA 主要是为了简化 CRUD 操作的开发，因此对于复杂查询等场景可能不太适合。

6.2 与其他 ORM 框架的比较

• 与 MyBatis 比较
  • Spring Data JPA：优点是代码简单、易于维护，集成 Spring 框架更方便；缺点是灵活性不如 MyBatis，性能也可能不如 MyBatis。
  • MyBatis：优点是灵活性强，可以执行复杂的 SQL 语句；缺点是需要手动编写 SQL 语句，难以维护。
• 与 Hibernate 比较
  • Spring Data JPA：基于 JPA 标准，规范化强，使用简单，支持多种数据库；缺点是性能可能不如原生 SQL，不太适合复杂查询场景。
  • Hibernate：性能好，支持丰富的 ORM 功能，适合复杂查询场景；缺点是学习成本高，文档相对较少，适用范围相对狭窄。

6.3 适合使用 Spring Data JPA 的项目类型

Spring Data JPA 适用于需求较为简单的 CRUD 操作的项目，特别是对于初学者来说，使用 Spring Data JPA 可以很快速的上手。对于一些需要进行关联操作的复杂查询场景，或者需要特定的 SQL 语句实现的场景，可以考虑使用 MyBatis 或者直接使用 Hibernate。但对于大多数项目而言，使用 Spring Data JPA 已经能够很好地满足需求。