LINQ之路（2）：LINQ to SQL本质

在前面一篇文章中回顾了LINQ基本语法规则，在本文将介绍LINQ to SQL的本质。LINQ to SQL是microsoft针对SQL Server的一个ORM的解决方案。既然是ORM，那对象（Object）、关系数据（Relation）和映射（Mapping）这三个组成要素是不可或缺的。本文将分为对象和关系数据的映射、从查询表达式到SQL的转换和DataContext数据上下文三个部分来说明。

1.对象和关系数据的映射

通过定义对象和关系数据的映射关系，我们可以以面向对象的方式来处理关系数据。通常，定义对象和关系数据的映射有两种方式：一是自定义特性，二是XML描述。前者是通过自定义一些描述关系数据结构的Attribute来修饰类，从而建立映射关系，而后者则是通过XML来描述这种映射关系。在LINQ to SQL中，为了简化工作，微软为我们提供了非常好用的工具SqlMetal，利用它，我们可以为 LINQ to SQL 的 .NET Framework 组件生成代码和映射。例如，我们可以利用

C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio 11.0\VC>SqlMetal /conn:"server=.;

database=IT_Company_New;UID=sa;Password=123456" /language:csharp /namespace:jell

o.test /code:d:\CompanyDataContext.cs

来生成数据上下文代码，我们也可以利用

C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio 11.0\VC>SqlMetal /conn:"server=.;

database=IT_Company_New;UID=sa;Password=123456" /dbml:d:\IT_Company_new.dbml

来生成中间数据库标记语言(.dbml)文件。

其实，这也是LINQ to SQL设计器采取的方式。

通过LINQ to SQL设计器将会为我们生成一下三个文件：

.dbml文件：中间数据库标记语言文件，描述映射，由SqlMetal生成
.dbml.layout文件：设计器界面布局文件，描述组件位置
.designer.cs文件：生成代码部分，由SqlMetal生成

这里详细介绍下生成的代码，代码大致分为两个部分：数据上下文和表对象。数据上下文对应数据库，表对象。数据上下文继承自System.Data.Linq.DataContext，表对象继承自INotifyPropertyChanging, INotifyPropertyChanged。数据上下文采用AttributeMappingSource来指定映射方式，除了AttributeMappingSource方式还可以采用XmlMappingSource，使用DatabaseAttribute修饰以映射数据库，表对象使用TableAttribute修饰以映射表。数据上下文包含表对应的Table属性以及一些CURD可扩展性方法定义，表对象包含由表字段生成的属性（由ColumnAttribute和AssociationAttribute修饰以映射表字段）以及一些OnLoaded、OnValidate、OnCreated、On×××Changing和On×××Changed可扩展性方法定义。数据上下文可能还会包含存储过程及自定义函数的实现。数据上下文默认采用AttributeMappingSource来指定映射方式，相关的Attribute可参见MSDN。

2.将查询表达式转换为SQL

var query = from student in _dataContext.T_Student

			where student.Age < 20

			select student;

foreach (var student in query)

{

	Console.WriteLine(student.Name);

}

上面的查询表达式可以从数据库中检索出年龄小于20岁的学生。那么它是如何工作的呢？

这和我们上一篇中的写法几乎完全一样，唯一的区别是上一篇中数据源是IEnumerable或List类型的，它们继承自IEnumerable接口，而这里的数据源是Table类型的，它继承自IQueryable接口，而IQueryable继承自IQueryable，IQueryable又继承自IEnumable接口，这里真正起作用的是IQueryable接口，定义如下：

public interface IQueryable : IEnumerable

{

	Type ElementType { get; }

	Expression Expression { get; }

	IQueryProvider Provider { get; }

}

包含三个属性：

ElementType：包含元素类型

Expression：要执行的操作的Expression

Provider：实现了IQueryProvider接口的Provider

再来看下IQueryProvider接口定义：

public interface IQueryProvider

{

    IQueryable CreateQuery(Expression expression);

    IQueryable<TElement> CreateQuery<TElement>(Expression expression);

    object Execute(Expression expression);

    TResult Execute<TResult>(Expression expression);

}

包含四个方法，CreateQuery和Execute分别一个泛型和一个非泛型方法。

CreateQuery：构造一个IQueryable或IQueryable对象,该对象可计算指定表达式目录树所所示的查询。
Execute：执行指定表达式目录树所表示的查询。

通过这种接口的设计，IQueryable允许我们创建支持其它非SQL Server数据库的实现。Provider将借助于IQueryable所提供的种种信息把查询语句转换为另一种方式，转换的实际操作将由CreateQuery方法实现，随后转换的结果将由Execute方法使用。

LINQ使用哪种方式进行转换，取决于数据源类型。若数据源未实现IQueryable或IQueryable接口而实现了IEnumerable或IEnumerable接口，则一般是通过是Enumerable的扩展方法转换成在内存中的操作的，而若实现了IQueryable或IQueryable接口，则一般是通过Queryable的扩展方法转换成表达式目录树。下面以一个简单的例子来说明它的转换流程：

var query = from student in _dataContext.T_Student

            where student.Age < 22

            let Len = student.Name.Length

            orderby Len

            select student;

foreach (var student in query)

{

     Console.WriteLine(student.Name);

}

步骤如下：

1.查询表达式转换为扩展方法：

var query = _dataContext.T_Student.Where(student => student.Age < 22)

            .Select(student => new { Len = student.Name.Length, student = student })

            .OrderBy(student => student.Len)

            .Select(student => new

            {

                ID = student.student.ID,

                Name = student.student.Name,

                Age = student.student.Age,

                ClassID = student.student.ClassID

            });

2.生成表达式目录树，通过调用Queryable一系列的扩展方法构造IQueryable对象。在扩展方法中通过source.Provider.CreateQuery方法来构造当前表达式目录树。如下图所示：

3.在进行迭代等真正获取数据操作中调用source.Provider.Execute方法来执行表达式以获取结果。这个过程比较复杂，在Execute方法中，.net framework是通过ExpressionVisitor类以Visitor模式方式来将表达式目录树解析，根据AttributeMapping或XmlMapping映射规则生成如下SQL，然后执行该SQL。

SELECT [t1].[ID], [t1].[Name], [t1].[Age], [t1].[ClassID]

FROM (

    SELECT LEN([t0].[Name]) AS [value], [t0].[ID], [t0].[Name], [t0].[Age], [t0].[ClassID]

    FROM [dbo].[T_Student] AS [t0]

    ) AS [t1]

WHERE [t1].[Age] < @p0

ORDER BY [t1].[value]

3.DataContext数据上下文

在LINQ to SQL中，DataContext是一个不能不说的东东。它拥有这么几个功能:管理业务实体、管理数据库连接、数据库映射、查询转换、对象标识和跟踪变化。在DataContext中维护着Table这些业务实体，可以很方便地这些业务实体进行操作。对于数据库连接的管理，DataContext是通过IProvider凭借IConnectionManager来进行管理的。LINQ to SQL默认使用的AttributeMapping来进行数据库映射的，通过DatabaseAttribute映射某一具体数据库，通过TableAttribute映射表，通过ColumnAttribute映射表字段。DataContext是通过借助于Table来实现将查询表达式转换为SQL的。DataContext通过CommonDataServices进行对象标识和变化跟踪的，在CommonDataServices对象中有IdentityManager和ChangeTracker两个属性，前者用于对象标识，后者用于变化跟踪。

每次查询数据库时，DataContext都会使用IdentityManager来判断是否已有某个对象的缓存，若已缓存则DataContext从内部缓存中获取。

在修改业务实体时，DataContext将会使用ChangeTracker同时保留修改前后的两个值，当提交修改过的记录时才会向数据库发出请求。