Mia Liang 2021-03-11
在使用面向对象编程（OOP）语言与数据库时，一个主要挑战是如何将程序代码与数据库结构对齐。对象关系映射（Object-Relational Mapping，简称 ORM）是一种在编程语言与数据库之间创建抽象层的技术，帮助程序员无需直接处理 SQL 语句即可操作数据。
OOP 开发者面临的一个难题是：为了将应用程序连接到 SQL 数据库，他们必须理解并编写结构化查询语言（SQL）。熟悉 SQL 的开发者可以编写数据访问代码，但这种原始 SQL 编码极其耗时——开发者需要手动从字符串中提取数据元素。虽然 SQL 查询构建器为 SQL 代码增加了一层抽象，提供了更多关于数据的信息，但开发者仍然需要掌握并编写 SQL。
ORM 工具既广受欢迎又颇具争议。支持者认为 ORM 能提升开发效率、改善应用设计、促进代码复用，并便于长期维护；而反对者则指出 ORM 可能带来性能问题。本文将概述 ORM 的基本概念，将其与原生 SQL 工具进行对比，并分析其优缺点，帮助你判断 ORM 是否适合你的数据库应用开发需求。
什么是 ORM？
对象关系映射器（ORM）在关系型数据库与面向对象编程语言之间提供了一个面向对象的抽象层，使开发者无需编写 SQL 查询即可操作数据库。它通过标准化接口，减少样板代码，从而加快开发速度。
面向对象编程中的数据通常以复杂的状态和结构存在，难以直接与数据库表对应。ORM 会将这些对象“翻译”成结构化的映射关系，帮助开发者理解底层数据库结构。该映射描述了对象与数据库表之间的关联方式。ORM 利用这些信息，在应用程序修改数据对象时，自动生成对应的 SQL 语句（如 INSERT、UPDATE、DELETE 等），以同步更新数据库。一旦完成映射配置，ORM 就能自动管理应用的数据需求，开发者无需再编写底层数据访问代码。
ORM 是如何工作的？
ORM 通过高度抽象的方式构建面向对象程序的模型。换句话说，它在不暴露底层实现细节的前提下，建立了一层逻辑抽象。这种映射描述了对象与数据之间的关系，而无需开发者了解数据的具体存储结构。借助该模型，应用程序可以自动连接到所需的 SQL 代码，完成数据操作。这类“管道式”（plumbing）代码无需重复编写，从而大幅节省开发时间。
ORM 的类型
ORM 主要采用两种设计模式：Active Record 模式 和 Data Mapper 模式。
Active Record 模式
该模式将数据直接映射到代码中的对象结构内。开发者通过类和对象结构来管理数据。然而，这种方法的问题在于数据库结构与代码紧密耦合，使得数据库难以独立迁移或替换到其他应用中。
Data Mapper 模式
Data Mapper 模式试图将业务逻辑与数据库解耦。这种分离使得更换数据库变得更加容易，同时可以复用相同的业务逻辑代码。
ORM 与 SQL 的对比
开发者也可以直接使用原生 SQL 编写应用程序与数据库之间的接口。大多数关系型数据库都支持 SQL，且 SQL 自 1970 年代起就被广泛使用，具有极高的稳定性、完善的文档和强大的社区支持。使用原生 SQL，开发者对数据接口拥有完全控制权，虽然工作量大，但灵活性和细节控制优于 ORM 抽象。
原生 SQL 查询的缺点
使用原生 SQL 也存在风险。例如，开发者需自行确保数据库代码的安全性。SQL 注入是一种常见漏洞，攻击者可通过用户输入篡改数据状态，破坏应用功能和数据完整性。而 ORM 通常会对输入进行自动转义和清理，有助于避免此类安全问题。
SQL 查询构建器
SQL 查询构建器在原生 SQL 之上增加了一层抽象，但并未完全隐藏底层细节。它们通过规范化查询模式、提供转义方法或函数，简化了应用集成。构建器还提供模板机制，帮助开发者在同一代码环境中理解数据库结构。不过，这类工具仍要求开发者具备 SQL 知识和对数据库结构的理解。
对象关系映射（ORM）的优点
ORM 工具之所以受到 OOP 开发者的欢迎，是因为它们显著降低了连接数据库所需的 SQL 知识门槛，并能自动生成 SQL 代码，让开发者专注于业务逻辑。以下是使用 ORM 的四大主要优势：
1. 提升开发效率
编写数据访问代码耗时且对业务功能价值有限，本质上属于“管道工程”。使用 ORM 自动生成这些代码，可节省大量开发时间。在某些情况下，ORM 甚至能生成 100% 的数据访问逻辑。此外，ORM 还能追踪数据库变更，便于未来调试和修改应用。
2. 改善应用设计
良好的 ORM 实现通常遵循设计模式，促使开发者采用最佳实践。使用 ORM 管理数据接口时，无需一开始就设计完美的数据库模式，后续调整也更加灵活。将数据库表与业务代码解耦，还能方便地在不同应用间复用数据逻辑。
3. 促进代码复用
通过创建类库（如生成独立的动态链接库 DLL），可以在多个项目中复用数据访问逻辑，避免重复开发。
4. 减少测试负担
ORM 生成的代码通常经过充分测试，因此开发者无需花费大量时间验证数据访问层，而可专注于业务逻辑的测试。
对象关系映射（ORM）的缺点
尽管 ORM 在许多场景下非常有用，但一些开发者也指出了其局限性。这些问题往往与应用的复杂度相关：对于简单应用，高层抽象确实有助于开发；但在复杂系统中，抽象可能掩盖了处理数据问题所需的关键细节。
1. 性能问题
常见抱怨之一是 ORM 生成的额外代码可能降低应用性能，并增加维护难度。一个设计良好的 ORM 应能生成高效 SQL，避免对性能造成显著影响。
2. 仍需掌握 SQL
高层抽象并不总能生成最优 SQL。开发者不能完全依赖 ORM，在性能调优或复杂查询时，仍需理解 SQL 及 ORM 生成的具体语法。
3. 映射错误
ORM 有时会错误地映射对象与数据表之间的关系，导致难以察觉的应用故障。此外，ORM 倾向于鼓励一对一映射，而现实中业务应用很少存在大量的一对一关系。
4. 对数据库模式和迁移的影响
设计不佳的 ORM 层可能阻碍数据库模式的演进，限制优化选项。如果 ORM 不支持数据库迁移（migration），在 OOP 语言中编写迁移逻辑反而比直接用 SQL 更复杂。优秀的 ORM 通常会内置迁移工具，简化未来数据库变更。
主流 ORM 工具概览
Prisma 2
Prisma 2 是一款面向 Node.js 和 TypeScript 的新一代开源 ORM，支持 PostgreSQL、MySQL 和 SQLite。其核心模块包括：
- Prisma Schema（定义数据模型）
- Prisma Client（自动生成的类型安全客户端）
- Prisma Migrate（数据库迁移工具）
- Prisma Studio（可视化数据库管理界面）
Sequelize
Sequelize 是一个基于 Promise 的 ORM，自 2011 年发布以来广受 Node.js 社区欢迎。它文档完善、社区活跃，支持 PostgreSQL、MySQL、MariaDB、SQLite 和 MSSQL。
TypeORM
TypeORM 兼容传统 JavaScript，但推荐使用 TypeScript。它支持迁移、命令行工具（CLI），并同时提供 ActiveRecord 和 Data Mapper 两种模式，灵活性高。
结论
将关系型数据库与面向对象应用连接起来，若采用手写 SQL 的方式，往往耗时且对业务价值贡献有限。虽然开发者可以选择原生 SQL 或 SQL 查询构建器，但两者都要求深入的数据库知识和 SQL 编程能力。
ORM 通过高度抽象的数据模型和自动生成的 SQL 代码，显著提升了开发效率，并实现了数据库与业务逻辑的解耦，赋予开发者更大灵活性。然而，ORM 也并非万能：性能损耗、额外代码、映射错误等问题确实存在，尤其在复杂系统中更为明显。
因此，开发者在决定是否采用 ORM 前，应充分评估项目需求。目前市面上已有众多成熟的开源和商业 ORM 工具，经过多年发展，它们拥有完善的文档和活跃的社区支持。合理选择和使用 ORM，将为你的 OOP 开发流程带来显著增益。