Introdução à persistência de dados com o Hibernate

Atualmente, a maioria das aplicações utiliza uma linguagem orientada a objetos na construção do software, e um banco de dados relacional para a persistência – armazenamento – dos dados. Mesmo que haja outras soluções, esta ainda é a mais utilizada e, infelizmente, ela precisa lidar com o que é comumente chamado diferença de impedância entre o modelo de objetos e o modelo relacional. Esta diferença existe porque o paradigma orientado a objetos baseia-se em princípios de engenharia de software, enquanto o paradigma relacional baseia-se em princípios matemáticos – a álgebra relacional. Para juntar os dois modelos em uma aplicação é necessário entendê-los e conhecer suas diferenças. E, principalmente, é fundamental entender o processo de mapear objetos para o modelo relacional e como implementar esse mapeamento. A técnica de mapear uma representação de dados de um modelo de objetos para um modelo relacional é chamada Mapeamento Objeto-Relacional (ORM), que será mais amplamente discutida na próxima seção. Em projetos de desenvolvimento atuais, cada vez mais complexos, isso pode se tornar uma tarefa pesada e exigir muito tempo do programador.

O padrão Enterprise JavaBeans (EJB) de Java 2 Enterprise Edition (J2EE) já apresentava mecanismos de persistência baseados em contêineres ou baseados em beans, nas classes chamadas entity beans. No entanto essa proposta ainda sofria em certo grau com o descompasso entre modelo relacional e o modelo orientado a objetos.

Como uma alternativa ao modelo proposto pelo EJB2, surgiu o Hibernate – um framework de Mapeamento Objeto-Relacional. Seu objetivo era oferecer uma capacidade de persistência melhor e mais simples do que o proposto pelo EJB2. Em razão de ser uma solução simples, prática e de código aberto, logo o Hibernate se popularizou, tornando-se “de fato” o padrão de persistência em Java.

Uma consequência do sucesso do Hibernate como solução em ORM foi a participação ativa de Gavin King – o criador da ferramenta – no comitê da Java Specification Requests (JSR) 220. A JSR 220 descreve uma padronização de ORM, chamada Java Persistence API (JPA), que foi incluída na versão 3 do EJB. A especificação da JPA passou a ser implementada no Hibernate a partir da versão 3 do framework.

Este artigo está divido em duas partes. Na primeira estudaremos os conceitos relacionados ao Hibernate, sua arquitetura e uma introdução à configuração das opções disponíveis para o mapeamento objeto-relacional. A aplicação prática do que será apresentado aqui deixaremos para a segunda parte da matéria.

Mapeamento Objeto-Relacional

De uma maneira bem simples, pode-se afirmar que Mapeamento Objeto-Relacional é a persistência, ou seja, o armazenamento de objetos criados em uma aplicação, para tabelas em um banco de dados relacional, usando metadados que descrevem tal mapeamento. Metadados são dados que descrevem outros dados, e serão estudados com mais detalhes em uma próxima seção. Essencialmente, o ORM trabalha convertendo dados que estão representados como objetos na aplicação, para a representação de tabelas em bancos de dados relacionais, e vice-versa. Ou seja, além de persistir os objetos na forma de tabelas, ele também recupera os dados convertendo-os em objetos. Uma solução de persistência deve ser automática e transparente. Transparente no sentido de que as classes persistentes não devem saber da existência e nem depender do mecanismo de persistência. Automática porque a solução de persistência deve liberar o desenvolvedor de ter que lidar com detalhes tais como, escrever comandos SQL e trabalhar com a API JDBC.

Para entender mais facilmente o ORM, iniciaremos falando sobre o mapeamento de propriedade, que consiste no mapeamento de um atributo de uma classe para uma coluna de uma tabela. Um atributo pode ser mapeado para zero ou mais colunas em um banco de dados relacional. Vejamos um exemplo para esclarecer a afirmação anterior. Se um atributo é resultado de cálculo dentro da aplicação – tal como a média de um objeto Aluno – ele não precisa ser salvo no banco de dados, portanto não é necessário que seja mapeado. Por sua vez, os atributos nome e cpf de Aluno precisam ser mapeados, e neste caso o mapeamento é de um atributo para uma coluna. E se um atributo é outro objeto – tal como o objeto Endereco de Aluno – isso seria uma associação entre classes que necessita ser mapeada. Então os atributos do objeto Endereco precisariam ser mapeados, o que nos leva à definição de que um atributo será mapeado para zero ou mais colunas do banco de dados.

No modelo de objetos uma classe pode se relacionar com outra através de associação e agregação. A multiplicidade desses relacionamentos pode ser 1:1 (um para um), 1:N (um para muitos), N:1 (muitos para um) ou N:M (muitos para muitos). Na Figura 1 pode ser observado um exemplo que contempla as multiplicidades acima. O diagrama usa a notação UML (Unified Modeling Language), uma linguagem padrão para modelagem orientada a objetos. Pode-se notar que o relacionamento entre Cliente e Endereco é 1:1, entre Cliente e Compra é 1:N e entre Compra e Produto é N:M. Genericamente falando, em UML, o asterisco é o mesmo que N (muitos).

Similarmente, as tabelas no modelo relacional se relacionam usando as mesmas cardinalidades. Os relacionamentos no modelo de objetos são implementados através de referências, e no modelo de dados são realizados através de associações de chaves estrangeiras.

A estratégia mais simples de mapeamento de classes para tabelas é de uma tabela para cada classe persistente. É uma abordagem que funciona bem até que nos deparemos com a necessidade de mapear herança.

No modelo de objetos é possível modelar tanto o relacionamento “tem um” (associação) quanto o relacionamento “é um” (herança). Já no modelo relacional existe apenas o relacionamento “tem um”. Como os SGBDs não suportam herança de tipos, o mapeamento não é tão simples e existem estratégias diferentes para representar uma hierarquia, das quais as três mais simples serão apresentadas a seguir. Para um melhor entendimento, usaremos a hierarquia mostrada na Figura 2, onde Pessoa é uma classe abstrata. Isto é, Pessoa é uma classe que não pode ser instanciada.

• Mapear toda a hierarquia para uma única tabela – todos os atributos das classes são mapeados para uma só tabela. No caso da Figura 2, será criada a tabela Pessoa. A tabela terá os atributos nome, volumeCompras e salario, além de id para chave primária, e tipoPessoa, que serve para indicar o tipo de objeto que a linha da tabela representa;
• Mapear cada classe concreta da hierarquia para sua própria tabela – cada tabela irá conter, além dos atributos implementados pela classe, aqueles atributos que são herdados. Nesta estratégia serão criadas as tabelas Cliente e Empregado, e ambas devem ter o atributo herdado nome, além dos seus próprios atributos e do id;
• Mapear cada classe para sua própria tabela – serão criadas três tabela: Pessoa, Cliente e Empregado. Nesse caso, os dados do cliente estarão em duas tabelas: Cliente e Pessoa. Para recuperar os dados de um cliente é necessário fazer uma junção (join) entre as duas tabelas. Usa-se, por exemplo, id como chave primária em todas as tabelas. Mas nas tabelas Cliente e Empregado, id também é chave estrangeira, para manter o relacionamento com Pessoa.

A partir da próxima seção será mostrado como o Hibernate é organizado e como configurá-lo para que ele realize o mapeamento objeto-relacional.

Arquitetura do Hibernate

Segundo o padrão ISO/IEEE 1471-2000, arquitetura de software é a organização fundamental de um sistema incorporada em seus componentes, seus relacionamentos com outros sistemas, e os princípios que conduzem o seu desenho e sua evolução. E isto é o que será apresentado nesta seção: os componentes do Hibernate e seus relacionamentos.

Na Figura 3 é mostrada uma visão em alto nível da arquitetura do Hibernate. Como é possível observar, o framework é uma camada entre a aplicação Java e o banco de dados, utilizando configurações para fornecer o serviço de persistência. No entanto, o framework de ORM é flexível o suficiente para suportar diferentes abordagens (várias arquiteturas), ou seja, seus componentes podem ser combinados de várias maneiras, de forma a atender necessidades específicas de cada problema. A seguir é apresentada a abordagem mais simples de utilização do Hibernate, que a documentação oficial chama de arquitetura “mínima”.

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