引言

MyBatis 作为一款优秀的持久层框架，提供了强大的数据映射和管理能力。为了优化性能，MyBatis 引入了延迟加载（Lazy Loading）机制。该机制允许在真正需要使用关联对象或集合时才进行数据库查询，而不是在加载主对象时就立即加载所有关联数据，从而减少了不必要的数据库访问，提升了应用的响应速度和资源利用率。深入理解 MyBatis 的延迟加载机制及其实现原理，对于开发高性能的数据库驱动应用至关重要。

技术背景

在传统的 ORM 框架中，加载一个实体对象时，与其关联的其他实体或集合通常会根据配置立即加载（Eager Loading）。虽然这种方式获取关联数据方便，但在某些场景下，如果关联数据量较大或者并非总是需要，则会造成不必要的性能开销。

为了解决这个问题，MyBatis 实现了延迟加载。延迟加载是一种按需加载数据的策略。当主对象被加载后，其关联对象或集合并不会立即从数据库中查询出来。只有当程序首次访问这些关联对象的属性或方法时，MyBatis 才会发送相应的 SQL 查询，加载所需的数据。

MyBatis 的延迟加载主要涉及到以下几个核心概念：

• 关联映射（Association Mapping）： 用于映射一对一或多对一的关联关系。
• 集合映射（Collection Mapping）： 用于映射一对多或多对多的关联关系。
• 延迟加载配置（Lazy Loading Configuration）： 在 MyBatis 的全局配置文件或映射文件中配置是否启用延迟加载以及如何触发延迟加载。
• 代理对象（Proxy Object）： MyBatis 使用动态代理技术为需要延迟加载的关联对象或集合创建代理对象。

应用使用场景

延迟加载机制在以下场景中能够显著提升应用性能：

• 一对多或多对多关联，但并非总是需要加载关联数据： 例如，一个订单对象关联了多个订单明细，但在某些业务场景下只需要显示订单的基本信息，此时延迟加载订单明细可以避免不必要的查询。
• 复杂的对象图，存在多层嵌套关联： 如果立即加载所有关联数据，可能会导致大量的数据库查询，而延迟加载可以按需获取，减少初始加载时间。
• 存在可选的关联关系： 某些关联关系是可选的，只有在特定条件下才需要加载，延迟加载可以避免在不需要时进行查询。
• 分页查询场景： 在进行分页查询主对象列表时，通常不需要立即加载每个主对象的关联数据，延迟加载可以减少单次查询的数据量。

不同场景下详细代码实现

以下是在不同场景下配置和使用 MyBatis 延迟加载的示例。

场景 1：一对一关联的延迟加载

假设有一个 User 对象关联一个 Address 对象。

UserMapper.xml:

<resultMap id="UserResultMap" type="com.example.model.User">
    <id column="user_id" property="id"/>
    <result column="username" property="username"/>
    <association property="address" column="address_id" javaType="com.example.model.Address"
                 select="com.example.mapper.AddressMapper.selectAddressById"
                 lazy="true"/>
</resultMap>

<select id="selectUserById" parameterType="int" resultMap="UserResultMap">
    SELECT u.id AS user_id, u.username, u.address_id
    FROM user u
    WHERE u.id = #{id}
</select>

AddressMapper.xml:

<resultMap id="AddressResultMap" type="com.example.model.Address">
    <id column="address_id" property="id"/>
    <result column="city" property="city"/>
    <result column="street" property="street"/>
</resultMap>

<select id="selectAddressById" parameterType="int" resultMap="AddressResultMap">
    SELECT id AS address_id, city, street
    FROM address
    WHERE id = #{id}
</select>

Java 代码:

User user = userMapper.selectUserById(1);
// 此时 Address 对象并未加载，访问 address 属性时才会触发加载
System.out.println(user.getUsername());
System.out.println(user.getAddress().getCity()); // 触发 Address 对象的延迟加载

场景 2：一对多关联的延迟加载

假设有一个 Order 对象关联多个 OrderItem 对象。

OrderMapper.xml:

<resultMap id="OrderResultMap" type="com.example.model.Order">
    <id column="order_id" property="id"/>
    <result column="order_number" property="orderNumber"/>
    <collection property="orderItems" column="order_id" ofType="com.example.model.OrderItem"
                select="com.example.mapper.OrderItemMapper.selectOrderItemsByOrderId"
                lazy="true"/>
</resultMap>

<select id="selectOrderById" parameterType="int" resultMap="OrderResultMap">
    SELECT o.id AS order_id, o.order_number
    FROM order o
    WHERE o.id = #{id}
</select>

OrderItemMapper.xml:

<resultMap id="OrderItemResultMap" type="com.example.model.OrderItem">
    <id column="item_id" property="id"/>
    <result column="product_name" property="productName"/>
    <result column="quantity" property="quantity"/>
    <result column="order_id" property="orderId"/>
</resultMap>

<select id="selectOrderItemsByOrderId" parameterType="int" resultMap="OrderItemResultMap">
    SELECT id AS item_id, product_name, quantity, order_id
    FROM order_item
    WHERE order_id = #{orderId}
</select>

Java 代码:

Order order = orderMapper.selectOrderById(1);
// 此时 OrderItem 集合并未加载，访问 orderItems 属性时才会触发加载
System.out.println(order.getOrderNumber());
System.out.println(order.getOrderItems().size()); // 触发 OrderItem 集合的延迟加载
for (OrderItem item : order.getOrderItems()) {
    System.out.println(item.getProductName());
}

场景 3：全局启用或禁用延迟加载

可以在 MyBatis 的全局配置文件 mybatis-config.xml 中统一配置延迟加载。

<configuration>
    <settings>
        <setting name="lazyLoadingEnabled" value="true"/>
        <setting name="aggressiveLazyLoading" value="false"/>
    </settings>
    </configuration>

原理解释

MyBatis 的延迟加载机制的核心在于使用 动态代理 技术。当 MyBatis 在映射文件中配置了某个关联属性或集合需要延迟加载 (lazy="true")，并且在查询主对象时，MyBatis 并不会直接创建关联对象或集合的实例。而是会为这些关联属性或集合创建一个 代理对象（通常是 org.apache.ibatis.executor.loader.ProxyFactory 实现的）。

这个代理对象持有加载关联数据所需的信息，例如：

• 加载关联数据的 Mapper 接口和方法。
• 查询所需的参数（通常是主对象的主键或其他关联字段的值）。
• MyBatis 的配置信息（Configuration、SqlSession 等）。

当程序首次访问这个代理对象的属性或方法时，代理对象会拦截这次访问，判断关联数据是否已经被加载。如果尚未加载，代理对象会通过其持有的信息，发起一个新的数据库查询，加载关联数据，并将加载结果填充到代理对象中。之后，对该代理对象的访问就直接返回已加载的数据，而不会再次触发数据库查询（在同一个 SqlSession 生命周期内）。

核心特性:

• 按需加载: 只有在真正使用关联数据时才进行加载。
• 减少初始加载时间: 查询主对象时只加载必要的数据。
• 提高资源利用率: 避免加载不必要的关联数据，减少内存占用和数据库压力。
• 透明性: 对于使用者来说，操作延迟加载的代理对象与操作普通的关联对象或集合在语法上是相同的，延迟加载的细节被隐藏在代理对象内部。

原理流程图以及原理解释

Parse error on line 3: ...-> C[Result Mapping (lazy=true)]; C -----------------------^ Expecting 'SEMI', 'NEWLINE', 'SPACE', 'EOF', 'GRAPH', 'DIR', 'subgraph', 'SQS', 'SQE', 'end', 'AMP', 'PE', '-)', 'STADIUMEND', 'SUBROUTINEEND', 'CYLINDEREND', 'DIAMOND_STOP', 'TAGEND', 'TRAPEND', 'INVTRAPEND', 'START_LINK', 'LINK', 'PIPE', 'STYLE', 'LINKSTYLE', 'CLASSDEF', 'CLASS', 'CLICK', 'DOWN', 'UP', 'DEFAULT', 'NUM', 'COMMA', 'ALPHA', 'COLON', 'MINUS', 'BRKT', 'DOT', 'PCT', 'TAGSTART', 'PUNCTUATION', 'UNICODE_TEXT', 'PLUS', 'EQUALS', 'MULT', 'UNDERSCORE', got 'PS'

流程解释:

1. MyBatis 在初始化时读取配置，判断全局或映射文件中是否启用了延迟加载 (lazyLoadingEnabled).
2. 如果启用了延迟加载，并且在 ResultMap 中配置了需要延迟加载的关联 (lazy="true"), MyBatis 会为该关联属性或集合创建一个代理对象。
3. 当用户代码首次访问这个代理对象的属性或方法时，代理对象会拦截这次调用。
4. 代理对象内部会检查关联数据是否已经被加载。
5. 如果数据尚未加载，代理对象会根据 ResultMap 中 association 或 collection 标签的 select 属性指定的 Mapper 方法和 column 属性提供的参数，发起一个新的数据库查询。
6. 查询结果（关联数据）会被加载到代理对象中。
7. 代理对象将加载的数据返回给用户。后续对该代理对象的访问将直接返回已加载的数据，不再触发数据库查询（在同一个 SqlSession 生命周期内）。
8. 如果延迟加载被禁用，或者 ResultMap 中没有配置 lazy="true"，则关联对象或集合会在加载主对象时被立即加载。

环境准备

要体验 MyBatis 的延迟加载机制，你需要准备以下环境：

1. Java Development Kit (JDK): 确保安装了 Java 开发环境。
2. Maven 或 Gradle: 用于管理项目依赖。
3. MyBatis 依赖: 在你的项目中引入 MyBatis 的相关依赖。
4. 数据库: 例如 MySQL、PostgreSQL 等，用于存储示例数据。
5. MyBatis 配置文件 (mybatis-config.xml): 配置数据源、环境等。
6. Mapper 接口和 XML 映射文件 (UserMapper.xml, AddressMapper.xml, OrderMapper.xml, OrderItemMapper.xml): 定义 SQL 语句和映射关系。
7. 实体类 (User.java, Address.java, Order.java, OrderItem.java): 定义数据模型。
8. MyBatis-Spring 集成 (可选): 如果你使用 Spring 框架。

代码示例实现

前面的“不同场景下详细代码实现”部分已经提供了相关的代码示例。你需要创建相应的实体类和 Mapper 接口，并配置好 MyBatis 环境才能运行这些示例。

运行结果

当你运行上述示例代码时，你会观察到以下行为：

• 在访问延迟加载的关联对象或集合的属性或方法之前，不会执行加载这些数据的 SQL 查询。
• 只有当首次访问延迟加载的属性或方法时，MyBatis 才会执行相应的 SQL 查询，从数据库中加载数据。
• 在同一个 SqlSession 生命周期内，对同一个延迟加载对象的后续访问不会再次触发数据库查询。

你可以通过开启 MyBatis 的日志功能（例如配置 log4j 或 Slf4j）来查看执行的 SQL 语句，从而验证延迟加载的行为。

测试步骤以及详细代码

1. 创建数据库表和数据: 创建 user, address, order, order_item 等表，并插入相应的测试数据。
2. 创建实体类和 Mapper 接口: 定义 User, Address, Order, OrderItem 等实体类，以及对应的 Mapper 接口。
3. 编写 Mapper XML 文件: 按照前面的示例编写 UserMapper.xml, AddressMapper.xml, OrderMapper.xml, OrderItemMapper.xml 文件，配置延迟加载。
4. 配置 MyBatis: 创建 mybatis-config.xml 文件，配置数据源和启用延迟加载。
5. 编写测试代码: 创建 Java 测试类，获取 SqlSession，调用 Mapper 接口的方法查询数据，并观察延迟加载的行为。

详细测试代码示例 (JUnit):

import com.example.mapper.UserMapper;
import com.example.model.User;
import org.apache.ibatis.io.Resources;
import org.apache.ibatis.session.SqlSession;
import org.apache.ibatis.session.SqlSessionFactory;
import org.apache.ibatis.session.SqlSessionFactoryBuilder;
import org.junit.jupiter.api.BeforeAll;
import org.junit.jupiter.api.Test;

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;

public class LazyLoadingTest {

    private static SqlSessionFactory sqlSessionFactory;

    @BeforeAll
    static void setup() throws IOException {
        String resource = "mybatis-config.xml";
        InputStream inputStream = Resources.getResourceAsStream(resource);
        sqlSessionFactory = new SqlSessionFactoryBuilder().build(inputStream);
    }

    @Test
    void testLazyLoadUserWithAddress() {
        try (SqlSession sqlSession = sqlSessionFactory.openSession()) {
            UserMapper userMapper = sqlSession.getMapper(UserMapper.class);
            User user = userMapper.selectUserById(1);
            System.out.println("User: " + user.getUsername());
            System.out.println("Address City: " + user.getAddress().getCity()); // 触发延迟加载
        }
    }

    @Test
    void testLazyLoadOrderWithItems() {
        try (SqlSession sqlSession = sqlSessionFactory.openSession()) {
            // 确保 MyBatis 日志配置为显示 SQL 语句
            org.apache.ibatis.logging.LogFactory.useStdOutLogging();
            com.example.mapper.OrderMapper orderMapper = sqlSession.getMapper(com.example.mapper.OrderMapper.class);
            com.example.model.Order order = orderMapper.selectOrderById(1);
            System.out.println("Order Number: " + order.getOrderNumber());
            System.out.println("Number of Items: " + order.getOrderItems().size()); // 触发延迟加载
            for (com.example.model.OrderItem item : order.getOrderItems()) {
                System.out.println("Item: " + item.getProductName());
            }
        }
    }
}

确保你的 mybatis-config.xml 配置了数据源，并且你的日志配置能够显示执行的 SQL 语句，这样你就能清楚地看到延迟加载发生的时间。

部署场景

延迟加载机制在各种需要使用 MyBatis 进行数据持久化的 Java 应用中都有应用，尤其是在以下部署场景：

• Web 应用: 减少用户请求的响应时间，提高用户体验。
• 企业级应用: 处理复杂的数据模型和关联关系，优化系统性能。
• 微服务架构: 在各个服务之间进行数据交互时，按需加载数据，减少网络传输和资源消耗。
• 大数据应用 (部分场景): 在处理需要访问关联数据的分析任务时，避免一次性加载大量数据导致内存溢出。

在部署时，需要根据应用的具体业务场景和数据访问模式，合理配置延迟加载策略。过度使用延迟加载可能会导致 “N+1” 查询问题，因此需要仔细权衡。

疑难解答

• N+1 查询问题: 这是延迟加载最常见的问题。当查询一个主对象列表，并且每个主对象都有一个需要延迟加载的关联对象时，如果循环遍历这个列表并访问每个主对象的关联对象，会导致 N+1 次数据库查询（1 次查询主对象，N 次查询关联对象）。解决这个问题通常需要使用 MyBatis 的 fetchType="join"（立即加载） 或 <select> 标签内的 <include> 配合 join 查询，或者使用 fetchType="select" 配合 <resultMap> 中的 <association> 或 <collection> 的 column 属性进行子查询，并确保在同一个 SqlSession 内完成所有必要的关联数据访问。MyBatis 也提供了 aggressiveLazyLoading 配置，当设置为 true 时，访问延迟加载对象的任意属性都会导致加载该对象的所有属性，这在某些情况下可以减少 N+1 查询的发生。
• Session 关闭导致延迟加载失败: 延迟加载发生在 SqlSession 的生命周期内。如果在访问延迟加载的属性或方法时，SqlSession 已经关闭，则会抛出异常。因此，需要确保在 SqlSession 关闭之前访问所有需要的数据。
• 性能权衡: 虽然延迟加载可以提高初始加载速度，但在某些频繁需要关联数据的场景下，可能会因为多次触发延迟加载而导致性能下降。需要根据实际情况选择合适的加载策略。
• 对象状态管理: 当延迟加载的对象在 Session 之外被修改时，需要注意其状态同步问题。

未来展望

MyBatis 作为一款成熟的持久层框架，其核心特性（包括延迟加载