DATABASE/SQL与GORM 设计与实践

01.理解database/sql

1.1基本用法

database/sql是Go语言标准库中提供的用于数据库操作的接口。它定义了一组通用的接口和函数，使得我们可以使用统一的方式连接和操作不同类型的数据库，如MySQL、PostgreSQL、SQLite等。database/sql库的设计目标是提供简洁、高效、安全的数据库操作方式。

1.2主要特点和设计原理包括

接口封装：database/sql通过定义一组接口来封装数据库操作，使得我们可以使用相同的代码来操作不同类型的数据库。这些接口包括DB、Tx、Stmt等。
连接池：database/sql使用连接池来管理数据库连接，以提高连接的复用性能。连接池会在需要时创建新的连接，并在不需要时将连接放回池中以供复用。
连接的管理：database/sql负责管理数据库连接的生命周期，包括连接的创建、关闭和释放。我们可以通过调用DB接口的方法来获取连接，并在使用完毕后将连接释放。
事务处理：database/sql提供了事务处理的功能，可以通过Tx接口的方法来开始、提交或回滚事务。事务可以保证一组数据库操作的原子性。
预处理语句：database/sql支持预处理语句，可以提高执行相同或类似SQL语句的效率。我们可以使用DB.Prepare方法来创建预处理语句，并通过调用预处理语句的方法来执行SQL语句。

总之，database/sql提供了一种通用的、与具体数据库无关的方式来进行数据库操作。它的设计原理包括连接池、连接的管理、事务处理等，使得我们可以更方便地操作数据库。

02.GORM使用简介

2.1背景知识

GORM是一个Go语言的ORM（对象关系映射）库，它提供了一种简化数据库操作的方式。使用GORM之前，需要了解以下几个关键概念：

ORM：ORM是一种编程技术，用于将对象和关系型数据库之间建立映射关系，使得我们可以通过操作对象来进行数据库操作，而不用直接编写SQL语句。
数据库驱动：GORM是基于数据库驱动的，数据库驱动是用来连接和操作数据库的软件模块。在使用GORM之前，需要先安装相应的数据库驱动，并提供数据库连接字符串。
数据库连接：在使用GORM之前，需要建立数据库连接。数据库连接是应用程序和数据库之间的通道，用于发送和接收数据库操作的请求和结果。连接的创建和释放需要一定的资源和时间，因此在使用完毕后需要及时关闭连接。
数据库表模型：GORM使用结构体来定义数据库表的模型。结构体的字段对应数据库表的列，可以使用GORM的标签来指定字段的属性和约束，如字段类型、长度、唯一性等。通过模型定义，GORM可以自动创建和更新数据库表结构。
CRUD操作：CRUD是数据库操作的基本操作，包括创建（Create）、读取（Retrieve）、更新（Update）和删除（Delete）。GORM提供了API来进行CRUD操作，可以通过调用相应的方法来执行这些操作。

通过了解这些背景知识，我们可以更好地理解GORM的使用方式和原理，并能够更加灵活地使用GORM进行数据库操作。

2.2基本用法

GORM的基本用法可以分为以下几个步骤：

安装GORM和数据库驱动：首先需要安装GORM和相应的数据库驱动。可以使用Go的包管理工具（如go mod）来安装GORM和数据库驱动，例如：

go get -u github.com/go-gorm/gorm
go get -u github.com/go-sql-driver/mysql

建立数据库连接：在使用GORM之前，需要先建立数据库连接。可以使用GORM提供的Open方法来创建数据库连接，示例如下：

import (
    "gorm.io/gorm"
    "gorm.io/driver/mysql"
)

func main() {
    dsn := "user:password@tcp(127.0.0.1:3306)/dbname?charset=utf8mb4&parseTime=True&loc=Local"
    db, err := gorm.Open(mysql.Open(dsn), &gorm.Config{})
    if err != nil {
        panic("failed to connect database")
    }
    // ...
}

定义数据库表模型：使用GORM需要定义数据库表的模型，即结构体。结构体的字段对应数据库表的列，可以使用GORM的标签来指定字段的属性和约束。示例如下：

type User struct {
    ID   uint
    Name string `gorm:"size:255"`
    Age  int
}

进行CRUD操作：使用GORM提供的API来进行CRUD操作。可以通过调用相应的方法来执行这些操作，例如：

// 创建记录
user := User{Name: "Alice", Age: 18}
db.Create(&user)

// 读取记录
var result User
db.First(&result, 1) // 根据ID读取记录

// 更新记录
db.Model(&result).Update("Age", 20)

// 删除记录
db.Delete(&result)

关联关系操作：GORM支持定义和处理数据库表之间的关联关系，如一对一、一对多、多对多等。可以通过设置结构体字段的标签来指定关联关系的类型和条件。示例如下：

type User struct {
    ID   uint
    Name string `gorm:"size:255"`
    Age  int
    Pets []Pet  // 一对多关联关系
}

type Pet struct {
    ID     uint
    Name   string `gorm:"size:255"`
    UserID uint   // 外键
}

2.3模型定义

在GORM中，模型定义是用来映射数据库表结构的结构体。下面是一个简短的GORM模型定义的示例：

package models

import "gorm.io/gorm"

type User struct {
    gorm.Model
    Name  string
    Email string `gorm:"unique"`
    Age   int
}

在这个示例中，我们定义了一个名为User的模型，它对应数据库中的一个表。模型结构体的字段对应数据库表的列，字段的类型和名称需要与数据库表的列类型和名称匹配。

在这个示例中，我们使用了gorm.Model作为模型结构体的匿名字段，它包含了一些常用的字段，如ID、CreatedAt、UpdatedAt和DeletedAt。这些字段在数据库表中会自动创建，并且GORM会自动处理这些字段的赋值和更新。

除了匿名字段外，我们还可以在模型结构体中定义其他字段。在示例中，我们定义了Name、Email和Age三个字段。Email字段使用了gorm:"unique"标签，表示该字段在数据库中是唯一的。

通过这样的模型定义，GORM可以根据模型结构体自动创建和更新数据库表结构。同时，我们可以使用模型来执行CRUD操作，如创建、读取、更新和删除记录。

2.4关联介绍

在GORM中，我们可以使用标签来定义数据库表之间的关联关系。下面是一些常见的关联关系及其在模型定义中的表示方式：

一对一关联（One-to-One）：
- 使用外键关联：在模型A中定义一个字段，该字段作为模型B的外键。
- 使用外键约束：在模型A中定义一个字段，该字段作为模型B的主键。

type User struct {
    ID   uint
    Name string
    Profile Profile // 一对一关联
}

type Profile struct {
    ID     uint
    UserID uint `gorm:"unique"` // 外键约束
    User   User // 一对一关联
}

一对多关联（One-to-Many）：
- 使用外键关联：在模型A中定义一个切片类型的字段，该字段存储模型B的外键。
- 使用外键约束：在模型B中定义一个字段，该字段作为模型A的外键。

type User struct {
    ID   uint
    Name string
    Pets []Pet // 一对多关联
}

type Pet struct {
    ID     uint
    Name   string
    UserID uint // 外键约束
    User   User // 多对一关联
}

多对多关联（Many-to-Many）：
- 使用中间表：在模型A和模型B之间创建一个中间表，该表存储模型A和模型B之间的关联关系。

type User struct {
    ID     uint
    Name   string
    Roles  []Role `gorm:"many2many:user_roles;"` // 多对多关联
}

type Role struct {
    ID   uint
    Name string
	Users []User `gorm:"many2many:user_roles;"` // 多对多关联
}

以上是一些常见的关联关系的示例，通过使用GORM提供的标签，我们可以方便地定义和处理数据库表之间的关联关系。需要注意的是，在使用关联关系时，还需要在数据库中正确地设置外键和索引等约束。

03.GORM设计原理

3.1 SQL是怎么生成的

SQL（Structured Query Language）是一种用于管理和操作关系型数据库的标准语言。SQL查询语句是由数据库管理系统（DBMS）根据用户提供的命令生成的。下面是SQL查询语句生成的一般过程：

解析查询语句：DBMS首先会解析用户输入的SQL查询语句，以理解用户的意图和要求。
查询优化：DBMS会对查询语句进行优化，以提高查询的性能。这包括选择最佳的索引、调整查询顺序、使用缓存等。
查询计划生成：DBMS根据查询语句和优化后的查询执行计划，生成实际的查询计划。查询计划定义了如何访问和处理数据库中的数据。
执行查询计划：DBMS执行查询计划，根据计划中的操作和顺序，访问数据库中的数据。
数据处理和返回结果：DBMS对查询结果进行处理，如排序、聚合、过滤等操作，并将处理后的结果返回给用户。

3.2插件是怎么工作的

在GORM中，插件是通过实现GORM提供的接口来扩展和定制其功能。插件可以在GORM的各个阶段介入，包括模型定义、数据库连接、查询、事务等。下面是插件在GORM中的工作原理：

注册插件：在使用GORM之前，需要将插件注册到GORM中。通过调用gorm.Open或gorm.OpenWithConfig方法时，可以传入一个插件实例，GORM会将该插件注册到其内部的插件管理器中。
插件接口：GORM定义了一系列接口，插件需要实现这些接口来提供自己的功能。这些接口包括gorm.Plugin接口和其他相关接口，如gorm.BeforeCreate、gorm.AfterFind等。
插件执行顺序：GORM内部维护了一个插件执行顺序列表。当执行GORM的各个操作时，会按照注册的插件顺序依次调用插件的对应方法。插件可以根据自己的需求在合适的时机进行操作。
插件功能：插件可以在模型定义阶段添加额外的字段、标签或回调函数。在数据库连接阶段，插件可以处理数据库连接的创建和配置。在查询阶段，插件可以修改查询条件、添加额外的关联关系或自定义查询逻辑。在事务阶段，插件可以处理事务的开启、提交或回滚。

3.3 ConnPool是什么

ConnPool（Connection Pool，连接池）是一种数据库连接管理技术，用于提高数据库访问的性能和效率。在使用数据库时，每次建立和关闭数据库连接都需要耗费一定的时间和资源。而连接池通过预先创建一定数量的数据库连接，并将其保存在一个池中，以供应用程序使用。这样可以避免频繁地创建和关闭数据库连接，从而减少了连接的建立和关闭开销。

3.4 Dialector是什么

Dialector（数据库方言）是 GORM 中的一个概念，它负责处理与特定数据库之间的通信和交互。每种数据库都有自己的语法和特性，Dialector 就是为了适配不同数据库而存在的。

04.GORM最佳实践

4.1数据序列化与SQL表达式

数据序列化是指将数据结构或对象转换为可以存储或传输的格式，以便在需要的时候可以重新恢复为原始的数据结构或对象。常见的数据序列化格式有JSON、XML和Protocol Buffers等。
SQL表达式是一种用于查询和操作关系型数据库的语言。它可以用于创建、修改和删除表，以及查询和更新表中的数据。SQL表达式由一系列关键字和操作符组成，用于描述数据库的结构和操作。

4.2批量数据操作

批量数据操作是指一次性处理多个数据项的操作。这种操作通常比逐个处理数据项更高效，因为它减少了与数据库或其他数据存储系统之间的通信次数。

在关系型数据库中，批量数据操作可以通过使用SQL的批量插入语句来实现。例如，可以使用INSERT INTO语句一次性插入多个数据行，而不是每次插入一行。这样可以减少与数据库的通信次数，提高插入数据的效率。

另一种常见的批量数据操作是批量更新或删除数据。可以使用UPDATE或DELETE语句一次性更新或删除多个数据行。这种方式通常比逐个更新或删除数据行更高效，特别是在需要更新或删除大量数据时。

除了关系型数据库，其他数据存储系统也提供了批量数据操作的功能。例如，NoSQL数据库通常支持批量插入、更新和删除操作，以提高数据处理的效率。

在程序中执行批量数据操作时，可以使用相应的API或库来实现。这些API或库通常提供了批量操作的接口和方法，以便简化批量数据操作的编码和执行过程。

4.3代码复用、分库分表、Sharding

代码复用是指在软件开发中，通过将可重复使用的代码片段抽象为独立的函数、类或模块，以便在不同的地方多次使用。代码复用可以提高开发效率、减少代码冗余，并提高软件的可维护性和可扩展性。
分库分表是一种数据库水平拆分的策略，用于解决单个数据库的性能瓶颈和存储限制。通过将数据分散存储在多个数据库实例中，每个数据库实例只负责一部分数据，可以提高数据库的读写性能和扩展性。
Sharding是一种分布式数据库架构设计的技术，用于将数据分散存储在多个物理节点上，以提高数据库的性能和可扩展性。在Sharding中，数据被划分为多个逻辑分片，并分布在不同的物理节点上。每个物理节点负责一部分数据，可以独立地处理查询和事务操作。

4.4混沌工程

混沌工程（Chaos Engineering）是一种通过有意引入故障和不确定性来测试和改进系统的方法。它旨在帮助开发人员和系统管理员发现和解决系统中的潜在问题，以提高系统的可靠性和稳定性。

混沌工程的核心思想是通过模拟真实世界中的故障和不确定性来测试系统的鲁棒性和弹性。通过有计划地引入故障，如网络中断、服务器故障或资源耗尽，混沌工程可以帮助团队了解系统在这些情况下的表现，并找出潜在的问题和瓶颈。

4.5 Logger / Trace

Logger和Trace都是与日志记录相关的概念。

Logger（日志记录器）是一种用于记录应用程序运行时信息的工具。它可以在应用程序中插入日志语句，用于记录关键信息、错误信息、调试信息等。Logger通常可以将日志输出到控制台、文件、数据库等不同的目标，同时可以根据日志级别进行过滤和控制输出的详细程度。通过使用Logger，开发者可以更好地追踪应用程序的运行状态、排查问题和进行性能分析。

Trace（跟踪）是一种用于记录应用程序执行路径和性能信息的工具。它可以记录应用程序中不同部分的执行时间、函数调用关系、资源使用情况等。Trace通常用于性能分析和优化，可以帮助开发者找出应用程序中的瓶颈和性能问题。通过使用Trace，开发者可以了解应用程序的执行流程和资源消耗情况，从而进行性能优化和改进。

4.6 Migrator

Migrator是一个术语，通常指的是迁移工具或迁移器。在计算机科学和软件开发领域，迁移是指将数据、应用程序或系统从一个环境或平台迁移到另一个环境或平台的过程。

迁移工具或迁移器（Migrator）是一种软件工具，用于自动化和简化迁移过程。它们可以帮助开发人员和系统管理员将数据、应用程序或系统从一个操作系统、数据库、编程语言或硬件平台迁移到另一个操作系统、数据库、编程语言或硬件平台。

迁移工具通常提供一系列功能和功能，例如数据转换、代码转换、自动化脚本生成、错误检测和修复等。它们可以大大减少手动迁移的工作量和错误，并提高迁移过程的效率和准确性。

常见的迁移工具包括数据库迁移工具、应用程序迁移工具、操作系统迁移工具等。它们可以用于不同的迁移场景，例如将应用程序从一个服务器迁移到另一个服务器，将数据库从一个平台迁移到另一个平台，或将操作系统从一个计算机迁移到另一个计算机。

4.7 Gen代码生成/Raw sQL

Gen代码生成是指使用代码生成工具（例如Gen）自动生成程序代码的过程。这些工具通常根据预定义的模板和规则，根据输入的配置或元数据生成代码。代码生成可以帮助开发人员快速生成重复性的代码，提高开发效率和代码质量。

代码生成工具通常支持多种编程语言和框架，可以生成各种类型的代码，例如实体类、数据访问层、服务层、API接口等。开发人员可以通过配置生成工具，指定要生成的代码类型、属性和关系，然后工具会根据这些配置生成相应的代码文件。

代码生成工具还可以根据数据库模式自动生成数据库访问层的代码，包括数据表、视图、存储过程和查询语句等。这样可以减少手动编写数据库访问代码的工作量，并确保生成的代码与数据库模式保持同步。

Raw SQL（原始SQL）是指直接使用SQL语句来操作数据库，而不是通过ORM（对象关系映射）工具或其他抽象层来访问数据库。使用原始SQL可以直接控制数据库操作，编写复杂的查询语句和存储过程等。原始SQL通常用于需要对数据库进行高级操作或性能优化的场景。

4.8安全问题

SQL注入：如果在构建查询语句时直接拼接用户输入的数据，而不使用参数化查询或预编译的方式，就容易导致SQL注入攻击。攻击者可以通过在用户输入中插入恶意的SQL代码来执行非授权的数据库操作。为了避免SQL注入，应始终使用参数化查询或预编译的方式来构建查询语句，而不是直接拼接用户输入。
跨站脚本攻击（XSS）：如果在从数据库中检索的数据中包含恶意的脚本代码，并且在前端页面中未进行适当的转义或过滤，就容易导致跨站脚本攻击。攻击者可以通过在用户输入中插入恶意的脚本代码来盗取用户的敏感信息或执行其他恶意操作。为了防止XSS攻击，应该在前端页面中对从数据库中检索的数据进行适当的转义或过滤，以确保不会被解释为脚本代码。
认证和授权问题：GORM本身并不提供认证和授权机制，因此在使用GORM进行数据库操作时，需要确保在应用程序中正确实现认证和授权。这包括验证用户身份、检查用户权限、保护敏感数据等。如果未正确实现认证和授权，攻击者可能能够绕过访问控制，执行未经授权的数据库操作。
数据验证：在使用GORM进行数据库操作之前，应该对用户输入的数据进行验证，以确保数据的完整性和有效性。如果未对用户输入的数据进行验证，就可能导致插入无效或恶意数据到数据库中，从而影响数据的一致性和可靠性。

DATABASE/SQL与GORM 设计与实践小学习｜ 青训营