Spring Data JPA 分页接口的使用方法——PageHelper分页查询方法

作者：禅与计算机程序设计艺术

1.简介

2017年，全国IT企业纷纷转向云计算、容器技术，并掀起了一股“容器潮流”。容器化、微服务架构以及分布式系统架构模式越来越流行，对于大型复杂系统而言，数据库分页查询在性能上就成为一个重要的优化点。基于此，当下互联网中最流行的开源框架之一， MyBatis 和 SpringData JPA 等都提供了分页查询功能。
PageHelper 是 MyBatis 中的一个分页插件，作用是在不用改变 SQL 查询的前提下，实现自定义物理分页，非常方便开发者使用。由于 MyBatis 本身对 JDBC 的支持较弱，所以 PageHelper 可以帮助 MyBatis 在查询时自动进行物理分页。通过设置合理的分页参数，只需要简单地添加 PageHelper 作为 MyBatis 的插件即可实现分页查询，不需要编写复杂的 SQL 或多余的代码。
此外，Spring Data JPA 提供了自己的分页接口（PagingAndSortingRepository）用于解决分页查询问题。该接口继承自JpaSpecificationExecutor接口，可以满足各种复杂的分页查询需求。Spring Data JPA 会将分页请求翻译成相应的 SQL 语句，然后再根据指定的分页参数返回结果集。
本文将详细介绍 PageHelper 及其 Spring Data JPA 分页接口的使用方法。

2.背景介绍

什么是分页查询？

简单的说，分页查询就是为了降低数据量对内存、CPU的消耗，提高数据库的查询效率和响应速度，减少网络传输带宽等资源的开销，在一定范围内取出目标数据的一部分，以便于显示给用户。分页查询往往分为两种：物理分页和逻辑分页。

1. 物理分页
   物理分页就是直接限制页面显示的数据条目数量，比如每页显示 10 条数据，这样虽然可以加快数据的呈现速度，但会导致数据不连续、无法精确查找，一般仅适用于很少的记录或者结构比较简单的表格。
2. 逻辑分页
   逻辑分页指根据用户设定的条件过滤数据，再按照一定的规则排序后，按指定大小切割数据，最后输出指定页面的数据。逻辑分页不要求每次查询都要返回相同数量的数据，而且可以实现更细致的检索。例如，在搜索结果页面，用户可以按相关性、时间、价格等条件筛选数据，然后进行排序，最后显示符合条件的前几页数据。

为什么要分页查询？

当数据量过大时，使用物理分页会占用大量的内存，并且影响数据库服务器的性能。相反，使用逻辑分页可以在不违背用户体验的情况下，避免数据量过大导致的系统卡顿或崩溃。此外，使用逻辑分页还可以有效地防止用户恶意攻击，抵御一些基于爬虫的恶意攻击，从而保护网站和数据安全。

3.基本概念术语说明

一、物理分页

物理分页是指在数据库层面限制页面显示的数据条目数量，它通过指定 LIMIT offset,page_size 来实现。

• OFFSET: 表示偏移量，表示从哪一条记录开始读取，默认为 0。
• PAGE_SIZE: 表示每页显示多少条记录，即 SELECT COUNT(*) FROM table LIMIT page_size OFFSET offset; 。

二、逻辑分页

逻辑分页是指按照用户设定的条件过滤数据，再按照一定的规则排序后，按照指定大小切割数据，输出指定页面的数据。

1. 什么是过滤器？

搜索引擎把一个大的网页分成许多小的网页，然后每个小的网页各有一个独立的 URL。当用户输入关键词搜索某些网站时，搜索引擎会首先抓取所有包含关键词的网页，然后将这些网页组装成一个整体，提供给用户查看。这个过程称为索引。但是这种抓取索引的方式效率不高，尤其当网页很多时。因此搜索引擎一般会采用过滤器机制。
滤波器是指在搜索结果中，排除掉不符合用户要求的内容。用户可选择设置多个过滤器，如“所有网站”、“百度网盘”、“腾讯视频”，过滤器可以对搜索结果进行初步的筛查，去除掉那些不感兴趣的内容。

2. 什么是排序？

在搜索结果中，搜索引擎一般都会对搜索结果进行排序。搜索结果排序通常有两种方式：

• 根据相关性排序：相关性计算的是文档之间的相关程度，比如两个文档之间共同出现的单词数量、主题等。
• 根据评价排序：评价指的是文档的好坏程度，比如文档的发布日期、质量等。
  用户也可以设置多个排序方式，如按相关性排序、按发布日期排序等。

3. 切分数据？

数据是存在磁盘中的，不能全部加载到内存里处理。因此，当搜索结果超过一定数量时，需要对数据进行切分。搜索引擎一般是按照页码来切分数据的。用户输入关键字、选择过滤器、选择排序方式等，搜索引擎会首先计算出符合要求的文档的总数量，然后将总数量划分成若干个固定大小的页面。用户点击第 n 个页面时，搜索引擎会首先计算出它对应的文档的位置，然后把文档内容读入内存进行展示。

四、分页组件

1. PageHelper

PageHelper 是 MyBatis 的一个分页插件，它可以很方便地为 MyBatis 的执行器增加物理分页功能。分页插件利用 MyBatis 对象关系映射工具动态的拦截StatementHandler，在SQL执行之前，拼接分页查询的SQL语句，然后通过ResultSet Handler 对结果进行拼装。因此，无需修改应用层代码，即可实现物理分页功能。

2. Spring Data JPA 分页接口 PagingAndSortingRepository

Spring Data JPA 提供了一个名叫 PagingAndSortingRepository 的分页接口，该接口继承自 JpaSpecificationExecutor，该接口可以方便的实现分页查询，支持以下查询方法：

List<T> findAll(Sort sort); // 返回全部元素，排序方式由sort决定
List<T> findAll(Pageable pageable); // 返回全部元素，分页信息由pageable决定
Page<T> findAll(Specification<T> spec, Pageable pageable); // 按照条件查询，分页信息由pageable决定

通过该接口可以获取全部元素列表，分页查询，分页查询和条件查询。Pageable 对象封装了分页信息，包括页码、页面大小、排序字段、排序方向等。Sort 对象封装了排序信息，包括排序字段及排序方向等。Specification 对象封装了查询条件，支持丰富的查询条件组合。

4.核心算法原理和具体操作步骤以及数学公式讲解

PageHelper 分页查询接口实际上只是拦截 StatementHandler 对象，对执行 SQL 后的 ResultSet 对象进行包装，以达到分页的目的。具体来说，分页插件拦截到的 StatementHandler 对象有两种情况：

• 如果没有任何条件，那么生成的 SQL 语句就是普通的 SELECT * FROM user; ，这时 MyBatis 会默认给查询结果设置 limit offset,page_size。
• 如果有任何条件，那么生成的 SQL 语句类似于 SELECT * FROM user WHERE id=?; ，这时 MyBatis 只会返回一条记录，因此也不会产生分页效果。
  在 MyBatis 中，配置分页的关键是设置 标签下的 com.github.pagehelper.PageInterceptor。具体的分页参数如下：

<plugins><plugin interceptor="com.github.pagehelper.PageInterceptor"><property name="dialect" value=""/><property name="helperDialect" value="${jdbc.type}"/><property name="reasonable" value="false"/><property name="pageSizeZero" value="true"/><property name="countSqlSupport" value="true"/><property name="rowBoundsWithCount" value="true"/><property name="supportMethodsArguments" value="true"/><property name="paramsMap" value="false"/>plugin>
plugins>

从配置文件可以看出，分页插件的主要参数有：

• dialect：设置数据库类型，比如 MySQL、Oracle等。
• helperDialect：设置自动识别数据库类型。
• reasonable：是否启用合理化。合理化指的是根据你的数据库里的数据量、查询次数、用户请求等因素，自动调整分页参数。比如，当查询第 1 页数据时，它只会查询前 10 条数据；当查询第 2 页数据时，它只会查询 10-20 条数据；当查询第 n 页数据时，它只会查询 (n-1) * pageSize 条数据。你可以通过 reasonable 属性开启合理化功能。
• pageSizeZero：是否允许查询 pageSize = 0 的数据。比如，设置为 false 时，如果 pageSize=0，则 MyBatis 会抛出异常。
• rowBoundsWithCount：是否启用 count 查询。如果设置为 true，MyBatis 会在查询语句的末尾追加 SELECT COUNT(*) FROM yourTable，然后查询时只返回第一行的值，并且在 ResultSet 中不会放置任何数据，这会加快分页查询的速度。
• supportMethodsArguments：是否支持方法参数。如果设置为 true，那么在你的 Mapper 方法里，你可以通过 @Param("username") String username 这样的参数来传递分页参数。
• paramsMap：是否传入参数 Map 对象。如果设置为 true，那么 Mybatis 会把请求参数放在参数对象里一起传递给 StatementHandler 对象。
  在 StatementHandler 拦截的方法中，分页插件会自动判断是否需要分页，如果需要的话，它会先根据当前页码和页容量计算出 limit 和 offset 值，然后重新生成新的 SQL 语句，其中包括了 limit 和 offset 的参数。然后，MyBatis 会生成一个新的 PreparedStatement 对象，并执行这个新的 SQL 语句。当查询完成后，分页插件会根据查询的结果集合大小和页容量，计算出总页数。ResultSetHandler 将结果对象转换成 Page 对象，并返回给调用者。
  下面的流程描述了 PageHelper 分页查询的主要逻辑：

1. 用户发送分页请求。
2. DispatcherServlet 拦截请求，调用 HandlerMapping 根据请求路径找到对应的 Controller。
3. Controller 执行分页查询，调用 Service。
4. Service 使用 PageHelper 的分页方法对 DAO 层的数据源进行分页查询。
5. PageHelper 根据 DAO 层的配置，以及分页请求参数，对 ResultSetHandler 的 ResultSet 对象进行包装，并返回分页结果 Page。
6. ModelAndView 将分页结果渲染到 View 中。

5.具体代码实例和解释说明

PageHelper 实现分页查询

准备工作：引入 PageHelper 依赖
pom 文件中引入以下依赖：

<dependency><groupId>org.mybatisgroupId><artifactId>mybatisartifactId><version>${mybatis.version}version>
dependency>
<dependency><groupId>org.mybatisgroupId><artifactId>mybatis-springartifactId><version>${mybatis-spring.version}version>
dependency>
<dependency><groupId>com.github.pagehelpergroupId><artifactId>pagehelper-spring-boot-starterartifactId><version>${pagehelper.version}version>
dependency>

配置分页插件：application.yml 文件中加入以下配置：

spring:datasource:url: jdbc:mysql://localhost:3306/testdb?useUnicode=true&characterEncoding=UTF-8&serverTimezone=Asia/Shanghaiusername: rootpassword: rootdriver-class-name: com.mysql.cj.jdbc.Driver
pagehelper:dialect: mysqlhelperDialect: mysqlreasonable: falsepageSizeZero: truerowBoundsWithCount: truesupportMethodsArguments: trueparamsMap: true

定义实体类：

public class User {private Integer id;private String userName;private int age;// getter and setter methods...
}

创建 MyBatis mapper XML 文件：

DOCTYPE mapper PUBLIC "-//mybatis.org//DTD Mapper 3.0//EN" "http://mybatis.org/dtd/mybatis-3-mapper.dtd">
<mapper namespace="com.example.demo.dao.UserDao"><select id="selectAll" resultType="User">select * from user order by id descselect><select id="selectByCondition" parameterType="map" resultType="User">select * from user where ${key} #{value} order by id descselect>
mapper>

服务层实现分页查询：

@Service
public class UserService implements BaseService<User> {@Autowiredprivate UserMapper userMapper;/*** 分页查询*/public PageInfo<User> findListByPage(@RequestParam(required = false, defaultValue = "") String key,@RequestParam(required = false, defaultValue = "0") int pageNum,@RequestParam(required = false, defaultValue = "10") int pageSize) {// 构造分页对象PageHelper.startPage(pageNum, pageSize);if (!"".equals(key)) {HashMap<String, Object> map = new HashMap<>();map.put("key", key + " like ");map.put("value", "%");List<User> list = userMapper.selectByCondition(map);return new PageInfo<>(list);} else {List<User> list = userMapper.selectAll();return new PageInfo<>(list);}}
}

控制层测试分页查询：

@RestController
@RequestMapping("/api")
public class DemoController {@Autowiredprivate UserService userService;@GetMapping("/users/{page}/{size}")public ResponseEntity<?> findUsersList(@PathVariable int page,@PathVariable int size) {try {PageInfo<User> usersPageInfo = userService.findListByPage("", page, size);return ResponseEntity.ok().body(usersPageInfo);} catch (Exception e) {log.error("Error:", e);return ResponseEntity.status(HttpStatus.INTERNAL_SERVER_ERROR).build();}}
}

运行项目，访问 http://localhost:8080/api/users/1/10 ，即可看到分页查询的结果。

Spring Data JPA 实现分页查询

准备工作：引入 Spring Boot Starter Data JPA 依赖
pom 文件中引入以下依赖：

org.springframework.bootspring-boot-starter-data-jpa

配置数据源：application.yml 文件中加入以下配置：

spring:jpa:database: mysqlshow-sql: truegenerate-ddl: truehibernate:ddl-auto: updateproperties:hibernate.hbm2ddl.import_files: classpath:schema.sql
datasource:url: jdbc:mysql://localhost:3306/testdb?useUnicode=true&characterEncoding=UTF-8&serverTimezone=Asia/Shanghaiusername: rootpassword: root

定义实体类：

@Entity
public class User {@Id@GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)private Long userId;private String userName;private int age;// getter and setter methods...
}

创建 Spring Data JPA Repository 接口：

public interface UserRepository extends JpaRepository<User, Long>, JpaSpecificationExecutor<User> {}

服务层实现分页查询：

@Service
public class UserService {@Autowiredprivate UserRepository userRepository;/*** 分页查询*/public Page<User> findListByPage(@RequestParam(required = false, defaultValue = "") String key,@RequestParam(required = false, defaultValue = "0") int pageNum,@RequestParam(required = false, defaultValue = "10") int pageSize) {// 构造分页对象Pageable pageable = PageRequest.of(pageNum, pageSize, Sort.by("userId").descending());if (!"".equals(key)) {Specification specification = Specification.where(User_.userName.like("%" + key + "%"));Page<User> usersPage = userRepository.findAll(specification, pageable);return usersPage;} else {Page<User> usersPage = userRepository.findAll(pageable);return usersPage;}}
}

控制层测试分页查询：

@RestController
@RequestMapping("/api")
public class DemoController {@Autowiredprivate UserService userService;@GetMapping("/users/{page}/{size}")public ResponseEntity<?> findUsersList(@PathVariable int page,@PathVariable int size) {try {Page<User> usersPage = userService.findListByPage("", page, size);return ResponseEntity.ok().body(usersPage.getContent());} catch (Exception e) {log.error("Error:", e);return ResponseEntity.status(HttpStatus.INTERNAL_SERVER_ERROR).build();}}
}

运行项目，访问 http://localhost:8080/api/users/1/10 ，即可看到分页查询的结果。

6.未来发展趋势与挑战

PageHelper 及 Spring Data JPA 分页接口目前已经足够用于生产环境，大规模系统的分页查询可以使用它们解决。然而，随着业务快速发展，数据规模可能会持续增长，这时候需要更强大的分页功能。
有些分页查询的场景下，例如聚合函数、子查询、复杂排序，仍然无法使用 PageHelper 及 Spring Data JPA 分页接口解决。这时候，我们可以考虑另一种分页方案，比如 ElasticSearch。ElasticSearch 是开源的搜索引擎，支持复杂的聚合、搜索、排序、分页等功能，它能够处理海量数据的高速搜索，同时它有易于使用的 RESTful API，可以用来代替传统的分页查询接口。ElasticSearch 可以用于替代数据库的分页查询功能，不过需要自己搭建 ElasticSearch 集群、处理复杂的 SQL 语句。
更进一步，PageHelper 及 Spring Data JPA 分页接口的局限性也需要考虑。比如，分页参数的灵活性较差，不够灵活的 SQL 查询无法使用分页插件，分页逻辑处理需要自己实现，当数据规模增长时，查询效率可能变得较慢。

7.附录常见问题与解答

1.为什么 MyBatis 不支持分页？

MyBatis 原生不支持分页，因为 MyBatis 是直接对数据库连接的，而对数据库连接的操作本身就不是纯粹的 SQL 操作，而是涉及到 JDBC 规范、数据库方言、数据库类型等众多因素，很难保证分页的正确性。相比之下，Hibernate 支持更加完善，它的查询对象内部已经实现了分页逻辑，因此 MyBatis 在分页方面的能力有限。

2.如何判断 MyBatis 是否已经支持分页？

可以尝试在 MyBatis 配置文件中加入如下配置：

<setting name="useGeneratedKeys" value="true" />
<settings>

生成主键的开关。如果能够正常执行分页查询，就可以确定 MyBatis 对分页的支持。

3.PageHelper 支持 Oracle 数据库吗？

PageHelper 当前版本暂不支持 Oracle 数据库，因为 PageHelper 需要根据不同的数据库执行不同的分页策略。计划在后续的版本中支持更多数据库。

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