源码学习之MyBatis的底层查询原理

京东技术

发布于 2022-06-24 18:40:33

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发布于 2022-06-24 18:40:33

Tech 导读本文通过MyBatis一个低版本的bug（3.4.5之前的版本）入手，分析MyBatis的一次完整的查询流程，从配置文件的解析到一个查询的完整执行过程详细解读MyBatis的一次查询流程，通过本文可以详细了解MyBatis的一次查询过程。在平时的代码编写中，发现了MyBatis一个低版本的bug（3.4.5之前的版本），由于现在很多工程中的版本都是低于3.4.5的，因此在这里用一个简单的例子复现问题，并且从源码角度分析MyBatis一次查询的流程，让大家了解MyBatis的查询原理

问题现象

在今年的敏捷团队建设中，我通过Suite执行器实现了一键自动化单元测试。Juint除了Suite执行器还有哪些执行器呢？由此我的Runner探索之旅开始了！

1.1 场景问题复现

如下图所示，在示例Mapper中，下面提供了一个方法queryStudents,从student表中查询出符合查询条件的数据，入参可以为student_name或者student_name的集合，示例中参数只传入的是studentName的List集合

 List<String> studentNames = new LinkedList<>(); studentNames.add("lct"); studentNames.add("lct2"); condition.setStudentNames(studentNames);

  <select id="queryStudents" parameterType="mybatis.StudentCondition" resultMap="resultMap">
        select * from student        <where>            <if test="studentNames != null and studentNames.size > 0 ">                AND student_name IN                <foreach collection="studentNames" item="studentName" open="(" separator="," close=")">                    #{studentName, jdbcType=VARCHAR}                </foreach>            </if>
            <if test="studentName != null and studentName != '' ">                AND student_name = #{studentName, jdbcType=VARCHAR}            </if>        </where>    </select>

期望运行的结果是

select * from student WHERE student_name IN ( 'lct' , 'lct2' )

但是实际上运行的结果是

==> Preparing: select * from student WHERE student_name IN ( ? , ? ) AND student_name = ?

==> Parameters: lct(String), lct2(String), lct2(String)

<== Columns: id, student_name, age

<== Row: 2, lct2, 2

<== Total: 1

通过运行结果可以看到，没有给student_name单独赋值，但是经过MyBatis解析以后，单独给student_name赋值了一个值，可以推断出MyBatis在解析SQL并对变量赋值的时候是有问题的，初步猜测是foreach循环中的变量的值带到了foreach外边，导致SQL解析出现异常，下面通过源码进行分析验证

MyBatis查询原理

理解，首先 MCube 会依据模板缓存状态判断是否需要网络获取最新模板，当获取到模板后进行模板加载，加载阶段会将产物转换为视图树的结构，转换完成后将通过表达式引擎解析表达式并取得正确的值，通过事件解析引擎解析用户自定义事件并完成事件的绑定，完成解析赋值以及事件绑定后进行视图的渲染，最终将目标页面展示到屏幕。

2.1 MyBatis架构

2.1.1 架构图

先简单来看看MyBatis整体上的架构模型，从整体上看MyBatis主要分为四大模块:

接口层：主要作用就是和数据库打交道

数据处理层：数据处理层可以说是MyBatis的核心，它要完成两个功能：

通过传入参数构建动态SQL语句；
SQL语句的执行以及封装查询结果集成List<E>

框架支撑层：主要有事务管理、连接池管理、缓存机制和SQL语句的配置方式

引导层：引导层是配置和启动MyBatis 配置信息的方式。MyBatis 提供两种方式来引导MyBatis ：基于XML配置文件的方式和基于Java API 的方式

2.1.2 MyBatis四大对象

贯穿MyBatis整个框架的有四大核心对象，ParameterHandler、ResultSetHandler、StatementHandler和Executor，四大对象贯穿了整个框架的执行过程，四大对象的主要作用为：

ParameterHandler：设置预编译参数
ResultSetHandler：处理SQL的返回结果集
StatementHandler：处理sql语句预编译，设置参数等相关工作
Executor：MyBatis的执行器，用于执行增删改查操作

2.2 从源码解读MyBatis的一次查询过程

首先给出复现问题的代码以及相应的准备过程

2.2.1 数据准备

CREATE TABLE `student`  (  `id` bigint(20) NOT NULL AUTO_INCREMENT,  `student_name` varchar(255) NULL DEFAULT NULL,  `age` int(11) NULL DEFAULT NULL,  PRIMARY KEY (`id`) USING BTREE) ENGINE = InnoDB AUTO_INCREMENT = 1;
-- ------------------------------ Records of student-- ----------------------------INSERT INTO `student` VALUES (1, 'lct', 1);INSERT INTO `student` VALUES (2, 'lct2', 2);

2.2.2 代码准备

1.mapper配置文件

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?><!DOCTYPE mapper PUBLIC "-//mybatis.org//DTD Mapper 3.0//EN" "http://mybatis.org/dtd/mybatis-3-mapper.dtd" >
<mapper namespace="mybatis.StudentDao">    <!-- 映射关系 -->    <resultMap id="resultMap" type="mybatis.Student">        <id column="id" property="id" jdbcType="BIGINT" />        <result column="student_name" property="studentName" jdbcType="VARCHAR" />        <result column="age" property="age" jdbcType="INTEGER" />
    </resultMap>
    <select id="queryStudents" parameterType="mybatis.StudentCondition" resultMap="resultMap">
        select * from student        <where>            <if test="studentNames != null and studentNames.size > 0 ">                AND student_name IN                <foreach collection="studentNames" item="studentName" open="(" separator="," close=")">                    #{studentName, jdbcType=VARCHAR}                </foreach>            </if>
            <if test="studentName != null and studentName != '' ">                AND student_name = #{studentName, jdbcType=VARCHAR}            </if>        </where>    </select>
</mapper>

2.示例代码

public static void main(String[] args) throws IOException {        String resource = "mybatis-config.xml";        InputStream inputStream = Resources.getResourceAsStream(resource);        //1.获取SqlSessionFactory对象        SqlSessionFactory sqlSessionFactory = new SqlSessionFactoryBuilder().build(inputStream);        //2.获取对象        SqlSession sqlSession = sqlSessionFactory.openSession();        //3.获取接口的代理类对象        StudentDao mapper = sqlSession.getMapper(StudentDao.class);        StudentCondition condition = new StudentCondition();        List<String> studentNames = new LinkedList<>();        studentNames.add("lct");        studentNames.add("lct2");        condition.setStudentNames(studentNames);        //执行方法        List<Student> students = mapper.queryStudents(condition);    }

2.2.3 查询过程分析

1.SqlSessionFactory的构建

先看SqlSessionFactory的对象的创建过程

//1.获取SqlSessionFactory对象SqlSessionFactory sqlSessionFactory = new SqlSessionFactoryBuilder().build(inputStream);

代码中首先通过调用SqlSessionFactoryBuilder中的build方法来获取对象，进入build方法

 public SqlSessionFactory build(InputStream inputStream) {    return build(inputStream, null, null);  }

调用自身的build方法

图1 build方法自身调用调试图例

在这个方法里会创建一个XMLConfigBuilder的对象，用来解析传入的MyBatis的配置文件，然后调用parse方法进行解析

图2 parse解析入参调试图例

在这个方法中，会从MyBatis的配置文件的根目录中获取xml的内容，其中parser这个对象是一个XPathParser的对象，这个是专门用来解析xml文件的，具体怎么从xml文件中获取到各个节点这里不再进行讲解。这里可以看到解析配置文件是从configuration这个节点开始的，在MyBatis的配置文件中这个节点也是根节点

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8" ?><!DOCTYPE configuration        PUBLIC "-//mybatis.org//DTD Config 3.0//EN"        "http://mybatis.org/dtd/mybatis-3-config.dtd"><configuration>
    <properties>        <property name="dialect" value="MYSQL" />  <!-- SQL方言 -->    </properties>

然后将解析好的xml文件传入parseConfiguration方法中，在这个方法中会获取在配置文件中的各个节点的配置

图3 解析配置调试图例

以获取mappers节点的配置来看具体的解析过程

 <mappers>        <mapper resource="mappers/StudentMapper.xml"/>    </mappers>

进入mapperElement方法

mapperElement(root.evalNode("mappers"));

图4 mapperElement方法调试图例

看到MyBatis还是通过创建一个XMLMapperBuilder对象来对mappers节点进行解析，在parse方法中

public void parse() {  if (!configuration.isResourceLoaded(resource)) {    configurationElement(parser.evalNode("/mapper"));    configuration.addLoadedResource(resource);    bindMapperForNamespace();  }
  parsePendingResultMaps();  parsePendingCacheRefs();  parsePendingStatements();}

通过调用configurationElement方法来解析配置的每一个mapper文件

private void configurationElement(XNode context) {  try {    String namespace = context.getStringAttribute("namespace");    if (namespace == null || namespace.equals("")) {      throw new BuilderException("Mapper's namespace cannot be empty");    }    builderAssistant.setCurrentNamespace(namespace);    cacheRefElement(context.evalNode("cache-ref"));    cacheElement(context.evalNode("cache"));    parameterMapElement(context.evalNodes("/mapper/parameterMap"));    resultMapElements(context.evalNodes("/mapper/resultMap"));    sqlElement(context.evalNodes("/mapper/sql"));    buildStatementFromContext(context.evalNodes("select|insert|update|delete"));  } catch (Exception e) {    throw new BuilderException("Error parsing Mapper XML. Cause: " + e, e);  }}

以解析mapper中的增删改查的标签来看看是如何解析一个mapper文件的

进入buildStatementFromContext方法

private void buildStatementFromContext(List<XNode> list, String requiredDatabaseId) {  for (XNode context : list) {    final XMLStatementBuilder statementParser = new XMLStatementBuilder(configuration, builderAssistant, context, requiredDatabaseId);    try {      statementParser.parseStatementNode();    } catch (IncompleteElementException e) {      configuration.addIncompleteStatement(statementParser);    }  }}

可以看到MyBatis还是通过创建一个XMLStatementBuilder对象来对增删改查节点进行解析，通过调用这个对象的parseStatementNode方法，在这个方法里会获取到配置在这个标签下的所有配置信息，然后进行设置

图5 parseStatementNode方法调试图例

解析完成以后，通过方法addMappedStatement将所有的配置都添加到一个MappedStatement中去，然后再将mappedstatement添加到configuration中去

builderAssistant.addMappedStatement(id, sqlSource, statementType, sqlCommandType,    fetchSize, timeout, parameterMap, parameterTypeClass, resultMap, resultTypeClass,    resultSetTypeEnum, flushCache, useCache, resultOrdered,     keyGenerator, keyProperty, keyColumn, databaseId, langDriver, resultSets);

图6 增加解析完成的mapper方法调试图例

可以看到一个mappedstatement中包含了一个增删改查标签的详细信息

图7 mappedstatement对象方法调试图例

而一个configuration就包含了所有的配置信息，其中mapperRegistertry和mappedStatements

图8 config对象方法调试图例

具体的流程

图9 SqlSessionFactory对象的构建过程

2.SqlSession的创建过程

SqlSessionFactory创建完成以后，接下来看看SqlSession的创建过程

SqlSession sqlSession = sqlSessionFactory.openSession();

首先会调用DefaultSqlSessionFactory的openSessionFromDataSource方法

@Overridepublic SqlSession openSession() {  return openSessionFromDataSource(configuration.getDefaultExecutorType(), null, false);}

在这个方法中，首先会从configuration中获取DataSource等属性组成对象Environment，利用Environment内的属性构建一个事务对象TransactionFactory

private SqlSession openSessionFromDataSource(ExecutorType execType, TransactionIsolationLevel level, boolean autoCommit) {  Transaction tx = null;  try {    final Environment environment = configuration.getEnvironment();    final TransactionFactory transactionFactory = getTransactionFactoryFromEnvironment(environment);    tx = transactionFactory.newTransaction(environment.getDataSource(), level, autoCommit);    final Executor executor = configuration.newExecutor(tx, execType);    return new DefaultSqlSession(configuration, executor, autoCommit);  } catch (Exception e) {    closeTransaction(tx); // may have fetched a connection so lets call close()    throw ExceptionFactory.wrapException("Error opening session.  Cause: " + e, e);  } finally {    ErrorContext.instance().reset();  }}

事务创建完成以后开始创建Executor对象，Executor对象的创建是根据 executorType创建的，默认是SIMPLE类型的，没有配置的情况下创建了SimpleExecutor，如果开启二级缓存的话，则会创建CachingExecutor

public Executor newExecutor(Transaction transaction, ExecutorType executorType) {  executorType = executorType == null ? defaultExecutorType : executorType;  executorType = executorType == null ? ExecutorType.SIMPLE : executorType;  Executor executor;  if (ExecutorType.BATCH == executorType) {    executor = new BatchExecutor(this, transaction);  } else if (ExecutorType.REUSE == executorType) {    executor = new ReuseExecutor(this, transaction);  } else {    executor = new SimpleExecutor(this, transaction);  }  if (cacheEnabled) {    executor = new CachingExecutor(executor);  }  executor = (Executor) interceptorChain.pluginAll(executor);  return executor;}

创建executor以后，会执行executor = (Executor) interceptorChain.pluginAll(executor)方法，这个方法对应的含义是使用每一个拦截器包装并返回executor，最后调用DefaultSqlSession方法创建SqlSession

图10 SqlSession对象的创建过程

3.Mapper的获取过程

有了SqlSessionFactory和SqlSession以后，就需要获取对应的Mapper，并执行mapper中的方法

StudentDao mapper = sqlSession.getMapper(StudentDao.class);

在第一步中知道所有的mapper都放在MapperRegistry这个对象中，因此通过调用org.apache.ibatis.binding.MapperRegistry#getMapper方法来获取对应的mapper

public <T> T getMapper(Class<T> type, SqlSession sqlSession) {  final MapperProxyFactory<T> mapperProxyFactory = (MapperProxyFactory<T>) knownMappers.get(type);  if (mapperProxyFactory == null) {    throw new BindingException("Type " + type + " is not known to the MapperRegistry.");  }  try {    return mapperProxyFactory.newInstance(sqlSession);  } catch (Exception e) {    throw new BindingException("Error getting mapper instance. Cause: " + e, e);  }}

在MyBatis中，所有的mapper对应的都是一个代理类，获取到mapper对应的代理类以后执行newInstance方法，获取到对应的实例，这样就可以通过这个实例进行方法的调用

public class MapperProxyFactory<T> {
  private final Class<T> mapperInterface;  private final Map<Method, MapperMethod> methodCache = new ConcurrentHashMap<Method, MapperMethod>();
  public MapperProxyFactory(Class<T> mapperInterface) {    this.mapperInterface = mapperInterface;  }
  public Class<T> getMapperInterface() {    return mapperInterface;  }
  public Map<Method, MapperMethod> getMethodCache() {    return methodCache;  }
  @SuppressWarnings("unchecked")  protected T newInstance(MapperProxy<T> mapperProxy) {    return (T) Proxy.newProxyInstance(mapperInterface.getClassLoader(), new Class[] { mapperInterface }, mapperProxy);  }
  public T newInstance(SqlSession sqlSession) {    final MapperProxy<T> mapperProxy = new MapperProxy<T>(sqlSession, mapperInterface, methodCache);    return newInstance(mapperProxy);  }
}

获取mapper的流程为

图11 Mapper的获取过程

4.查询过程

获取到mapper以后，就可以调用具体的方法

//执行方法List<Student> students = mapper.queryStudents(condition);

首先会调用org.apache.ibatis.binding.MapperProxy#invoke的方法，在这个方法中，会调用org.apache.ibatis.binding.MapperMethod#execute

public Object execute(SqlSession sqlSession, Object[] args) {  Object result;  switch (command.getType()) {    case INSERT: {   Object param = method.convertArgsToSqlCommandParam(args);      result = rowCountResult(sqlSession.insert(command.getName(), param));      break;    }    case UPDATE: {      Object param = method.convertArgsToSqlCommandParam(args);      result = rowCountResult(sqlSession.update(command.getName(), param));      break;    }    case DELETE: {      Object param = method.convertArgsToSqlCommandParam(args);      result = rowCountResult(sqlSession.delete(command.getName(), param));      break;    }    case SELECT:      if (method.returnsVoid() && method.hasResultHandler()) {        executeWithResultHandler(sqlSession, args);        result = null;      } else if (method.returnsMany()) {        result = executeForMany(sqlSession, args);      } else if (method.returnsMap()) {        result = executeForMap(sqlSession, args);      } else if (method.returnsCursor()) {        result = executeForCursor(sqlSession, args);      } else {        Object param = method.convertArgsToSqlCommandParam(args);        result = sqlSession.selectOne(command.getName(), param);      }      break;    case FLUSH:      result = sqlSession.flushStatements();      break;    default:      throw new BindingException("Unknown execution method for: " + command.getName());  }  if (result == null && method.getReturnType().isPrimitive() && !method.returnsVoid()) {    throw new BindingException("Mapper method '" + command.getName()         + " attempted to return null from a method with a primitive return type (" + method.getReturnType() + ").");  }  return result;}

首先根据SQL的类型增删改查决定执行哪个方法，在此执行的是SELECT方法，在SELECT中根据方法的返回值类型决定执行哪个方法，可以看到在select中没有selectone单独方法，都是通过selectList方法，通过调用org.apache.ibatis.session.defaults.DefaultSqlSession#selectList(java.lang.String, java.lang.Object)方法来获取到数据

@Overridepublic <E> List<E> selectList(String statement, Object parameter, RowBounds rowBounds) {  try {    MappedStatement ms = configuration.getMappedStatement(statement);    return executor.query(ms, wrapCollection(parameter), rowBounds, Executor.NO_RESULT_HANDLER);  } catch (Exception e) {    throw ExceptionFactory.wrapException("Error querying database.  Cause: " + e, e);  } finally {    ErrorContext.instance().reset();  }}

在selectList中，首先从configuration对象中获取MappedStatement,在statement中包含了Mapper的相关信息，然后调用org.apache.ibatis.executor.CachingExecutor#query()方法

图12 query()方法调试图示

在这个方法中，首先对SQL进行解析根据入参和原始SQL，对SQL进行拼接

图13 SQL拼接过程代码图示

调用MapperedStatement里的getBoundSql最终解析出来的SQL为

图14 SQL拼接过程结果图示

接下来调用org.apache.ibatis.parsing.GenericTokenParser#parse对解析出来的SQL进行解析

图15 SQL解析过程图示

最终解析的结果为

图16 SQL解析结果图示

最后会调用SimpleExecutor中的doQuery方法，在这个方法中，会获取StatementHandler，然后调用org.apache.ibatis.executor.statement.PreparedStatementHandler#parameterize这个方法进行参数和SQL的处理，最后调用statement的execute方法获取到结果集，然后利用resultHandler对结进行处理

图17 SQL处理结果图示

查询的主要流程为

图18 查询流程处理图示

5.查询流程总结

总结整个查询流程如下

图19 查询流程抽象

2.3 场景问题原因及解决方案

2.3.1 个人排查

这个问bug出现的地方在于绑定SQL参数的时候再源码中位置为

 @Override public <E> List<E> query(MappedStatement ms, Object parameter, RowBounds rowBounds, ResultHandler resultHandler) throws SQLException {   BoundSql boundSql = ms.getBoundSql(parameter);   CacheKey key = createCacheKey(ms, parameter, rowBounds, boundSql);   return query(ms, parameter, rowBounds, resultHandler, key, boundSql);}

由于所写的SQL是一个动态绑定参数的SQL，因此最终会走到org.apache.ibatis.scripting.xmltags.DynamicSqlSource#getBoundSql这个方法中去

public BoundSql getBoundSql(Object parameterObject) {  BoundSql boundSql = sqlSource.getBoundSql(parameterObject);  List<ParameterMapping> parameterMappings = boundSql.getParameterMappings();  if (parameterMappings == null || parameterMappings.isEmpty()) {    boundSql = new BoundSql(configuration, boundSql.getSql(), parameterMap.getParameterMappings(), parameterObject);  }
  // check for nested result maps in parameter mappings (issue #30)  for (ParameterMapping pm : boundSql.getParameterMappings()) {    String rmId = pm.getResultMapId();    if (rmId != null) {      ResultMap rm = configuration.getResultMap(rmId);      if (rm != null) {        hasNestedResultMaps |= rm.hasNestedResultMaps();      }    }  }
  return boundSql;}

在这个方法中，会调用 rootSqlNode.apply(context)方法，由于这个标签是一个foreach标签，因此这个apply方法会调用到org.apache.ibatis.scripting.xmltags.ForEachSqlNode#apply这个方法中去

@Overridepublic boolean apply(DynamicContext context) {  Map<String, Object> bindings = context.getBindings();  final Iterable<?> iterable = evaluator.evaluateIterable(collectionExpression, bindings);  if (!iterable.iterator().hasNext()) {    return true;  }  boolean first = true;  applyOpen(context);  int i = 0;  for (Object o : iterable) {    DynamicContext oldContext = context;    if (first) {      context = new PrefixedContext(context, "");    } else if (separator != null) {      context = new PrefixedContext(context, separator);    } else {        context = new PrefixedContext(context, "");    }    int uniqueNumber = context.getUniqueNumber();    // Issue #709     if (o instanceof Map.Entry) {      @SuppressWarnings("unchecked")       Map.Entry<Object, Object> mapEntry = (Map.Entry<Object, Object>) o;      applyIndex(context, mapEntry.getKey(), uniqueNumber);      applyItem(context, mapEntry.getValue(), uniqueNumber);    } else {      applyIndex(context, i, uniqueNumber);      applyItem(context, o, uniqueNumber);    }    contents.apply(new FilteredDynamicContext(configuration, context, index, item, uniqueNumber));    if (first) {      first = !((PrefixedContext) context).isPrefixApplied();    }    context = oldContext;    i++;  }  applyClose(context);  return true;}

当调用appItm方法的时候将参数进行绑定，参数的变量问题都会存在bindings这个参数中区

private void applyItem(DynamicContext context, Object o, int i) {  if (item != null) {    context.bind(item, o);    context.bind(itemizeItem(item, i), o);  }}

进行绑定参数的时候，绑定完成foreach的方法的时候，可以看到bindings中不止绑定了foreach中的两个参数还额外有一个参数名字studentName->lct2,也就是说最后一个参数也是会出现在bindings这个参数中的，

private void applyItem(DynamicContext context, Object o, int i) {  if (item != null) {    context.bind(item, o);    context.bind(itemizeItem(item, i), o);  }}

图20 参数绑定过程

最后判定

org.apache.ibatis.scripting.xmltags.IfSqlNode#apply

@Overridepublic boolean apply(DynamicContext context) {  if (evaluator.evaluateBoolean(test, context.getBindings())) {    contents.apply(context);    return true;  }  return false;}

可以看到在调用evaluateBoolean方法的时候会把context.getBindings()就是前边提到的bindings参数传入进去，因为现在这个参数中有一个studentName,因此在使用Ognl表达式的时候，判定为这个if标签是有值的因此将这个标签进行了解析

图21 单个参数绑定过程

最终绑定的结果为

图22 全部参数绑定过程

因此这个地方绑定参数的地方是有问题的，至此找出了问题的所在。

2.3.2 官方解释

翻阅MyBatis官方文档进行求证，发现在3.4.5版本发行中bug fixes中有这样一句

图23 此问题官方修复github记录

修复了foreach版本中对于全局变量context的修改的bug

issue地址为https://github.com/mybatis/mybatis-3/pull/966

修复方案为https://github.com/mybatis/mybatis-3/pull/966/commits/84513f915a9dcb97fc1d602e0c06e11a1eef4d6a

可以看到官方给出的修改方案，重新定义了一个对象，分别存储全局变量和局部变量，这样就会解决foreach会改变全局变量的问题。

图24 此问题官方修复代码示例

2.3.3 修复方案

升级MyBatis版本至3.4.5以上
如果保持版本不变的话，在foreach中定义的变量名不要和外部的一致

源码阅读过程总结

MyBatis源代码的目录是比较清晰的，基本上每个相同功能的模块都在一起，但是如果直接去阅读源码的话，可能还是有一定的难度，没法理解它的运行过程，本次通过一个简单的查询流程从头到尾跟下来，可以看到MyBatis的设计以及处理流程，例如其中用到的设计模式：

图25 MyBatis代码结构图

组合模式：如ChooseSqlNode，IfSqlNode等
模板方法模式：例如BaseExecutor和SimpleExecutor，还有BaseTypeHandler和所有的子类例如IntegerTypeHandler
Builder模式：例如 SqlSessionFactoryBuilder、XMLConfigBuilder、XMLMapperBuilder、XMLStatementBuilder、CacheBuilder
工厂模式：例如SqlSessionFactory、ObjectFactory、MapperProxyFactory
代理模式：MyBatis实现的核心，比如MapperProxy、ConnectionLogger