Java 中的标识映射模式：为效率管理对象标识

标识映射设计模式的意图

Java 中的标识映射设计模式旨在通过将每个加载的对象保存在映射中来确保每个对象只加载一次，从而提高数据库性能和内存管理。

标识映射模式的详细解释，包含现实世界示例

现实世界示例

想象一下，你正在组织一个会议，有一个登记处，每个与会者都必须登记。这种情况说明了 Java 中的标识映射模式，它可以防止重复对象。为了避免不必要的延迟和混乱，每个与会者的详细信息在他们第一次登记时都会输入到计算机系统中。如果同一个与会者再次来到登记处，系统会快速检索他们的信息，而无需他们重新提交相同的信息。这确保了每个与会者的信息得到有效且一致的处理，类似于标识映射模式如何确保对象只加载一次并在整个应用程序中重复使用。

通俗地说

标识映射设计模式确保每个唯一对象只加载一次并从中央注册表中重复使用，防止应用程序内存中出现重复对象。

维基百科说

在 DBMS 的设计中，标识映射模式是一种数据库访问设计模式，用于通过提供特定于上下文的内存中缓存来提高性能，从而防止从数据库中重复检索相同对象数据。

标识映射模式在 Java 中的编程示例

为了在本 Java 编程演示中的目的，假设我们已经创建了一个数据库实例，展示了标识映射模式以避免内存中的重复对象。

让我们首先查看Person 实体的实现及其字段

@EqualsAndHashCode(onlyExplicitlyIncluded = true)
@Getter
@Setter
@AllArgsConstructor
public final class Person implements Serializable {

    private static final long serialVersionUID = 1L;

    @EqualsAndHashCode.Include
    private int personNationalId;
    private String name;
    private long phoneNum;

    @Override
    public String toString() {
        return "Person ID is : " + personNationalId + " ; Person Name is : " + name + " ; Phone Number is :" + phoneNum;
    }
}

以下是PersonFinder 的实现，它是用户用来在我们的数据库中搜索记录的实体。它拥有相关的数据库连接。它还维护一个IdentityMap 来存储最近读取的记录。

@Slf4j
@Getter
@Setter
public class PersonFinder {
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    //  Access to the Identity Map
    private IdentityMap identityMap = new IdentityMap();
    private PersonDbSimulatorImplementation db = new PersonDbSimulatorImplementation();

    public Person getPerson(int key) {
        // Try to find person in the identity map
        Person person = this.identityMap.getPerson(key);
        if (person != null) {
            LOGGER.info("Person found in the Map");
            return person;
        } else {
            // Try to find person in the database
            person = this.db.find(key);
            if (person != null) {
                this.identityMap.addPerson(person);
                LOGGER.info("Person found in DB.");
                return person;
            }
            LOGGER.info("Person with this ID does not exist.");
            return null;
        }
    }
}

上面类中的标识映射字段只是一个 personNationalId 作为键且对应的人员对象作为值的哈希映射的抽象。以下是其实现

@Slf4j
@Getter
public class IdentityMap {
    private Map<Integer, Person> personMap = new HashMap<>();

    public void addPerson(Person person) {
        if (!personMap.containsKey(person.getPersonNationalId())) {
            personMap.put(person.getPersonNationalId(), person);
        } else { // Ensure that addPerson does not update a record. This situation will never arise in our implementation. Added only for testing purposes.
            LOGGER.info("Key already in Map");
        }
    }

    public Person getPerson(int id) {
        Person person = personMap.get(id);
        if (person == null) {
            LOGGER.info("ID not in Map.");
        }
        return person;
    }

    public int size() {
        if (personMap == null) {
            return 0;
        }
        return personMap.size();
    }
}

现在，让我们看看标识映射在我们的App 的main 函数中是如何工作的。

public static void main(String[] args) {

    // Dummy Persons
    Person person1 = new Person(1, "John", 27304159);
    Person person2 = new Person(2, "Thomas", 42273631);
    Person person3 = new Person(3, "Arthur", 27489171);
    Person person4 = new Person(4, "Finn", 20499078);
    Person person5 = new Person(5, "Michael", 40599078);

    // Init database
    PersonDbSimulatorImplementation db = new PersonDbSimulatorImplementation();
    db.insert(person1);
    db.insert(person2);
    db.insert(person3);
    db.insert(person4);
    db.insert(person5);

    // Init a personFinder
    PersonFinder finder = new PersonFinder();
    finder.setDb(db);

    // Find persons in DataBase not the map.
    LOGGER.info(finder.getPerson(2).toString());
    LOGGER.info(finder.getPerson(4).toString());
    LOGGER.info(finder.getPerson(5).toString());
    // Find the person in the map.
    LOGGER.info(finder.getPerson(2).toString());
}

运行示例会产生以下控制台输出

11:19:43.775 [main] INFO com.iluwatar.identitymap.IdentityMap -- ID not in Map.
11:19:43.780 [main] INFO com.iluwatar.identitymap.PersonDbSimulatorImplementation -- Person ID is : 2 ; Person Name is : Thomas ; Phone Number is :42273631
11:19:43.780 [main] INFO com.iluwatar.identitymap.PersonFinder -- Person found in DB.
11:19:43.780 [main] INFO com.iluwatar.identitymap.App -- Person ID is : 2 ; Person Name is : Thomas ; Phone Number is :42273631
11:19:43.780 [main] INFO com.iluwatar.identitymap.IdentityMap -- ID not in Map.
11:19:43.780 [main] INFO com.iluwatar.identitymap.PersonDbSimulatorImplementation -- Person ID is : 4 ; Person Name is : Finn ; Phone Number is :20499078
11:19:43.780 [main] INFO com.iluwatar.identitymap.PersonFinder -- Person found in DB.
11:19:43.780 [main] INFO com.iluwatar.identitymap.App -- Person ID is : 4 ; Person Name is : Finn ; Phone Number is :20499078
11:19:43.780 [main] INFO com.iluwatar.identitymap.IdentityMap -- ID not in Map.
11:19:43.780 [main] INFO com.iluwatar.identitymap.PersonDbSimulatorImplementation -- Person ID is : 5 ; Person Name is : Michael ; Phone Number is :40599078
11:19:43.780 [main] INFO com.iluwatar.identitymap.PersonFinder -- Person found in DB.
11:19:43.780 [main] INFO com.iluwatar.identitymap.App -- Person ID is : 5 ; Person Name is : Michael ; Phone Number is :40599078
11:19:43.780 [main] INFO com.iluwatar.identitymap.IdentityMap -- Person ID is : 2 ; Person Name is : Thomas ; Phone Number is :42273631
11:19:43.780 [main] INFO com.iluwatar.identitymap.PersonFinder -- Person found in the Map
11:19:43.780 [main] INFO com.iluwatar.identitymap.App -- Person ID is : 2 ; Person Name is : Thomas ; Phone Number is :42273631

何时在 Java 中使用标识映射模式

标识映射设计模式用于 Java 应用程序，在这些应用程序中，在单个会话或事务中会多次访问相同数据，以确保有效的对象映射和一致性。

标识映射模式 Java 教程

• 标识映射模式（源代码示例）

标识映射模式在 Java 中的现实世界应用

• Java 中的 ORM（对象关系映射）框架通常会实现标识映射以更有效地处理数据库交互，这体现了该模式在 Java 设计模式中的重要性。
• 企业应用程序，以维护不同业务流程中的一致数据状态。

标识映射模式的优缺点

优点

• 通过确保内存中只有一个对象的副本，从而减少内存使用。
• 防止更新时出现不一致，因为应用程序的所有部分都引用同一个实例。
• 通过避免对相同数据进行重复的数据库读取，从而提高性能。

缺点

• 增加了对象管理和持久性逻辑的复杂性。
• 如果管理不当，尤其是在并发环境中，可能会导致数据陈旧。

相关的 Java 设计模式

• 数据映射器：将持久性逻辑与领域逻辑分离。标识映射可以由数据映射器使用，以确保每个对象只加载一次，从而提高性能和数据一致性。
• 工作单元：通过跟踪更改和处理事务一致性来协调多个对象的动作。标识映射用于工作单元内，以跟踪受事务影响的对象。

参考资料和致谢

• 企业应用程序架构模式
• 使用 Hibernate 的 Java 持久性
• Pro Java EE Spring 模式：使用 Spring 框架实现 Java EE 模式的最佳实践和设计策略