db4o 面向对象数据库的安装使用
from IBM
这篇文章是 开源面向对象数据库 db4o 之旅 系列文章的第二篇，介绍了面向对象数据库 db4o 的安装、启动以及三种查询语言，并对三种查询语言做了比较。
前言
在 开源面向对象数据库 db4o 之旅 系列文章的第一部分：初识 db4o 中，作者介绍了 db4o 的历史和现状，应用领域，以及和 ORM 等的比较。在这篇文章中，作者将会介绍 db4o 的安装、启动以及三种不同的查询方式：QBE（Query by Example）、SODA（Simple Object Database Access） 以及 NQ（Native Queries），并分别通过这三种不同的途径实现了两个关联对象的查询。本文还示范了开发中最经常用到的几个典型功能的 db4o 实现。
下载和安装 db4o
db4o 所有最新的版本都可以直接在官方网站上下载，进入 db4o 的下载页面，我们可以看到最新的 for Java 稳定版本是 5.5，包括 JAR、源代码、入门文档、API 等内容的完整的打包文件只有 6 MB，db4o 还有一个对象数据库管理工具 ObjectManager，目前版本是 1.8（请在参考资源中下载）。
接着在 Eclipse 中新建 Java 项目，把 db4o 对象数据库引擎包 db4o-5.5-java5.jar 导入进项目。由于 db4o 支持多种版本的 JDK，除了 for JDK 5.0 的 db4o-5.5-java5.jar 外，还有 for JDK 1.1、1.2-1.4 的 JAR 包，以适应多种环境。与 Hibernate、iBATIS SQL Maps 相比，db4o 更加自然，无需过多地引用第三方支持库。
开启数据库
db4o 怎样进行对象持久化呢？通过浏览目录可以发现，与传统的 RDBMS 一样，db4o 也有自己的数据库文件, 在 db4o 中数据库文件的后缀名是“*.yap”。让我们先来了解一下 db4o 对象数据库引擎的主要包结构：
- com.db4o
com.db4o 包含了使用 db4o 时最经常用到的功能。两个最重要的接口是 com.db4o.Db4o 和 com.db4o.ObjectContainer。com.db4o.Db4o 工厂是运行 db4o 的起点，这个类中的静态方法可以开启数据库文件、启动服务器或连接一个已经存在的服务器，还可以在开启数据库之前进行 db4o 环境配置。com.db4o.ObjectContainer 接口很重要，开发过程中 99% 的时间都会用到它，ObjectContainer 可在单用户模式下作为数据库实例，也可作为 db4o 服务器的客户端。每个 ObjectContainer 实例都有自己的事务。所有的操作都有事务保证。当打开 ObjectContainer，就已经进入事务了，commit() 或 rollback() 时，下一个事务立即启动。每个 ObjectContainer 实例维护它自己所管理的已存储和已实例化对象，在需要 ObjectContainer 的时候，它会一直保持开启状态，一旦关闭，内存中数据库所引用的对象将被丢弃。 - com.db4o.ext
你也许想知道为什么在 ObjectContainer 中只能看见很少的方法，原因如下：db4o 接口提供了两个途径，分别在 com.db4o 和 com.db4o.ext 包中。这样做首先是为了让开发者能快速上手；其次为了让其他产品能更容易的复制基本的 db4o 接口；开发者从这一点上也能看出 db4o 是相当轻量级的。每个 com.db4o.ObjectContainer 对象也是 com.db4o.ext.ExtObjectContainer 对象。可以转换成 ExtObjectContainer 获得更多高级特性。 - com.db4o.config
com.db4o.config 包含了所有配置 db4o 所需的类。 - com.db4o.query
com.db4o.query 包包含了构造“原生查询, NQ（Native Queries）”所需的 Predicate 类。NQ 是 db4o 最主要的查询接口。
db4o 提供两种运行模式，分别是本地模式和服务器模式。本地模式是指直接在程序里打开 db4o 数据库文件进行操作：
ObjectContainer db = Db4o.openFile("auto.yap");
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而服务器模式则是客户端通过 IP 地址、端口以及授权口令来访问服务器：
服务器端：
ObjectServer server=Db4o.openServer("auto.yap",1212);
server.grantAccess("admin","123456");
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客户端：
ObjectContainer db=Db4o.openClient("192.168.0.10",1212,"admin","123456");
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两种方式都可以得到 ObjectContainer 实例，就目前 Java EE 应用环境来看，服务器模式更有现实意义；而本地模式更适合于嵌入式应用。为了简化演示，本文在下面的例子都将采用本地模式。
在下面的例子里，我们都会用到下面两个对象： People 和 AutoInfo 对象。
People 对象清单1：
清单1. People 对象
package bo;
public class People {
private java.lang.Integer _id;
private java.lang.String _name;
private java.lang.String _address;
private java.util.List |
AutoInfo 对象清单2：
清单2. AutoInfo 对象
package bo;
public class AutoInfo{
private java.lang.Integer _id;
private java.lang.String _licensePlate;
private bo.People _ownerNo;
public java.lang.Integer getId () {
return _id;
}
public void setId (java.lang.Integer _id) {
this._id = _id;
}
public java.lang.String getLicensePlate () {
return _licensePlate;
}
public void setLicensePlate (java.lang.String _licensePlate) {
this._licensePlate = _licensePlate;
}
public bo.People getOwnerNo () {
return this._ownerNo;
}
public void setOwnerNo (bo.People _ownerNo) {
this._ownerNo = _ownerNo;
}
}
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利用 set 方法把新对象存入 ObjectContainer，而对 ObjectContainer 中已有对象进行 set 操作则是更新该对象。db4o 保存数据库很简单，下面就是一个段完整的保存对象的代码：
AutoInfo 对象清单3：
清单3
package com;
import bo.AutoInfo;
import bo.People;
import com.db4o.Db4o;
import com.db4o.ObjectContainer;
public class DB4OTest{
public static void main(String[] args){
//打开数据库
ObjectContainer db = Db4o.openFile("auto.yap");
try{
//构造 People 对象
People peo = new People();
peo.setId(1);
peo.setAddress("成都市");
peo.setName("张三");
//构造 AutoInfo 对象
AutoInfo ai = new AutoInfo();
ai.setId(1);
ai.setLicensePlate("川A00000");
//设置 People 和 AutoInfo 的关系
ai.setOwnerNo(peo);
peo.addAutoInfo(ai);
//保存对象
db.set(peo);
}finally{
//关闭连接
db.close();
}
}
}
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当我们运行上述代码，db4o 会自动创建“auto.yap”文件。让我们来看看到底保存成功没有，打开 ObjectManager 工具，如图 1 所示。
图1. 对象数据库管理工具
“File”－>“Open File”－>选择刚才我们保存的“auto.yap”文件（“auto.yap”文件可在项目的根目录下找到），最新的 ObjectManager 1.8 版本为我们提供了“Read Only”方式读取数据库文件，避免 ObjectManager 占用数据库文件所导致的程序异常。
打开之后，如图 2 所示，刚才存贮的 People 对象已经在数据库中了，并且还可以很直观的看到 AutoInfo 对象也放入了 ArrayList 中。这种可视化的对象关系有利于我们对数据的理解，是传统 RDBMS 无法比拟的。有些开发者会说 ObjectManager 工具略显简单，这点我想随着 db4o 的不断发展会加入更多的特性。在这个工具中，我们意外的发现了 Java 集合对象的踪影，db4o 把与 ArrayList 有直接关系的所有接口和父类都保存了，这样显得更直观。
在此，我保留了 _id 属性，这是因为通常在 Java EE 环境中，DAO 第一次不是把整个对象都返回到表现层，而是只返回了“标题”、“发布时间”这些信息（并隐式的返回id），接着 DAO 与数据库断开；要查看详情（比如文章内容）就需要进行 findById 操作，这时 DAO 要再次与数据库交互，只有唯一标识符才能正确地找到对象。这种懒加载方式也是很多书籍所推荐的。
回到本文的范例程序中，这个 _id 属性可由人工编码实现的“序列”进行赋值，当然 db4o 也提供了内部标识符 Internal IDs，如图 2 中的 id=1669；以及 UUIDs。
图2. 对象结构
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查询数据库
和 RDBMS 一样，db4o 也有自己的查询语言，分别是 QBE（Query by Example）、NQ（Native Queries）、SODA（Simple Object Database Access），db4o 更推荐使用 NQ 进行查询。NQ 方式提供了非常强大的查询功能，支持原生语言，也就意味着你可以使用 Java 来判断该对象是否符合条件，这是其他数据库查询语言无法比拟的。在某些情况下， db4o 核心会将 NQ 翻译成 SODA 以获得更高的性能。下面详细介绍一下这三种查询语言。
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QBE（Query by Example）
QBE 规范可在这里下载。QBE 最初由 IBM 提出，同时业界也有许多和 QBE 兼容的接口，包括著名的 Paradox。有些系统，比如微软的 Access，它的基于表单的查询也是受到了部分 QBE 思想的启发。在 db4o 中，用户可借用 QBE 快速上手，可以很容易适应 db4o 存取数据的方式。
当利用 QBE 为 db4o 提供模板（example）对象时，db4o 将返回所有和非默认值字段匹配的全部对象。内部是通过反射所有的字段和构造查询表达式（所有非默认值字段结合”AND”表达式）来实现。
例如，利用 QBE 查找到车牌号为“川A00000”的车主姓名，这是一个级联查询。清单4：
清单4
package com;
import java.util.List;
import bo.AutoInfo;
import com.db4o.Db4o;
import com.db4o.ObjectContainer;
public class DB4OTest{
public static void main(String[] args){
//打开数据库
ObjectContainer db = Db4o.openFile("auto.yap");
try{
//构造模板对象
AutoInfo ai = new AutoInfo();
ai.setLicensePlate("川A00000");
//查询对象
List |
但是 QBE 也有明显的限制：db4o 必须反射模板（example）对象的所有成员；无法执行更进一步的查询表达式（例如 AND、OR、NOT 等等）；不能约束 0（整型）、””（空字符串）或者 null（对象），因为这些都被认为是不受约束的。要绕过这些限制，db4o 提供了 NQ（Native Queries）。
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SODA（Simple Object Database Access）
SODA ，简单对象数据库访问，请查看官方站点，其中一位主要维护者是 Carl Rosenberger，Carl 正是 db4o 首席架构师。
SODA 就是一种与数据库通讯的对象 API。最终的目标是实现类型安全、对象复用、最小的字符串使用、与编程语言无关等特性。SODA 是 db4o 最底层的查询 API，目前 SODA 中使用字符串来定义字段，这样将不能实现类型安全也无法在编译时检查代码，而且写起来较麻烦，当然要达到设计目标这个阶段是必须的。大部分情况下 NQ（Native Queries）是很好的查询接口，不过遇到动态生成查询的时候 SODA 就大有作为了。
通过 SODA 查找到车牌号为“川A00000”的车主姓名。清单5：
清单5
package com;
import java.util.List;
import bo.AutoInfo;
import com.db4o.Db4o;
import com.db4o.ObjectContainer;
import com.db4o.query.Query;
public class DB4OTest{
public static void main(String[] args){
//打开数据库
ObjectContainer db = Db4o.openFile("auto.yap");
try{
//构造查询对象
Query query=db.query();
//设置被约束实例
query.constrain(AutoInfo.class);
//设置被约束实例的字段和约束条件
query.descend("_licensePlate").constrain("川A00000");
//查询对象
List |
通过 API，发现 Query 实例增加了 sortBy 按字段排序方法和 orderAscending正序、orderDescending 倒序排列方法，SODA 比 QBE 更进了一步。
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NQ（Native Queries）
精彩总是在最后出场，NQ 才是 db4o 查询方式中最精彩的地方！有没有想过用你熟悉的的编程语言进行数据库查询呢？要是这样，你的查询代码将是 100% 的类型安全、100% 的编译时检查以及 100% 的可重构，很奇妙吧？NQ 可以做到这些。
有两篇论文专门讲解了 NQ 的基本概念和设计思路，分别是 《Cook/Rosenberger，持久对象原生数据库查询语言》 和 《Cook/Rai，Safe Query Objects: Statically Typed Objects as Remotely Executable Queries》。作为结果集的一部分，NQ 表达式必须返回 true 值来标记特定实例。如果可能的话 db4o 将尝试优化 NQ 表达式，并依赖索引来运行表达式。
通过 NQ 查找到车牌号为“川A00000”的车主姓名。清单6：
清单6
package com;
import java.util.List;
import bo.AutoInfo;
import com.db4o.Db4o;
import com.db4o.ObjectContainer;
import com.db4o.query.Predicate;
public class DB4OTest{
public static void main(String[] args){
//打开数据库
ObjectContainer db = Db4o.openFile("auto.yap");
try{
List |
必须指出 NQ 的一个的问题是：在内部，db4o 设法把 NQ 转换成 SODA。但并不是所有的查询表达式都可以成功转换。有些查询表达式的流向图（flowgraph）非常难于分析。这种情况下，db4o 将不得不实例化一些持久对象来真实地运行 NQ 表达式。
正在开发中的 NQ 查询优化器就可以化解这个障碍，它将分析 NQ 表达式的每个部分，以确保最少量的实例化对象，以此提高性能。当然，优化器的不是灵丹妙药，关键还需要自己多优化代码。
开发 Java EE 项目经常会用到分页，怎样用 NQ 实现呢？向数据库写入六条记录。清单7：
清单7
package com;
import java.util.List;
import bo.AutoInfo;
import com.db4o.Db4o;
import com.db4o.ObjectContainer;
import com.db4o.query.Predicate;
public class DB4OTest{
public static void main(String[] args){
//打开数据库
ObjectContainer db = Db4o.openFile("auto.yap");
try{
List |
我们发现，在进行 NQ 查询时并没有加入任何条件（无条件返回 true），是不是相当于遍历了整个数据库？db4o 的设计者早就想到了这个问题，当 db.query() 执行完毕返回 list 实例的时候，db4o 只是与数据库同步取出内部 IDs 而已，并没有把所有的 AutoInfo 对象全部取出，只有在 list.get(x*2).getLicensePlate() 之后才会去根据 IDs 取出记录。所以不必担心性能问题。
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结论
db4o 为开发者提供了多种查询方式，这些方式都很灵活。要引起大家注意的是：灵活在带来便利的同时也对开发者自身素质提出了更高的要求，（比如排序，既可以用 SODA 也可以用 Java 集合对象实现）在开发过程中一定要形成某种统一的开发模式，这样 db4o 才能最高效能地为我所用。
参考资料
学习
- “面向对象数据库 db4o 之旅，第 1 部分：初识 db4o”：（developerWorks Java ，2006 年 10月）：介绍了 db4o 的历史和现状，应用领域，以及和 ORM 等的比较。
- db4o 开发者论坛：讨论 db4o 技术。
- db4o 中国开发者论坛：讨论 db4o 技术的中文论坛。
- ODMG 官方网站：了解 ODMG 技术。
- SODA 官方网站：了解简单对象数据库访问技术。
- Java 技术专区：这里有数百篇有关 Java 编程各方面的文章。
- developerWorks Java 论坛：学习 Java 技术
获得产品和技术
- db4o 官方网站：db4o 最新信息以及 db4o 下载。
- 下载 db4o 对象数据库管理工具 ObjectManager 1.8 for Windows。
作者简介
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Rosen Jiang 来自成都，是 db4o 和 OO 的忠实 fans，是 2005 年 db4o 的 dvp 获得者之一。他正在 J2me 应用中使用 db4o，你可以通过 [email protected] 和他联系。 |
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Chris 来自香港，热爱开源和 db4o。他创办了中国最火热的 Java 和开源社区 Matrix（http://www.Matrix.org.cn）， 你可以通过 [email protected] 和他联系。 |
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张黄瞩，热爱开源软件，熟悉 Java/C/C++ 编程语言，对数据库技术网络技术均感兴趣。你可以通过 [email protected] 联系他。 |