概述

本章再对 Mybatis 用到的设计模式做一个总结。它用到的设计模式也不少。有些前面章节已经经过了，有些则比较简单。

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SqlSessionFactoryBuilder：为什么要用建造者模式来创建 SqlSessionFactory？

在《Mybatis如何权衡易用性、性能和灵活性？》章节，通过一个查询用户的例子，展示了用 Mybatis 进行数据库编程。为方便查看，代码重新摘抄到这里。

public class MybatisDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        Reader reader = Resources.getResourceAsReader("mybatis.xml");
        SqlSessionFactory sessionFactory = new SqlSessionFactoryBuilder().build(reader);
        SqlSession session = sessionFactory.openSession();
        UserMapper userMapper = session.getMapper(UserMapper.class);
        UserDo userDo = userMapper.selectById(8);
        // ...
    }
}

针对这段代码，请你思考下下面这个问题。

之前讲到建造者模式时，我们使用 Builder 类来创建对象，一般都是先级联一组 setXXX() 方法来设置属性，然后再调用 builder() 方法创建最终的对象。但是，在上面这段代码中，通过 SqlSessionFactoryBuilder 来创建 SqlSessionFactory 并不符合这个套路。它既没有 setter 方法，而且 builder() 方法也并非无参，需要传递参数。此外，从上面的代码来看，SqlSessionFactory 对象的创建过程也并不复杂。那直接通过构造函数来创建 SqlSessionFactory 不就行了吗？为什么还要借助建造者模式创建 SqlSessionFactory 呢？

要回答这个问题，先要看下 SqlSessionFactoryBuilder 类的源码。源码如下所示：

public class SqlSessionFactoryBuilder {

  public SqlSessionFactory build(Reader reader) {
    return build(reader, null, null);
  }

  public SqlSessionFactory build(Reader reader, String environment) {
    return build(reader, environment, null);
  }

  public SqlSessionFactory build(Reader reader, Properties properties) {
    return build(reader, null, properties);
  }

  public SqlSessionFactory build(Reader reader, String environment, Properties properties) {
    try {
      XMLConfigBuilder parser = new XMLConfigBuilder(reader, environment, properties);
      return build(parser.parse());
    } catch (Exception e) {
      throw ExceptionFactory.wrapException("Error building SqlSession.", e);
    } finally {
      ErrorContext.instance().reset();
      try {
        reader.close();
      } catch (IOException e) {
        // Intentionally ignore. Prefer previous error.
      }
    }
  }

  public SqlSessionFactory build(InputStream inputStream) {
    return build(inputStream, null, null);
  }

  public SqlSessionFactory build(InputStream inputStream, String environment) {
    return build(inputStream, environment, null);
  }

  public SqlSessionFactory build(InputStream inputStream, Properties properties) {
    return build(inputStream, null, properties);
  }

  public SqlSessionFactory build(InputStream inputStream, String environment, Properties properties) {
    try {
      XMLConfigBuilder parser = new XMLConfigBuilder(inputStream, environment, properties);
      return build(parser.parse());
    } catch (Exception e) {
      throw ExceptionFactory.wrapException("Error building SqlSession.", e);
    } finally {
      ErrorContext.instance().reset();
      try {
        inputStream.close();
      } catch (IOException e) {
        // Intentionally ignore. Prefer previous error.
      }
    }
  }

  public SqlSessionFactory build(Configuration config) {
    return new DefaultSqlSessionFactory(config);
  }
}

SqlSessionFactoryBuilder 类中有大量的 build() 重载函数。为了方便你查看，以及待会儿跟 SqlSessionFactory 类的代码做对比，我们把重载函数抽象出来，贴到这里。

public class SqlSessionFactoryBuilder {
  public SqlSessionFactory build(Reader reader);
  public SqlSessionFactory build(Reader reader, String environment);
  public SqlSessionFactory build(Reader reader, Properties properties);
  public SqlSessionFactory build(Reader reader, String environment, Properties properties);
  public SqlSessionFactory build(InputStream inputStream);
  public SqlSessionFactory build(InputStream inputStream, String environment);
  public SqlSessionFactory build(InputStream inputStream, Properties properties);
  public SqlSessionFactory build(InputStream inputStream, String environment, Properties properties) ;
  // 上面的所有方法，最终都会调用这个方法
  public SqlSessionFactory build(Configuration config);
}

我们知道，如果一个类包含很多成员变量，而构建对象并不需要设置所有的成员变量，只需要选择性地设置其中几个就可以了。为了满足这样的构建需求，就要定义多个包含不同参数列表的构造函数。为了避免构造函数过多、参数列表过长，我们一般通过无参构造函数加 setter 方法或者通过建造者模式来解决。

从建造者模式的设计初衷上来看，SqlSessionFactoryBuilder 虽然带有 Builder() 后缀，但不要被它的名字所迷惑，它并不是标准的建造者模式。一方面，原始类 SqlSessionFactory 只需要一个参数，并不复杂。另一方面，Builder 类 SqlSessionFactoryBuilder 仍然定义了 n 多个包含不同参数列表的构造函数。

实际上，SqlSessionFactoryBuilder 设计的初衷只不过是为了简化开发。因为构建 SqlSessionFactory 需要先构建 Configuration，而构建 Configuration 是非常复杂的，需要做很多工作，比如配置的读取、解析、创建 n 多对象等。为了将构建 SqlSessionFactory 的过程隐藏起来，对程序员透明，Mybatis 就设计了 SqlSessionFactoryBuilder 类封装这些构建细节。

SqlSessionFactory：到底属于工厂模式还是建造者模式？

在上面那段 Mybatis 示例代码中，我们通过 SqlSessionFactoryBuilder 创建了 SqlSessionFactory，然后再通过 SqlSessionFactory 创建了 SqlSession。刚刚讲了 SqlSessionFactoryBuilder，现在再来看下 SqlSessionFactory。

从名字上，你可能已经猜到，SqlSessionFactory 是一个工厂类，用到的设计模式是工厂模式。不过，它跟 SqlSessionFactoryBuilder 类似，名字有很大的迷惑性。实际上，它并不是标准的工厂模式。为什么这么说呢？我们先来看下 SqlSessionFactory 类的源码。

public interface SqlSessionFactory {
  SqlSession openSession();
  SqlSession openSession(boolean autoCommit);
  SqlSession openSession(Connection connection);
  SqlSession openSession(TransactionIsolationLevel level);
  SqlSession openSession(ExecutorType execType);
  SqlSession openSession(ExecutorType execType, boolean autoCommit);
  SqlSession openSession(ExecutorType execType, TransactionIsolationLevel level);
  SqlSession openSession(ExecutorType execType, Connection connection);
  Configuration getConfiguration();
}

SqlSessionFactory 是一个接口，DefaultSqlSessionFactory 是它的唯一实现类。DefaultSqlSessionFactory 源码如下所示：

public class DefaultSqlSessionFactory implements SqlSessionFactory {
  private final Configuration configuration;
  public DefaultSqlSessionFactory(Configuration configuration) {
    this.configuration = configuration;
  }

  @Override
  public SqlSession openSession() {
    return openSessionFromDataSource(configuration.getDefaultExecutorType(), null, false);
  }

  @Override
  public SqlSession openSession(boolean autoCommit) {
    return openSessionFromDataSource(configuration.getDefaultExecutorType(), null, autoCommit);
  }

  @Override
  public SqlSession openSession(ExecutorType execType) {
    return openSessionFromDataSource(execType, null, false);
  }

  @Override
  public SqlSession openSession(TransactionIsolationLevel level) {
    return openSessionFromDataSource(configuration.getDefaultExecutorType(), level, false);
  }

  @Override
  public SqlSession openSession(ExecutorType execType, TransactionIsolationLevel level) {
    return openSessionFromDataSource(execType, level, false);
  }

  @Override
  public SqlSession openSession(ExecutorType execType, boolean autoCommit) {
    return openSessionFromDataSource(execType, null, autoCommit);
  }

  @Override
  public SqlSession openSession(Connection connection) {
    return openSessionFromConnection(configuration.getDefaultExecutorType(), connection);
  }

  @Override
  public SqlSession openSession(ExecutorType execType, Connection connection) {
    return openSessionFromConnection(execType, connection);
  }

  @Override
  public Configuration getConfiguration() {
    return configuration;
  }

  private SqlSession openSessionFromDataSource(ExecutorType execType, TransactionIsolationLevel level, boolean autoCommit) {
    Transaction tx = null;
    try {
      final Environment environment = configuration.getEnvironment();
      final TransactionFactory transactionFactory = getTransactionFactoryFromEnvironment(environment);
      tx = transactionFactory.newTransaction(environment.getDataSource(), level, autoCommit);
      final Executor executor = configuration.newExecutor(tx, execType);
      return new DefaultSqlSession(configuration, executor, autoCommit);
    } catch (Exception e) {
      closeTransaction(tx); // may have fetched a connection so lets call close()
      throw ExceptionFactory.wrapException("Error opening session.  Cause: " + e, e);
    } finally {
      ErrorContext.instance().reset();
    }
  }

  private SqlSession openSessionFromConnection(ExecutorType execType, Connection connection) {
    try {
      boolean autoCommit;
      try {
        autoCommit = connection.getAutoCommit();
      } catch (SQLException e) {
        // Failover to true, as most poor drivers
        // or databases won't support transactions
        autoCommit = true;
      }
      final Environment environment = configuration.getEnvironment();
      final TransactionFactory transactionFactory = getTransactionFactoryFromEnvironment(environment);
      final Transaction tx = transactionFactory.newTransaction(connection);
      final Executor executor = configuration.newExecutor(tx, execType);
      return new DefaultSqlSession(configuration, executor, autoCommit);
    } catch (Exception e) {
      throw ExceptionFactory.wrapException("Error opening session.  Cause: " + e, e);
    } finally {
      ErrorContext.instance().reset();
    }
  }
  // ...
}

从 SqlSessionFactory、DefaultSqlSessionFactory 的源码来看，它的设计非常类似刚刚的 SqlSessionFactoryBuilder，通过重载多个 openSession() 函数，支持通过组合 autoCommit、Executor、Transaction 等不同的参数，创建 SqlSession 对象。标准的工厂模式通过 type 来创建继承同一个父类的不同子类对象，而这里只不过是通过传递进来的不同参数，来创建同一个类的对象。所以，它更像建造者模式。

虽然设计思路基本一致，但一个叫 xxxBuilder （SqlSessionFactoryBuilder），一个叫 xxxFactory（SqlSessionFactory）。而且，叫 xxxBuilder 的也并非标准的建造者模式，叫 xxxFactory 的也并非标准的工厂模式。所以，我个人觉得，Mybatis 对这部分代码的设计还是值得优化的。

实际上，这两个类的作用只不过是为了创建 SqlSession 对象，没有其他作用。所以，我更建议参照 Spring 的设计思路，把 SqlSessionFactoryBuilder 和 SqlSessionFactory 的逻辑，放到一个叫 “ApplicationContext” 的类中。让这个类来全权负责读入配置文件，创建 Configuration，生成 SqlSession。

BaseExecutor：模板模式跟普通的继承有什么区别？

如果查阅 SqlSession 和 DefaultSqlSession 的源码，你会发现，SqlSession 执行 SQL 的业务逻辑，都是委托给了 Executor 来实现。Executor 相关的类主要是用来执行 SQL。其中，Executor 本身是一个接口；BaseExecutor 是一个抽象类，实现了 Executor 接口；而 BatchExecutor、SimpleExecutor、ReuseExecutor 三个类继承 BaseExecutor 抽象类。

那 BatchExecutor、SimpleExecutor、ReuseExecutor 三个类跟 BaseExecutor 是简单的继承关系，还是模板模式关系呢？我们看一下 BaseExecutor 的源码就清楚了。

public abstract class BaseExecutor implements Executor {
  // ...
  
  @Override
  public int update(MappedStatement ms, Object parameter) throws SQLException {
    ErrorContext.instance().resource(ms.getResource()).activity("executing an update").object(ms.getId());
    if (closed) {
      throw new ExecutorException("Executor was closed.");
    }
    clearLocalCache();
    return doUpdate(ms, parameter);
  }

  @Override
  public List<BatchResult> flushStatements() throws SQLException {
    return flushStatements(false);
  }

  public List<BatchResult> flushStatements(boolean isRollBack) throws SQLException {
    if (closed) {
      throw new ExecutorException("Executor was closed.");
    }
    return doFlushStatements(isRollBack);
  }
  
  // ...
  
  @Override
  public <E> Cursor<E> queryCursor(MappedStatement ms, Object parameter, RowBounds rowBounds) throws SQLException {
    BoundSql boundSql = ms.getBoundSql(parameter);
    return doQueryCursor(ms, parameter, rowBounds, boundSql);
  }
  
  // ...
  
  protected abstract int doUpdate(MappedStatement ms, Object parameter)
      throws SQLException;

  protected abstract List<BatchResult> doFlushStatements(boolean isRollback)
      throws SQLException;

  protected abstract <E> List<E> doQuery(MappedStatement ms, Object parameter, RowBounds rowBounds, ResultHandler resultHandler, BoundSql boundSql)
      throws SQLException;

  protected abstract <E> Cursor<E> doQueryCursor(MappedStatement ms, Object parameter, RowBounds rowBounds, BoundSql boundSql)
      throws SQLException;
      
  // ...
  
  private <E> List<E> queryFromDatabase(MappedStatement ms, Object parameter, RowBounds rowBounds, ResultHandler resultHandler, CacheKey key, BoundSql boundSql) throws SQLException {
    List<E> list;
    localCache.putObject(key, EXECUTION_PLACEHOLDER);
    try {
      list = doQuery(ms, parameter, rowBounds, resultHandler, boundSql);
    } finally {
      localCache.removeObject(key);
    }
    localCache.putObject(key, list);
    if (ms.getStatementType() == StatementType.CALLABLE) {
      localOutputParameterCache.putObject(key, parameter);
    }
    return list;
  }
  
  // ...
  
}

模板模式基于继承来实现代码复用。如果抽象类中包含模板方法，模板方法调用待子类实现的抽象方法，那这一般就是模板模式的代码实现。而且，在命名上，模板方法与抽象方法一般是一一对应地，抽象方法在模板方法前面多一个 “do”，比如，在 BaseExecutor 类中，其中一个模板方法叫做 update()，那对应地抽象方法叫做 doUpdate()。

SqlNode：如何利用解释器模式来解析动态 SQL？

支持配置文件中编写动态 SQL，是 Mybatis 一个非常强大的功能。所谓动态 SQL，就是在 SQL 中可以包含在 trim、if、#{} 等语法标签，在运行时根虎条件来生成不同的 SQL。这么说比较抽象，我举个例子解释下。

<update id="update" parameterType="com.example.User">
	UPDATE user 
	<trim prefix="SET" prefixOverrides=",">
		<if test="name != null and name != ''">
			name = #{name}
		</if>
		<if test="age != null and age != ''">
			, age = #{age}
		</if>
		<if test="birthday != null and birthday != ''">
			, birthday = #{birthday}
		</if>
	</trim>
	where id = #{id}
</update>

显然，动态 SQL 的语法规则是 Mybtis 自定义的。如果想要根据语法规则，替换掉动态 SQL 中的动态元素，生成真正可以执行的 SQL 语句，Mybatis 还需要实现对应的解释器。这一部分功能就可以看作是解释器模式的应用。实际上，如果你去查看它的代码实现，你会发现，它跟我们在前面讲解解释器模式时举的例子的代码结构非常相似。

前面提到，解释器模式在解释语法规则时，一般会把语法规则分割成小的单元，特别是可以嵌套的小单元，针对每个小单元来解析，最终再把解析结果合并在一起。这里也不例外。Mybatis 把每个语法小单元叫 SqlNode。SqlNode 的定义如下所示：

public interface SqlNode {
  boolean apply(DynamicContext context);
}

对应不同的语法小单元，Mybatis 定义的不同 SqlNode 实现类。

整个解释器的调用入口在 DynamicSqlSource.getBoundSql() 方法中，它调用了 rootSqlNode.apply(context) 方法。

ErrorContext：如何实现一个线程唯一的单例模式？

在单例模式章节，我们讲到单例模式时进程唯一的。同时，还讲到单例模式的几种变形，比如线程唯一的单例、集群唯一的单例等等。在 Mybatis 中，ErrorContext 这个类就是标准的单例的变形：现成唯一实例。

它的代码实现如下所示。它基于 Java 的 ThreadLocal 类实现。

public class ErrorContext {

  private static final String LINE_SEPARATOR = System.getProperty("line.separator","\n");
  private static final ThreadLocal<ErrorContext> LOCAL = new ThreadLocal<>();

  private ErrorContext stored;
  private String resource;
  private String activity;
  private String object;
  private String message;
  private String sql;
  private Throwable cause;

  private ErrorContext() {
  }

  public static ErrorContext instance() {
    ErrorContext context = LOCAL.get();
    if (context == null) {
      context = new ErrorContext();
      LOCAL.set(context);
    }
    return context;
  }
  // ...
}

Cache：为什么要用装饰器模式而不设计成继承子类？

前面提到，Mybatis 是一个 ORM 框架。实际上，它不只是简单地完成了对象和数据库之间的互相转化，还提供了很多其他功能，比如缓存、事务等。接下来，再讲讲它的缓存实现。

在 Mybatis 中，缓存功能由接口 Cache 定义。PrepetualCache 类是最基础的缓存类，是一个大小无限的缓存。此外，Mybatis 还设计了 9 个包裹 PrepetualCache 的类装饰器，用来实现功能增强。它们分别是：FifoCache、LoggingCache、LruCache、ScheduleCache、SerializedCache、SoftCache、SynchronizedCache、WeakCache、TransactionCache。

public interface Cache {
  String getId();
  void putObject(Object key, Object value);
  Object getObject(Object key);
  Object removeObject(Object key);
  void clear();
  int getSize();
  ReadWriteLock getReadWriteLock();
}

public class PerpetualCache implements Cache {

  private final String id;

  private Map<Object, Object> cache = new HashMap<>();

  public PerpetualCache(String id) {
    this.id = id;
  }

  @Override
  public String getId() {
    return id;
  }

  @Override
  public int getSize() {
    return cache.size();
  }

  @Override
  public void putObject(Object key, Object value) {
    cache.put(key, value);
  }

  @Override
  public Object getObject(Object key) {
    return cache.get(key);
  }

  @Override
  public Object removeObject(Object key) {
    return cache.remove(key);
  }

  @Override
  public void clear() {
    cache.clear();
  }

  @Override
  public ReadWriteLock getReadWriteLock() {
    return null;
  }
}

另外 9 个装饰器的代码结构都类似，我们只浆砌砖的 LruCache 的源码贴到这里。从代码中可以看出，它是标准的装饰器模式的代码实现。

public class LruCache implements Cache {

  private final Cache delegate;
  private Map<Object, Object> keyMap;
  private Object eldestKey;

  public LruCache(Cache delegate) {
    this.delegate = delegate;
    setSize(1024);
  }

  @Override
  public String getId() {
    return delegate.getId();
  }

  @Override
  public int getSize() {
    return delegate.getSize();
  }

  public void setSize(final int size) {
    keyMap = new LinkedHashMap<Object, Object>(size, .75F, true) {
      private static final long serialVersionUID = 4267176411845948333L;

      @Override
      protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<Object, Object> eldest) {
        boolean tooBig = size() > size;
        if (tooBig) {
          eldestKey = eldest.getKey();
        }
        return tooBig;
      }
    };
  }

  @Override
  public void putObject(Object key, Object value) {
    delegate.putObject(key, value);
    cycleKeyList(key);
  }

  @Override
  public Object getObject(Object key) {
    keyMap.get(key); //touch
    return delegate.getObject(key);
  }

  @Override
  public Object removeObject(Object key) {
    return delegate.removeObject(key);
  }

  @Override
  public void clear() {
    delegate.clear();
    keyMap.clear();
  }

  @Override
  public ReadWriteLock getReadWriteLock() {
    return null;
  }

  private void cycleKeyList(Object key) {
    keyMap.put(key, key);
    if (eldestKey != null) {
      delegate.removeObject(eldestKey);
      eldestKey = null;
    }
  }
}

之所以 Mybatis 采用装饰器模式来实现缓存功能，是因为装饰器模式采用了组合，而非继承，更加灵活，能够有效地避免继承关系的组合爆炸。

PropertyTokenizer：如何利用迭代器模式实现一个属性解析器？

前面章节讲过，迭代器模式常用来替代 for 循环遍历集合。Mybatis 的 PropertyTokenizer 类实现了 Java Iterator 接口，是一个迭代器，用来对配置属性进行解析。具体代码如下所示：

public class PropertyTokenizer implements Iterator<PropertyTokenizer> {
  private String name;
  private final String indexedName;
  private String index;
  private final String children;

  public PropertyTokenizer(String fullname) {
    int delim = fullname.indexOf('.');
    if (delim > -1) {
      name = fullname.substring(0, delim);
      children = fullname.substring(delim + 1);
    } else {
      name = fullname;
      children = null;
    }
    indexedName = name;
    delim = name.indexOf('[');
    if (delim > -1) {
      index = name.substring(delim + 1, name.length() - 1);
      name = name.substring(0, delim);
    }
  }

  public String getName() {
    return name;
  }

  public String getIndex() {
    return index;
  }

  public String getIndexedName() {
    return indexedName;
  }

  public String getChildren() {
    return children;
  }

  @Override
  public boolean hasNext() {
    return children != null;
  }

  @Override
  public PropertyTokenizer next() {
    return new PropertyTokenizer(children);
  }

  @Override
  public void remove() {
    throw new UnsupportedOperationException("Remove is not supported, as it has no meaning in the context of properties.");
  }
}

实际上， PropertyTokenizer 也并非标准的迭代器类。它将配置的解析、解析之后的元素、迭代器，这三部分代码都耦合在一个类中，所以看起来稍微有点难懂。不过这样做的好处是能够做到惰性解析。我们不需要事先将整个配置，解析成多个 PropertyTokenizer 对象。只有当我们在调用 next() 函数时，才会解析其中的部分配置。

Log：如何使用适配器模式来适配不同的日志框架

在适配器模式章节我们讲过，Sl4j 为了统一各个不同的日志框架（Log4j、JCL、Logback 等），提供了一套统一的日志接口。不过，Mybatis 并没有直接使用 Sl4j 提供的统一日志规范，而是自己又重复造轮子，定义了一套自己的日志访问接口。

public interface Log {
  boolean isDebugEnabled();
  boolean isTraceEnabled();
  void error(String s, Throwable e);
  void error(String s);
  void debug(String s);
  void trace(String s);
  void warn(String s);
}

针对 Log 接口，Mybatis 还提供了各种不同的实现类，分别使用不同的日志框架来实现 Log 接口。

这几个类的代码结构基本一致。我们把其中的 Log4jImpl 的源码贴到下方。在适配器模式中，传递给适配器构造函数的是被适配的类对象，而这里是 clazz （相当于日志名称 name），所以，从代码实现上来讲，它并非标准的适配器模式。但是，从应用场景上看，这里确实又起到了适配的作用，是典型的适配器模式的应用场景。

public class Log4jImpl implements Log {

  private static final String FQCN = Log4jImpl.class.getName();

  private final Logger log;

  public Log4jImpl(String clazz) {
    log = Logger.getLogger(clazz);
  }

  @Override
  public boolean isDebugEnabled() {
    return log.isDebugEnabled();
  }

  @Override
  public boolean isTraceEnabled() {
    return log.isTraceEnabled();
  }

  @Override
  public void error(String s, Throwable e) {
    log.log(FQCN, Level.ERROR, s, e);
  }

  @Override
  public void error(String s) {
    log.log(FQCN, Level.ERROR, s, null);
  }

  @Override
  public void debug(String s) {
    log.log(FQCN, Level.DEBUG, s, null);
  }

  @Override
  public void trace(String s) {
    log.log(FQCN, Level.TRACE, s, null);
  }

  @Override
  public void warn(String s) {
    log.log(FQCN, Level.WARN, s, null);
  }

}

总结

本章，讲解了 Mybatis 中用到的 8 种设计模式，它们分别是：建造者模式、工程模式、模板模式、解释权模式、单例模式、装饰器模式、适配器模式。再加上上篇文章的职责链模式和动态代理，总共讲了 10 种设计模式。

从两篇文章的讲解中，不知道你发现没有，Mybatis 对很多设计模式的实现，都并非标准的代码实现，都做了比较多的自我改进。实际上，这就是所谓的灵活应用，只借鉴不照搬，根据具体问题针对性地去解决。