使用 Spring Boot 构建 TiDB 应用程序

本教程向你展示如何使用 TiDB 构建 Spring Boot Web 应用程序。使用 Spring Data JPA 模块作为数据访问能力的框架。此示例应用程序的代码仓库可在 Github 下载。

这是一个较为完整的构建 Restful API 的示例应用程序,展示了一个使用 TiDB 作为数据库的通用 Spring Boot 后端服务。设计了以下过程,用于还原一个现实场景:

这是一个关于游戏的例子,每个玩家有两个属性:金币数 coins 和货物数 goods。且每个玩家都拥有一个字段 id,作为玩家的唯一标识。玩家在金币数和货物数充足的情况下,可以自由的交易。

你可以以此示例为基础,构建自己的应用程序。

第 1 步:启动你的 TiDB 集群

本节将介绍 TiDB 集群的启动方法。

使用 TiDB Cloud Serverless Tier 集群

创建 Serverless Tier 集群

使用本地集群

此处将简要叙述启动一个测试集群的过程,若需查看正式环境集群部署,或查看更详细的部署内容,请查阅本地启动 TiDB

部署本地测试集群

适用场景:利用本地 macOS 或者单机 Linux 环境快速部署 TiDB 测试集群,体验 TiDB 集群的基本架构,以及 TiDB、TiKV、PD、监控等基础组件的运行

  1. 下载并安装 TiUP。

    curl --proto '=https' --tlsv1.2 -sSf https://tiup-mirrors.pingcap.com/install.sh | sh
    
  2. 声明全局环境变量。

    source .bash_profile
    
  3. 在当前 session 执行以下命令启动集群。

    • 直接执行tiup playground 命令会运行最新版本的 TiDB 集群,其中 TiDB、TiKV、PD 和 TiFlash 实例各 1 个:

      tiup playground
      
    • 也可以指定 TiDB 版本以及各组件实例个数,命令类似于:

      tiup playground v5.4.0 --db 2 --pd 3 --kv 3
      

    上述命令会在本地下载并启动某个版本的集群(例如 v5.4.0)。最新版本可以通过执行tiup list tidb 来查看。运行结果将显示集群的访问方式:

    CLUSTER START SUCCESSFULLY, Enjoy it ^-^
    To connect TiDB: mysql --comments --host 127.0.0.1 --port 4001 -u root -p (no password)
    To connect TiDB: mysql --comments --host 127.0.0.1 --port 4000 -u root -p (no password)
    To view the dashboard: http://127.0.0.1:2379/dashboard
    PD client endpoints: [127.0.0.1:2379 127.0.0.1:2382 127.0.0.1:2384]
    To view the Prometheus: http://127.0.0.1:9090
    To view the Grafana: http://127.0.0.1:3000
    

第 2 步:安装 JDK

请在你的计算机上下载并安装 Java Development Kit (JDK),这是 Java 开发的必备工具。Spring Boot 支持 Java 版本 8 以上的 JDK,由于 Hibernate 版本的缘故,推荐使用 Java 版本 11 以上的 JDK 。

示例应用程序同时支持 Oracle JDKOpenJDK,请自行选择,本教程将使用 版本 17 的 OpenJDK

第 3 步:安装 Maven

此示例应用程序使用 Maven 来管理应用程序的依赖项。Spring 支持的 Maven 版本为 3.2 以上,作为依赖管理软件,推荐使用当前最新稳定版本的 Maven

这里给出命令行安装 Maven 的办法:

  • macOS 安装:

    brew install maven
    
  • 基于 Debian 的 Linux 发行版上安装(如 Ubuntu 等):

    apt-get install maven
    
  • 基于 Red Hat 的 Linux 发行版上安装(如 Fedora、CentOS 等):

  • dnf 包管理器

    dnf install maven
    
  • yum 包管理器

    yum install maven
    

其他安装方法,请参考 Maven 官方文档

第 4 步:获取应用程序代码

请下载或克隆示例代码库,并进入到目录spring-jpa-hibernate中。

创建相同依赖空白程序(可选)

本程序使用 Spring Initializr 构建。你可以在这个网页上通过点选以下选项并更改少量配置,来快速得到一个与本示例程序相同依赖的空白应用程序,配置项如下:

Project

  • Maven Project

Language

  • Java

Spring Boot

  • 3.0.0-M2

Project Metadata

  • Group: com.pingcap
  • Artifact: spring-jpa-hibernate
  • Name: spring-jpa-hibernate
  • Package name: com.pingcap
  • Packaging: Jar
  • Java: 17

Dependencies

  • Spring Web
  • Spring Data JPA
  • MySQL Driver

配置完毕后如图所示:

Spring Initializr Config

随后,此项目即可正常使用,但仅可使用 TiDB 与 MySQL 相同的能力部分,即使用 MySQL 方言。这是由于 Hibernate 支持 TiDB 方言的版本为 6.0.0.Beta2 以上,而 Spring Data JPA 对 Hibernate 的默认依赖版本为 5.6.4.Final。所以,推荐对 pom.xml 作出以下修改:

  1. 如此依赖文件中所示,将 Spring Data JPA 内引入的 jakarta 包进行排除,即将:

    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-data-jpa</artifactId>
    </dependency>
    

    更改为:

    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-data-jpa</artifactId>
        <exclusions>
            <exclusion>
                <groupId>org.hibernate</groupId>
                <artifactId>hibernate-core-jakarta</artifactId>
            </exclusion>
        </exclusions>
    </dependency>
    
  2. 随后如此依赖文件中所示,引入 6.0.0.Beta2 版本以上的 Hibernate 依赖,此处以 6.0.0.CR2 版本为例:

    <dependency>
        <groupId>org.hibernate.orm</groupId>
        <artifactId>hibernate-core</artifactId>
        <version>6.0.0.CR2</version>
    </dependency>
    

    更改完毕后即可获取一个空白的,拥有与示例程序相同依赖的 Spring Boot 应用程序。

第 5 步:运行应用程序

此处对应用程序代码进行编译和运行,将产生一个 Web 应用程序。Hibernate 将创建一个 在数据库 test 内的表 player_jpa,如果你想应用程序的 Restful API 进行请求,这些请求将会在 TiDB 集群上运行数据库事务

如果你想了解有关此应用程序的代码的详细信息,可参阅本教程下方的实现细节

第 5 步第 1 部分:TiDB Cloud 更改参数

若你使用 TiDB Cloud Serverless Tier 集群,更改 application.yml(位于 src/main/resources 内)关于 spring.datasource.urlspring.datasource.usernamespring.datasource.password 的参数:

spring:
  datasource:
    url: jdbc:mysql://localhost:4000/test
    username: root
    #    password: xxx
    driver-class-name: com.mysql.cj.jdbc.Driver
  jpa:
    show-sql: true
    database-platform: org.hibernate.dialect.TiDBDialect
    hibernate:
      ddl-auto: create-drop

若你设定的密码为 123456,而且从 TiDB Cloud Serverless Tier 集群面板中得到的连接信息为:

  • Endpoint: xxx.tidbcloud.com
  • Port: 4000
  • User: 2aEp24QWEDLqRFs.root

那么此处应将参数更改为:

spring:
  datasource:
    url: jdbc:mysql://xxx.tidbcloud.com:4000/test?sslMode=VERIFY_IDENTITY&enabledTLSProtocols=TLSv1.2,TLSv1.3
    username: 2aEp24QWEDLqRFs.root
    password: 123456
    driver-class-name: com.mysql.cj.jdbc.Driver
  jpa:
    show-sql: true
    database-platform: org.hibernate.dialect.TiDBDialect
    hibernate:
      ddl-auto: create-drop

第 5 步第 2 部分:运行

打开终端,确保你已经进入 spring-jpa-hibernate 目录,若还未在此目录,请使用命令进入:

cd <path>/tidb-example-java/spring-jpa-hibernate

使用 Make 构建并运行(推荐)

make

手动构建并运行

推荐你使用 Make 方式进行构建并运行,当然,若你希望手动进行构建,请依照以下步骤逐步运行,可以得到相同的结果:

清除缓存并打包:

mvn clean package

运行应用程序的 JAR 文件:

java -jar target/spring-jpa-hibernate-0.0.1.jar

第 5 步第 3 部分:输出

输出的最后部分应如下所示:

  .   ____          _            __ _ _
 /\\ / ___'_ __ _ _(_)_ __  __ _ \ \ \ \
( ( )\___ | '_ | '_| | '_ \/ _` | \ \ \ \
 \\/  ___)| |_)| | | | | || (_| |  ) ) ) )
  '  |____| .__|_| |_|_| |_\__, | / / / /
 =========|_|==============|___/=/_/_/_/
 :: Spring Boot ::             (v3.0.0-M1)

2022-03-28 18:46:01.429  INFO 14923 --- [           main] com.pingcap.App                          : Starting App v0.0.1 using Java 17.0.2 on CheesedeMacBook-Pro.local with PID 14923 (/path/code/tidb-example-java/spring-jpa-hibernate/target/spring-jpa-hibernate-0.0.1.jar started by cheese in /path/code/tidb-example-java/spring-jpa-hibernate)
2022-03-28 18:46:01.430  INFO 14923 --- [           main] com.pingcap.App                          : No active profile set, falling back to default profiles: default
2022-03-28 18:46:01.709  INFO 14923 --- [           main] .s.d.r.c.RepositoryConfigurationDelegate : Bootstrapping Spring Data JPA repositories in DEFAULT mode.
2022-03-28 18:46:01.733  INFO 14923 --- [           main] .s.d.r.c.RepositoryConfigurationDelegate : Finished Spring Data repository scanning in 20 ms. Found 1 JPA repository interfaces.
2022-03-28 18:46:02.010  INFO 14923 --- [           main] o.s.b.w.embedded.tomcat.TomcatWebServer  : Tomcat initialized with port(s): 8080 (http)
2022-03-28 18:46:02.016  INFO 14923 --- [           main] o.apache.catalina.core.StandardService   : Starting service [Tomcat]
2022-03-28 18:46:02.016  INFO 14923 --- [           main] org.apache.catalina.core.StandardEngine  : Starting Servlet engine: [Apache Tomcat/10.0.16]
2022-03-28 18:46:02.050  INFO 14923 --- [           main] o.a.c.c.C.[Tomcat].[localhost].[/]       : Initializing Spring embedded WebApplicationContext
2022-03-28 18:46:02.051  INFO 14923 --- [           main] w.s.c.ServletWebServerApplicationContext : Root WebApplicationContext: initialization completed in 598 ms
2022-03-28 18:46:02.143  INFO 14923 --- [           main] o.hibernate.jpa.internal.util.LogHelper  : HHH000204: Processing PersistenceUnitInfo [name: default]
2022-03-28 18:46:02.173  INFO 14923 --- [           main] org.hibernate.Version                    : HHH000412: Hibernate ORM core version 6.0.0.CR2
2022-03-28 18:46:02.262  WARN 14923 --- [           main] org.hibernate.orm.deprecation            : HHH90000021: Encountered deprecated setting [javax.persistence.sharedCache.mode], use [jakarta.persistence.sharedCache.mode] instead
2022-03-28 18:46:02.324  INFO 14923 --- [           main] com.zaxxer.hikari.HikariDataSource       : HikariPool-1 - Starting...
2022-03-28 18:46:02.415  INFO 14923 --- [           main] com.zaxxer.hikari.pool.HikariPool        : HikariPool-1 - Added connection com.mysql.cj.jdbc.ConnectionImpl@2575f671
2022-03-28 18:46:02.416  INFO 14923 --- [           main] com.zaxxer.hikari.HikariDataSource       : HikariPool-1 - Start completed.
2022-03-28 18:46:02.443  INFO 14923 --- [           main] SQL dialect                              : HHH000400: Using dialect: org.hibernate.dialect.TiDBDialect
Hibernate: drop table if exists player_jpa
Hibernate: drop sequence player_jpa_id_seq
Hibernate: create sequence player_jpa_id_seq start with 1 increment by 1
Hibernate: create table player_jpa (id bigint not null, coins integer, goods integer, primary key (id)) engine=InnoDB
2022-03-28 18:46:02.883  INFO 14923 --- [           main] o.h.e.t.j.p.i.JtaPlatformInitiator       : HHH000490: Using JtaPlatform implementation: [org.hibernate.engine.transaction.jta.platform.internal.NoJtaPlatform]
2022-03-28 18:46:02.888  INFO 14923 --- [           main] j.LocalContainerEntityManagerFactoryBean : Initialized JPA EntityManagerFactory for persistence unit 'default'
2022-03-28 18:46:03.125  WARN 14923 --- [           main] org.hibernate.orm.deprecation            : HHH90000021: Encountered deprecated setting [javax.persistence.lock.timeout], use [jakarta.persistence.lock.timeout] instead
2022-03-28 18:46:03.132  WARN 14923 --- [           main] org.hibernate.orm.deprecation            : HHH90000021: Encountered deprecated setting [javax.persistence.lock.timeout], use [jakarta.persistence.lock.timeout] instead
2022-03-28 18:46:03.168  WARN 14923 --- [           main] JpaBaseConfiguration$JpaWebConfiguration : spring.jpa.open-in-view is enabled by default. Therefore, database queries may be performed during view rendering. Explicitly configure spring.jpa.open-in-view to disable this warning
2022-03-28 18:46:03.307  INFO 14923 --- [           main] o.s.b.w.embedded.tomcat.TomcatWebServer  : Tomcat started on port(s): 8080 (http) with context path ''
2022-03-28 18:46:03.311  INFO 14923 --- [           main] com.pingcap.App                          : Started App in 2.072 seconds (JVM running for 2.272)

输出日志中,提示应用程序在启动过程中做了什么,这里显示应用程序使用 Tomcat 启动了一个 Servlet,使用 Hibernate 作为 ORM ,HikariCP 作为数据库连接池的实现,使用了 org.hibernate.dialect.TiDBDialect 作为数据库方言。启动后,Hibernate 删除并重新创建了表 player_jpa,及序列 player_jpa_id_seq。在启动的最后,监听了 8080 端口,对外提供 HTTP 服务。

如果你想了解有关此应用程序的代码的详细信息,可参阅本教程下方的实现细节

第 6 步:HTTP 请求

服务完成运行后,即可使用 HTTP 接口请求后端程序。http://localhost:8080 是服务提供根地址。此处使用一系列的 HTTP 请求来演示如何使用该服务。

第 6 步第 1 部分:使用 Postman 请求(推荐)

你可下载此配置文件到本地,并导入 Postman,导入后如图所示:

postman import

增加玩家

点击 Create 标签,点击 Send 按钮,发送 Post 形式的 http://localhost:8080/player/ 请求。返回值为增加的玩家个数,预期为 1。

Postman-Create

使用 ID 获取玩家信息

点击 GetByID 标签,点击 Send 按钮,发送 Get 形式的 http://localhost:8080/player/1 请求。返回值为 ID 为 1 的玩家信息。

Postman-GetByID

使用 Limit 批量获取玩家信息

点击 GetByLimit 标签,点击 Send 按钮,发送 Get 形式的 http://localhost:8080/player/limit/3 请求。返回值为最多 3 个玩家的信息列表。

Postman-GetByLimit

分页获取玩家信息

点击 GetByPage 标签,点击 Send 按钮,发送 Get 形式的 http://localhost:8080/player/page?index=0&size=2 请求。返回值为 index 为 0 的页,每页有 2 个玩家信息列表。此外,还包含了分页信息,如偏移量、总页数、是否排序等。

Postman-GetByPage

获取玩家个数

点击 Count 标签,点击 Send 按钮,发送 Get 形式的 http://localhost:8080/player/count 请求。返回值为玩家个数。

Postman-Count

玩家交易

点击 Trade 标签,点击 Send 按钮,发送 Put 形式的 http://localhost:8080/player/trade 请求,请求参数为售卖玩家 ID sellID、购买玩家 ID buyID、购买货物数量 amount、购买消耗金币数 price。返回值为交易是否成功。当出现售卖玩家货物不足、购买玩家金币不足或数据库错误时,交易将不成功,且由于数据库事务保证,不会有玩家的金币或货物丢失的情况。

Postman-Trade

第 6 步第 2 部分:使用 curl 请求

当然,你也可以直接使用 curl 进行请求。

增加玩家

使用 Post 方法请求 /player 端点请求来增加玩家,即:

curl --location --request POST 'http://localhost:8080/player/' --header 'Content-Type: application/json' --data-raw '[{"coins":100,"goods":20}]'

这里使用 JSON 作为信息的载荷。表示需要创建一个金币数 coins 为 100,货物数 goods 为 20 的玩家。返回值为创建的玩家个数。

1

使用 ID 获取玩家信息

使用 Get 方法请求 /player 端点请求来获取玩家信息,额外的需要在路径上给出玩家的 id 参数,即 /player/{id} ,例如在请求 id 为 1 的玩家时:

curl --location --request GET 'http://localhost:8080/player/1'

返回值为玩家的信息:

{
  "coins": 200,
  "goods": 10,
  "id": 1
}

使用 Limit 批量获取玩家信息

使用 Get 方法请求 /player/limit 端点请求来获取玩家信息,额外的需要在路径上给出限制查询的玩家信息的总数,即 /player/limit/{limit} ,例如在请求最多 3 个玩家的信息时:

curl --location --request GET 'http://localhost:8080/player/limit/3'

返回值为玩家信息的列表:

[
  {
    "coins": 200,
    "goods": 10,
    "id": 1
  },
  {
    "coins": 0,
    "goods": 30,
    "id": 2
  },
  {
    "coins": 100,
    "goods": 20,
    "id": 3
  }
]

分页获取玩家信息

使用 Get 方法请求 /player/page 端点请求来分页获取玩家信息,额外的需要使用 URL 参数 ,例如在请求页面序号 index 为 0,每页最大请求量 size 为 2 时:

curl --location --request GET 'http://localhost:8080/player/page?index=0&size=2'

返回值为 index 为 0 的页,每页有 2 个玩家信息列表。此外,还包含了分页信息,如偏移量、总页数、是否排序等。

{
  "content": [
    {
      "coins": 200,
      "goods": 10,
      "id": 1
    },
    {
      "coins": 0,
      "goods": 30,
      "id": 2
    }
  ],
  "empty": false,
  "first": true,
  "last": false,
  "number": 0,
  "numberOfElements": 2,
  "pageable": {
    "offset": 0,
    "pageNumber": 0,
    "pageSize": 2,
    "paged": true,
    "sort": {
      "empty": true,
      "sorted": false,
      "unsorted": true
    },
    "unpaged": false
  },
  "size": 2,
  "sort": {
    "empty": true,
    "sorted": false,
    "unsorted": true
  },
  "totalElements": 4,
  "totalPages": 2
}

获取玩家个数

使用 Get 方法请求 /player/count 端点请求来获取玩家个数:

curl --location --request GET 'http://localhost:8080/player/count'

返回值为玩家个数

4

玩家交易

使用 Put 方法请求 /player/trade 端点请求来发起玩家间的交易,即:

curl --location --request PUT 'http://localhost:8080/player/trade' \
  --header 'Content-Type: application/x-www-form-urlencoded' \
  --data-urlencode 'sellID=1' \
  --data-urlencode 'buyID=2' \
  --data-urlencode 'amount=10' \
  --data-urlencode 'price=100'

这里使用 Form Data 作为信息的载荷。表示售卖玩家 ID sellID 为 1、购买玩家 ID buyID 为 2、购买货物数量 amount 为 10、购买消耗金币数 price 为 100。返回值为交易是否成功。当出现售卖玩家货物不足、购买玩家金币不足或数据库错误时,交易将不成功,且由于数据库事务保证,不会有玩家的金币或货物丢失的情况。

true

第 6 步第 3 部分:使用 Shell 脚本请求

这里已经将请求过程编写为 Shell 脚本,以方便大家的测试,脚本将会做以下操作:

  1. 循环创建 10 名玩家
  2. 获取 id 为 1 的玩家信息
  3. 获取至多 3 名玩家信息列表
  4. 获取 index 为 0 ,size 为 2 的一页玩家信息
  5. 获取玩家总数
  6. id 为 1 的玩家作为售出方,id 为 2 的玩家作为购买方,购买 10 个货物,耗费 100 金币

你可以使用 make request./request.sh 命令运行此脚本,结果应如下所示:

> make request
./request.sh
loop to create 10 players:
1111111111

get player 1:
{"id":1,"coins":200,"goods":10}

get players by limit 3:
[{"id":1,"coins":200,"goods":10},{"id":2,"coins":0,"goods":30},{"id":3,"coins":100,"goods":20}]

get first players:
{"content":[{"id":1,"coins":200,"goods":10},{"id":2,"coins":0,"goods":30}],"pageable":{"sort":{"empty":true,"unsorted":true,"sorted":false},"offset":0,"pageNumber":0,"pageSize":2,"paged":true,"unpaged":false},"last":false,"totalPages":7,"totalElements":14,"first":true,"size":2,"number":0,"sort":{"empty":true,"unsorted":true,"sorted":false},"numberOfElements":2,"empty":false}

get players count:
14

trade by two players:
false

实现细节

本小节介绍示例应用程序项目中的组件。

总览

本示例项目的大致目录树如下所示(删除了有碍理解的部分):

.
├── pom.xml
└── src
    └── main
        ├── java
        │   └── com
        │       └── pingcap
        │           ├── App.java
        │           ├── controller
        │           │   └── PlayerController.java
        │           ├── dao
        │           │   ├── PlayerBean.java
        │           │   └── PlayerRepository.java
        │           └── service
        │               ├── PlayerService.java
        │               └── impl
        │                   └── PlayerServiceImpl.java
        └── resources
            └── application.yml

其中:

  • pom.xml 内声明了项目的 Maven 配置,如依赖,打包等
  • application.yml 内声明了项目的用户配置,如数据库地址、密码、使用的数据库方言等
  • App.java 是项目的入口
  • controller 是项目对外暴露 HTTP 接口的包
  • service 是项目实现接口与逻辑的包
  • dao 是项目实现与数据库连接并完成数据持久化的包

配置

本节将简要介绍 pom.xml 文件中的 Maven 配置,及 application.yml 文件中的用户配置。

Maven 配置

pom.xml 文件为 Maven 配置,在文件内声明了项目的 Maven 依赖,打包方法,打包信息等,你可以通过创建相同依赖空白程序 这一节来复刻此配置文件的生成流程,当然,也可直接复制至你的项目来使用。

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
   xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 https://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
   <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
   <parent>
      <groupId>org.springframework.boot</groupId>
      <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
      <version>3.0.0-M1</version>
      <relativePath/> <!-- lookup parent from repository -->
   </parent>

   <groupId>com.pingcap</groupId>
   <artifactId>spring-jpa-hibernate</artifactId>
   <version>0.0.1</version>
   <name>spring-jpa-hibernate</name>
   <description>an example for spring boot, jpa, hibernate and TiDB</description>

   <properties>
      <java.version>17</java.version>
      <maven.compiler.source>17</maven.compiler.source>
      <maven.compiler.target>17</maven.compiler.target>
   </properties>

   <dependencies>
      <dependency>
         <groupId>org.springframework.boot</groupId>
         <artifactId>spring-boot-starter-data-jpa</artifactId>
         <exclusions>
            <exclusion>
               <groupId>org.hibernate</groupId>
               <artifactId>hibernate-core-jakarta</artifactId>
            </exclusion>
         </exclusions>
      </dependency>

      <dependency>
         <groupId>org.springframework.boot</groupId>
         <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
      </dependency>

      <dependency>
         <groupId>mysql</groupId>
         <artifactId>mysql-connector-java</artifactId>
         <scope>runtime</scope>
      </dependency>

      <dependency>
         <groupId>org.springframework.boot</groupId>
         <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
         <scope>test</scope>
      </dependency>

      <dependency>
         <groupId>org.hibernate.orm</groupId>
         <artifactId>hibernate-core</artifactId>
         <version>6.0.0.CR2</version>
      </dependency>
   </dependencies>

   <build>
      <plugins>
         <plugin>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
         </plugin>
      </plugins>
   </build>

   <repositories>
      <repository>
         <id>spring-milestones</id>
         <name>Spring Milestones</name>
         <url>https://repo.spring.io/milestone</url>
         <snapshots>
            <enabled>false</enabled>
         </snapshots>
      </repository>
   </repositories>
   <pluginRepositories>
      <pluginRepository>
         <id>spring-milestones</id>
         <name>Spring Milestones</name>
         <url>https://repo.spring.io/milestone</url>
         <snapshots>
            <enabled>false</enabled>
         </snapshots>
      </pluginRepository>
   </pluginRepositories>
</project>

用户配置

application.yml 此配置文件声明了用户配置,如数据库地址、密码、使用的数据库方言等。

spring:
  datasource:
    url: jdbc:mysql://localhost:4000/test
    username: root
    #    password: xxx
    driver-class-name: com.mysql.cj.jdbc.Driver
  jpa:
    show-sql: true
    database-platform: org.hibernate.dialect.TiDBDialect
    hibernate:
      ddl-auto: create-drop

此配置格式为 YAML 格式。其中:

  • spring.datasource.url : 数据库连接的 URL。
  • spring.datasource.url : 数据库用户名。
  • spring.datasource.password : 数据库密码,此项为空,需注释或删除。
  • spring.datasource.driver-class-name : 数据库驱动,因为 TiDB 与 MySQL 兼容,则此处使用与 mysql-connector-java 适配的驱动类 com.mysql.cj.jdbc.Driver
  • jpa.show-sql : 为 true 时将打印 JPA 运行的 SQL。
  • jpa.database-platform : 选用的数据库方言,此处连接了 TiDB,自然选择 TiDB 方言,注意,此方言在 6.0.0.Beta2 版本后的 Hibernate 中才可选择,请注意依赖版本。
  • jpa.hibernate.ddl-auto : 此处选择的 create-drop 将会在程序开始时创建表,退出时删除表。请勿在正式环境使用,但此处为示例程序,希望尽量不影响数据库数据,因此选择了此选项。

入口文件

入口文件 App.java

package com.pingcap;

import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
import org.springframework.boot.context.ApplicationPidFileWriter;

@SpringBootApplication
public class App {
   public static void main(String[] args) {
      SpringApplication springApplication = new SpringApplication(App.class);
      springApplication.addListeners(new ApplicationPidFileWriter("spring-jpa-hibernate.pid"));
      springApplication.run(args);
   }
}

入口类比较简单,首先,有一个 Spring Boot 应用程序的标准配置注解 @SpringBootApplication。有关详细信息,请参阅 Spring Boot 官方文档中的 Using the @SpringBootApplication Annotation 。随后,使用 ApplicationPidFileWriter 在程序启动过程中,写下一个名为 spring-jpa-hibernate.pid 的 PID (process identification number) 文件,可从外部使用此 PID 文件关闭此应用程序。

数据库持久层

数据库持久层,即 dao 包内,实现了数据对象的持久化。

实体对象

PlayerBean.java 文件为实体对象,这个对象对应了数据库的一张表。

package com.pingcap.dao;

import jakarta.persistence.*;

/**
 * it's core entity in hibernate
 * @Table appoint to table name
 */
@Entity
@Table(name = "player_jpa")
public class PlayerBean {
    /**
     * @ID primary key
     * @GeneratedValue generated way. this field will use generator named "player_id"
     * @SequenceGenerator using `sequence` feature to create a generator,
     *    and it named "player_jpa_id_seq" in database, initial form 1 (by `initialValue`
     *    parameter default), and every operator will increase 1 (by `allocationSize`)
     */
    @Id
    @GeneratedValue(generator="player_id")
    @SequenceGenerator(name="player_id", sequenceName="player_jpa_id_seq", allocationSize=1)
    private Long id;

    /**
     * @Column field
     */
    @Column(name = "coins")
    private Integer coins;
    @Column(name = "goods")
    private Integer goods;

    public Long getId() {
        return id;
    }

    public void setId(Long id) {
        this.id = id;
    }

    public Integer getCoins() {
        return coins;
    }

    public void setCoins(Integer coins) {
        this.coins = coins;
    }

    public Integer getGoods() {
        return goods;
    }

    public void setGoods(Integer goods) {
        this.goods = goods;
    }
}

这里可以看到,实体类中有很多注解,这些注解给了 Hibernate 额外的信息,用以绑定实体类和表:

  • @Entity 声明 PlayerBean 是一个实体类。
  • @Table 使用注解属性 name 将此实体类和表 player_jpa 关联。
  • @Id 声明此属性关联表的主键列。
  • @GeneratedValue 表示自动生成该列的值,而不应手动设置,使用属性 generator 指定生成器的名称为 player_id
  • @SequenceGenerator 声明一个使用序列的生成器,使用注解属性 name 声明生成器的名称为 player_id (与 @GeneratedValue 中指定的名称需保持一致)。随后使用注解属性 sequenceName 指定数据库中序列的名称。最后,使用注解属性 allocationSize 声明序列的步长为 1。
  • @Column 将每个私有属性声明为表 player_jpa 的一列,使用注解属性 name 确定属性对应的列名。

存储库

为了抽象数据库层,Spring 应用程序使用 Repository 接口,或者 Repository 的子接口。 这个接口映射到一个数据库对象,常见的,比如会映射到一个表上。JPA 会实现一些预制的方法,比如 INSERT ,或使用主键的 SELECT 等。

package com.pingcap.dao;

import jakarta.persistence.LockModeType;
import org.springframework.data.domain.Page;
import org.springframework.data.domain.Pageable;
import org.springframework.data.jpa.repository.JpaRepository;
import org.springframework.data.jpa.repository.Lock;
import org.springframework.data.jpa.repository.Query;
import org.springframework.data.repository.query.Param;
import org.springframework.stereotype.Repository;

import java.util.List;

@Repository
public interface PlayerRepository extends JpaRepository<PlayerBean, Long> {
    /**
     * use HQL to query by page
     * @param pageable a pageable parameter required by hibernate
     * @return player list package by page message
     */
    @Query(value = "SELECT player_jpa FROM PlayerBean player_jpa")
    Page<PlayerBean> getPlayersByPage(Pageable pageable);

    /**
     * use SQL to query by limit, using named parameter
     * @param limit sql parameter
     * @return player list (max size by limit)
     */
    @Query(value = "SELECT * FROM player_jpa LIMIT :limit", nativeQuery = true)
    List<PlayerBean> getPlayersByLimit(@Param("limit") Integer limit);

    /**
     * query player and add a lock for update
     * @param id player id
     * @return player
     */
    @Lock(value = LockModeType.PESSIMISTIC_WRITE)
    @Query(value = "SELECT player FROM PlayerBean player WHERE player.id = :id")
    // @Query(value = "SELECT * FROM player_jpa WHERE id = :id FOR UPDATE", nativeQuery = true)
    PlayerBean getPlayerAndLock(@Param("id") Long id);
}

PlayerRepository 拓展了 Spring 用于 JPA 数据访问所使用的接口 JpaRepository。使用 @Query 注解,告诉 Hibernate 此接口如何实现查询。在此处使用了两种查询语句的语法,其中,在接口 getPlayersByPage 中的查询语句使用的是一种被 Hibernate 称为 HQL (Hibernate Query Language) 的语法。而接口 getPlayersByLimit 中使用的是普通的 SQL,在使用 SQL 语法时,需要将 @Query 的注解参数 nativeQuery 设置为 true。

getPlayersByLimit 注解的 SQL 中,:limit 在 Hibernate 中被称为命名参数,Hibernate 将按名称自动寻找并拼接注解所在接口内的参数。你也可以使用 @Param 来指定与参数不同的名称用于注入。

getPlayerAndLock 中,使用了一个注解 @Lock,此注解声明此处使用悲观锁进行锁定,如需了解更多其他锁定方式,可查看实体锁定文档。此处的 @Lock 仅可与 HQL 搭配使用,否则将会产生错误。当然,如果你希望直接使用 SQL 进行锁定,可直接使用注释部分的注解:

@Query(value = "SELECT * FROM player_jpa WHERE id = :id FOR UPDATE", nativeQuery = true)

直接使用 SQL 的 FOR UPDATE 来增加锁。你也可通过 TiDB SELECT 文档 进行更深层次的原理学习。

逻辑实现

逻辑实现层,即 service 包,内含了项目实现的接口与逻辑

接口

PlayerService.java 文件内定义了逻辑接口,实现接口,而不是直接编写一个类的原因,是尽量使例子贴近实际使用,体现设计的开闭原则。你也可以省略掉此接口,在依赖类中直接注入实现类,但并不推荐这样做。

package com.pingcap.service;

import com.pingcap.dao.PlayerBean;
import org.springframework.data.domain.Page;

import java.util.List;

public interface PlayerService {
    /**
     * create players by passing in a List of PlayerBean
     *
     * @param players will create players list
     * @return The number of create accounts
     */
    Integer createPlayers(List<PlayerBean> players);

    /**
     * buy goods and transfer funds between one player and another in one transaction
     * @param sellId sell player id
     * @param buyId buy player id
     * @param amount goods amount, if sell player has not enough goods, the trade will break
     * @param price price should pay, if buy player has not enough coins, the trade will break
     */
    void buyGoods(Long sellId, Long buyId, Integer amount, Integer price) throws RuntimeException;

    /**
     * get the player info by id.
     *
     * @param id player id
     * @return the player of this id
     */
    PlayerBean getPlayerByID(Long id);

    /**
     * get a subset of players from the data store by limit.
     *
     * @param limit return max size
     * @return player list
     */
    List<PlayerBean> getPlayers(Integer limit);

    /**
     * get a page of players from the data store.
     *
     * @param index page index
     * @param size page size
     * @return player list
     */
    Page<PlayerBean> getPlayersByPage(Integer index, Integer size);

    /**
     * count players from the data store.
     *
     * @return all players count
     */
    Long countPlayers();
}

实现 (重要)

PlayerService.java 文件内实现了 PlayerService 接口,所有数据操作逻辑都编写在这里。

package com.pingcap.service.impl;

import com.pingcap.dao.PlayerBean;
import com.pingcap.dao.PlayerRepository;
import com.pingcap.service.PlayerService;
import jakarta.transaction.Transactional;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.data.domain.Page;
import org.springframework.data.domain.PageRequest;
import org.springframework.stereotype.Service;

import java.util.List;

/**
 * PlayerServiceImpl implements PlayerService interface
 * @Transactional it means every method in this class, will package by a pair of
 *     transaction.begin() and transaction.commit(). and it will be call
 *     transaction.rollback() when method throw an exception
 */
@Service
@Transactional
public class PlayerServiceImpl implements PlayerService {
    @Autowired
    private PlayerRepository playerRepository;

    @Override
    public Integer createPlayers(List<PlayerBean> players) {
        return playerRepository.saveAll(players).size();
    }

    @Override
    public void buyGoods(Long sellId, Long buyId, Integer amount, Integer price) throws RuntimeException {
        PlayerBean buyPlayer = playerRepository.getPlayerAndLock(buyId);
        PlayerBean sellPlayer = playerRepository.getPlayerAndLock(sellId);
        if (buyPlayer == null || sellPlayer == null) {
            throw new RuntimeException("sell or buy player not exist");
        }

        if (buyPlayer.getCoins() < price || sellPlayer.getGoods() < amount) {
            throw new RuntimeException("coins or goods not enough, rollback");
        }

        buyPlayer.setGoods(buyPlayer.getGoods() + amount);
        buyPlayer.setCoins(buyPlayer.getCoins() - price);
        playerRepository.save(buyPlayer);

        sellPlayer.setGoods(sellPlayer.getGoods() - amount);
        sellPlayer.setCoins(sellPlayer.getCoins() + price);
        playerRepository.save(sellPlayer);
    }

    @Override
    public PlayerBean getPlayerByID(Long id) {
        return playerRepository.findById(id).orElse(null);
    }

    @Override
    public List<PlayerBean> getPlayers(Integer limit) {
        return playerRepository.getPlayersByLimit(limit);
    }

    @Override
    public Page<PlayerBean> getPlayersByPage(Integer index, Integer size) {
        return playerRepository.getPlayersByPage(PageRequest.of(index, size));
    }

    @Override
    public Long countPlayers() {
        return playerRepository.count();
    }
}

这里使用了 @Service 这个注解,声明此对象的生命周期交由 Spring 管理。

注意,除了有 @Service 注解之外,PlayerServiceImpl 实现类还有一个 @Transactional 注解。当在应用程序中启用事务管理时 (可使用 @EnableTransactionManagement 打开,但 Spring Boot 默认开启,无需再次手动配置),Spring 会自动将所有带有 @Transactional 注释的对象包装在一个代理中,使用该代理对对象的调用进行处理。

你可以简单的认为,代理在带有 @Transactional 注释的对象内的函数调用时:在函数顶部将使用 transaction.begin() 开启事务,函数返回后,调用 transaction.commit() 进行事务提交,而出现任何运行时错误时,代理将会调用 transaction.rollback() 来回滚。

你可参阅数据库事务来获取更多有关事务的信息,或者阅读 Spring 官网中的文章 理解 Spring 框架的声明式事务实现

整个实现类中,buyGoods 函数需重点关注,其在不符合逻辑时将抛出异常,引导 Hibernate 进行事务回滚,防止出现错误数据。

外部接口

controller 包对外暴露 HTTP 接口,可以通过 REST API 来访问服务。

package com.pingcap.controller;

import com.pingcap.dao.PlayerBean;
import com.pingcap.service.PlayerService;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.data.domain.Page;
import org.springframework.lang.NonNull;
import org.springframework.web.bind.annotation.*;

import java.util.List;

@RestController
@RequestMapping("/player")
public class PlayerController {
    @Autowired
    private PlayerService playerService;

    @PostMapping
    public Integer createPlayer(@RequestBody @NonNull List<PlayerBean> playerList) {
        return playerService.createPlayers(playerList);
    }

    @GetMapping("/{id}")
    public PlayerBean getPlayerByID(@PathVariable Long id) {
        return playerService.getPlayerByID(id);
    }

    @GetMapping("/limit/{limit_size}")
    public List<PlayerBean> getPlayerByLimit(@PathVariable("limit_size") Integer limit) {
        return playerService.getPlayers(limit);
    }

    @GetMapping("/page")
    public Page<PlayerBean> getPlayerByPage(@RequestParam Integer index, @RequestParam("size") Integer size) {
        return playerService.getPlayersByPage(index, size);
    }

    @GetMapping("/count")
    public Long getPlayersCount() {
        return playerService.countPlayers();
    }

    @PutMapping("/trade")
    public Boolean trade(@RequestParam Long sellID, @RequestParam Long buyID, @RequestParam Integer amount, @RequestParam Integer price) {
        try {
            playerService.buyGoods(sellID, buyID, amount, price);
        } catch (RuntimeException e) {
            return false;
        }

        return true;
    }
}

PlayerController 中使用了尽可能多的注解方式来作为示例展示功能,在实际项目中,请尽量保持风格的统一,同时遵循你公司或团体的规则。PlayerController 有许多注解,下方将进行逐一解释:

  • @RestControllerPlayerController 声明为一个 Web Controller,且将返回值序列化为 JSON 输出。
  • @RequestMapping 映射 URL 端点为 /player ,即此 Web Controller 仅监听 /player URL 下的请求。
  • @Autowired 用于 Spring 的自动装配,可以看到,此处声明需要一个 PlayerService 对象,此对象为接口,并未指定使用哪一个实现类,这是由 Spring 自动装配的,有关此装配规则,可查看 Spirng 官网中的 The IoC container 一文。
  • @PostMapping 声明此函数将响应 HTTP 中的 POST 类型请求。
    • @RequestBody 声明此处将 HTTP 的整个载荷解析到参数 playerList 中。
    • @NonNull 声明参数不可为空,否则将校验并返回错误。
  • @GetMapping 声明此函数将响应 HTTP 中的 GET 类型请求。
    • @PathVariable 可以看到注解中有形如 {id}{limit_size} 这样的占位符,这种占位符将被绑定到 @PathVariable 注释的变量中,绑定的依据是注解中的注解属性 name (变量名可省略,即 @PathVariable(name="limit_size") 可写成 @PathVariable("limit_size") ),不特殊指定时,与变量名名称相同。
  • @PutMapping 声明此函数将响应 HTTP 中的 PUT 类型请求。
  • @RequestParam 此声明将解析请求中的 URL 参数、表单参数等参数,绑定至注解的变量中。
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