什么是Entity Framework

在.NET 3.5之前，开发者通常使用ADO.NET获取或保存数据到底层数据库中。即通过ADO.NET连接到数据库，然后使用DateSet对象与数据库交互。这是一个麻烦且容易出错的处理过程，为了解决这个问题，微软提供了Entity Framework的开源框架，处理程序与数据库相关的操作。

EF是一个开源的ORM框架，开发者使用DO（Domain Object）来处理数据，而不需要关注数据库中表和列。使用EF相对于传统的应用程序，开发者可以用更少的代码，在更高的层次处理数据，以及创建和维护面向数据的应用。

官方定义

Entity Framework is an object-relational mapper (O/RM) that enables .NET developers to work with a database using .NET objects. It eliminates the need for most of the data-access code that developers usually need to write.

EF是一个ORM,让开发者使用.NET对象操作数据库。它解决了开发者需要编写大量数据访问代码的疼点。

下图说明了EF在应用中的位置：

EF在App中的位置

从上图可知，EF在业务层(Domain classes)和数据库之间，它保存DO对象属性中的数据，同时也能从数据库中检索数据，然后自动转换为DO对象。

EF特征

• Cross-platform: EF Core 是跨平台的框架，可以运行在Windows,Linux和Mac上。
• 实体模型：EF创建一个基于POCO(普通CLR对象)对象的EDM(Entity Data Model 实体数据模型)，使用这个模型可以查询和保存实体数据到底层数据库。
• 查询：EF可以使用LINQ去获取数据库中的数据，database provider将转换LINQ语句到特定的数据库语言。EF也可使用原生的SQL语句。
• 变更跟踪 Change Tracking：EF会跟踪这个实体状态的更改。
• 保存 当调用SaveChanges()方法，EF会根据实体的变更执行insert，update，delete等命令。EF也提供了一个异步保存方法SaveChangeAsync()。
• 并发：EF默认使用Optimistic Concurrency来保护其他用户的变更覆盖。
• 事务：当查询或保存数据时，EF自动执行事务管理。它也提供了自定义事务处理。
• 缓存：EF提供了缓存机制，所以，重复的查询将返回缓存中的数据，而不是去访问数据库。
• 配置：EF是可配置的，并包含了默认配置规则集合，用户可使用注释特征或Fluent API去配置EF模型。
• 迁移：EF提供了迁移命令集合，可在NuGet包管理器控制台或CLI上，执行创建或管理数据库方案。

EF版本

微软在2008年伴随.NET Framework 3.5一起发布了EF。从哪以后，微软又发布了很多的EF版本。到目前为止，最新的EF版本有两个：EF 6 和 EF Core。下表列举了EF6和EF Core的不同之处：

EF 6 的历史版本

EF Core 历史版本

EF 基本工作流程

下图说明了EF基本的CRUD工作流：

EF工作流程

1. 首先，定义模型，包括领域类，context类（继承自DbContext），配置信息。EF是基于这些模型对象执行CRUD操作的。
2. 插入数据时，添加领域对象到context中，调用SaveChanges()方法，EF API会构建并执行一个合适Insert语句。
3. 读取数据时，执行Linq-to-Entities查询语句，EF API将其转化为对应数据库的SQL查询语句并执行它，结果将转化为DO对象。
4. 当context中更新或删除对象时，调用SaveChanges()方法，EF API会构建并执行合适的Update或Delete语句。

EF工作原理

EF API(EF 6 & EF Core)具有这些能力，包括：

• 将DO(领域模型对象)映射到数据库集合
• 翻译并执行Linq语句
• 跟踪实体在其生命周期变更，以及保存实体的变更

EF API的首要任务是构建Entity Data Model(EDM)，EDM在内存中的结构可以用来表示：概念模型，存储模型以及者两者两者之间的映射。

Conceptual Model 概念模型由EF通过你定义的领域模型，context和配置生成的。

Storage Model EF从数据库集合中生成存储模型。在code-first方案中，存储模型是由概念模型推断出来的。在database-first方案中，它是从数据库中推断出来的。

Mappings 映射信息包含了概念模型和存储模型之间的映射。

EF通过EDM执行CRUD操作。它通过EDM从Linq语句中构建SQL，以及将执行结果转变为实体对象。

EF 总体架构

下图展示了EF的总体架构

ef框架架构

我们分别看看架构中的组件

EDM(Entity Data Model)：EDM由概念模型，映射和存储模型三部分构成（见上文）。

Linq to Entities：L2E是一个针对对象模型编写的查询语言，它返回定义在概念模型中的实体。

Entity SQL：Entity SQL是以一种查询语言有点像L2E，但是只能运行在EF6中。相对于L2E，Entity SQL稍难，而且需要开发者单独学习。

Object Service：Object Service是访问数据库的主要入口点。它负责将下一层返回的数据转换为实体对象的结构。

Entity Client Data Provider：这一次主要负责将Linq语句转化为数据的SQL语句，它与ADO.Net进行通信，ADO.Net又向数据库发送或检索数据。

ADO.Net Data Provider：这一层使用标准的ADO.Net库与数据库通讯。

Context类

在EF中context非常重要，它类继承自DbContext，它表示一个与数据库的会话。下面的代码是context类的示例：

public class SchoolContext:DbConext{
    public SchoolContext(){

    }

    public DbSet<Student> Students {get;set;}
    public DbSet<StudentAddress> StudentAddresses {get;set;}
    public DbSet<Grade> Grades {get;set;}
}

上面的示例中，SchoolContext继承自DbContext，使得他成为了一个context类。它包含了Student，StudentAddress以及Grade的实体集合。

context类用于从数据库中查询或保存数据。也可以用来配置领域模型，数据库关系映射，变更追踪变更设置，缓存，事务等。

EF中的实体

EF中的实体是应用程序的领域类，他被包含在context类的DbSet<TEntity>类型属性中。EF API将TEntity映射到数据库中的表，TEntity的属性映射为表中的列。比如，在school应用程序中，Student，StudentAddress和Grade的领域模型如下：

public class Student{
    public int StudentID {get;set;}
    public string StudentName {get;set;}
    public DateTime? DateOfBirth {get;set;}
    public byte[] Photo {get;set;}
    public decimal Height {get; set}
    public float Weight {get; set}

    //引用导航属性
    public StudentAddress StudentAddress {get; set;}
    public Grade Grade {get; set;}
}

public partial class StudentAddress{
    public int StudentID { get; set; }
    public string Address1 { get; set; }
    public string Address2 { get; set; }
    public string City { get; set; }
    public string State { get; set; }

    //引用导航属性
    public Student Student { get; set; }
}

public class Grade
{
    public int GradeId { get; set; }
    public string GradeName { get; set; }
    public string Section { get; set; }

    //集合导航属性
    public ICollection<Student> Students { get; set; }
}

当他们包含在context类中的DbSet<TEntity>属性中时，它们就是实体。而Students, StudentAddresses和Grades被称为实体集。

实体包含两种类型的属性：标量属性(Scalar Properties)和导航属性(Navigation Properties)。基本类型的属性称为标量属性，标量属性存储实际的数据，标量属性映射到数据中表的列。导航属性表示该属性关联到另一个实体，这里又有两种类型的导航属性：引用导航和集合导航。

• 引用导航属性表示，一个实体的属性的类型是另一个实体类型。
• 集合导航属性表示，实体属性的类型是集合类型。

EF中实体的类型

EF中有两种实体类型：POCO实体和动态代理实体（Dynamic Proxy Entity）。

• POCO实体：POCO就是一个基本类，不依赖任何框架，EF 6和EF Core都支持POCO实体。POCO实体通过EDM生成实体类型，支持CRUD操作。
• 动态代理（POCO Proxy）是运行时的代理类，它包裹了POCO实体，动态代理实体可以lazy loading。动态代理类只支持EF6（EF Core 2.0 不支持该类型）。

实体的状态

EF API维护实体的状态。context类执行实体操作时，会影响实体的状态。实体的状态用枚举来表示，EF 6中是System.Data.Entity.EntityState枚举类型，而EF Core中是Microsoft.EntityFrameworkCore.EntityState枚举类型。他们有如下的枚举值：

1. Added 执行insert命令
2. Modified 执行update命令
3. Deleted 执行delete命令
4. Unchanged 无任何改变
5. Detached 不追踪实体的状态

context不仅保存所有实体的引用（从数据库中获取），而且还能追踪和维护实体的状态（这个功能叫变更追踪）。context仅会自动处理实体从Unchanged状态到Modified状态。其他状态的改变必须使用明确的DbContext或DbSet方法。在调用context.SaveChanges()方法时，EF API是基于实体的state创建和执行增删改语句的。

开发模式

EF有三种不同的模式供开发者选择：

1. Database-First
2. Code-First
3. Model-First

在数据库优先模式中，可以使用Visual Studio集成EDM向导或执行EF命令来存在的数据库生成context和实体。EF 6对该中模式支持的非常好，EF Core也提供了有限的支持。

当应用程序还没有数据库时，可以使用代码优先模式。在这种模式下，需要先写DO和context，然后使用迁移命令创建数据库。开发者如果遵循领域驱动设计（Domain-Driven Design DDD）原则，喜欢先编写领域模型然后在生成数据库。EF 6和EF Core都支持这种模式。

模型优先模式下，Visual Studio中集成了的Visual Designer工具，可以在上面创建实体，关系和继承层次结构，然后生成实体，context和数据库脚本。这种方式仅EF 6支持。

EF中的持久方式

当使用EF保存实体到数据库中时，有两种场景供选择:连接场景和非连接场景。

连接场景

在连接场景下，检索和保存实体都是使用的同一个context对象，这样，它可以在对象的生命周期中保持对其状态的追踪。这种场景常常用在Windows应用程序或数据库在本地的情况。

连接场景

上图可以看到，检索和保存都是使用的同一个context对象。这项做的好处是，执行效率高，context对象保持对实体状态的跟踪。缺点是需要对数据库保持长连接，比较耗资源。

非连接场景

检索和保存使用不同的context对象，使用完后context对象会被自动释放。

非连接场景

非连接场景要相对复杂些，因为context对象不能追踪实体的状态，所以开发者在调用SaveChanges()方法前，必须要设置实体的状态。在上图中，程序使用context1检索数据，使用context2执行CUD操作。这种模式常用在web应用程序或远程数据库的情况。优点，使用较少的资源，不需要长连接。缺点，在保存数据之前需要设置实体的状态，执行效率稍慢。