Entity Framework (EF) 深度解析

第一部分：Entity Framework 基础概念与架构

1.1 Entity Framework 简介

Entity Framework (EF) 是微软为.NET应用程序开发提供的一个开源对象关系映射(O/RM)框架。作为ADO.NET的增强版本，它使开发人员能够以面向对象的方式处理数据，而无需过多关注底层数据库结构。

1.1.1 EF的发展历程

• EF 3.5 (2008年): 首个版本，随.NET Framework 3.5 SP1发布
• EF 4.0 (2010年): 引入模型优先开发、延迟加载等关键功能
• EF 4.1 (2011年): 推出DbContext API和Code First方法
• EF 5.0 (2012年): 性能优化，支持枚举类型
• EF 6.x (2013-2015): 独立发展，增加异步操作、拦截器等
• EF Core 1.0 (2016年): 完全重写，跨平台支持
• EF Core 最新版本: 持续演进，功能不断增强

1.1.2 EF的核心价值

1. 提高开发效率：减少约30-40%的数据访问层代码量
2. 降低技术门槛：无需精通SQL即可实现复杂数据操作
3. 增强可维护性：强类型模型减少运行时错误
4. 数据库无关性：支持多种数据库系统迁移

1.2 EF架构设计

1.2.1 整体架构分层

[应用程序层]|
[LINQ查询]|
[Entity Framework]|       |
[概念模型]  [存储模型]|       |
[映射层]|
[ADO.NET数据提供程序]|
[数据库]

1.2.2 核心组件详解

1. EDM (Entity Data Model)

   • CSDL (Conceptual Schema Definition Language): 概念层定义
   • SSDL (Storage Schema Definition Language): 存储层定义
   • MSL (Mapping Specification Language): 映射规范

2. DbContext

   • 工作单元和仓库模式的实现
   • 包含的主要属性：
     • DbSet: 实体集合
     • ChangeTracker: 变更跟踪器
     • Configuration: 配置选项

3. LINQ提供程序

   • 将LINQ查询转换为SQL语句
   • 支持查询语法和方法语法

第二部分：EF开发模式详解

2.1 Database First开发模式

Database First是从现有数据库生成模型的方法，适合已有成熟数据库结构的项目。

2.1.1 实施步骤

1. 在Visual Studio中添加"ADO.NET实体数据模型"
2. 选择"从数据库生成"
3. 配置数据库连接
4. 选择要包含的表、视图和存储过程
5. 完成模型生成

2.1.2 优缺点分析

优点：

• 快速对接现有数据库
• 可视化设计器便于理解数据结构
• 自动生成实体类和上下文

缺点：

• 模型更新需重新生成
• 自定义逻辑需扩展部分类
• 与数据库耦合度较高

2.2 Model First开发模式

Model First允许先设计概念模型，再生成数据库结构。

2.2.1 工作流程

1. 在EDM设计器中创建实体和关系
2. 设置实体属性和关联
3. 生成数据库脚本
4. 执行脚本创建物理数据库

2.2.2 最佳实践

• 合理使用继承策略(TPH, TPT, TPC)
• 正确配置导航属性
• 优化生成的DDL脚本

2.3 Code First开发模式

Code First是目前最流行的EF开发方式，完全通过代码定义模型。

2.3.1 基础实现

public class Product
{public int Id { get; set; }public string Name { get; set; }public decimal Price { get; set; }
}public class StoreContext : DbContext
{public DbSet<Product> Products { get; set; }
}

2.3.2 配置方式

1. 数据注解

   [Table("tbl_Products")]
   public class Product
   {[Key][DatabaseGenerated(DatabaseGeneratedOption.Identity)]public int ProductId { get; set; }[Required][MaxLength(100)]public string Name { get; set; }
   }
   

2. Fluent API

   protected override void OnModelCreating(ModelBuilder modelBuilder)
   {modelBuilder.Entity<Product>().ToTable("tbl_Products").HasKey(p => p.ProductId);modelBuilder.Entity<Product>().Property(p => p.Name).IsRequired().HasMaxLength(100);
   }
   

2.3.3 迁移机制

1. 启用迁移：

   Enable-Migrations
   

2. 创建迁移：

   Add-Migration InitialCreate
   

3. 更新数据库：

   Update-Database
   

第三部分：EF核心功能深入解析

3.1 查询数据

3.1.1 基本查询操作

// 获取所有产品
var products = context.Products.ToList();// 条件查询
var expensiveProducts = context.Products.Where(p => p.Price > 100).OrderBy(p => p.Name).ToList();

3.1.2 加载相关数据

1. 预先加载(Eager Loading)

   var orders = context.Orders.Include(o => o.Customer).Include(o => o.OrderDetails).ThenInclude(od => od.Product).ToList();
   

2. 显式加载(Explicit Loading)

   var order = context.Orders.Find(1);
   context.Entry(order).Collection(o => o.OrderDetails).Load();
   

3. 延迟加载(Lazy Loading)

   • 需安装Microsoft.EntityFrameworkCore.Proxies包
   • 配置：

     protected override void OnConfiguring(DbContextOptionsBuilder optionsBuilder)
     {optionsBuilder.UseLazyLoadingProxies();
     }
     

3.1.3 原生SQL查询

var products = context.Products.FromSqlRaw("SELECT * FROM Products WHERE Price > {0}", 50).ToList();

3.2 保存数据

3.2.1 基本操作

// 添加
var newProduct = new Product { Name = "New Product", Price = 99.99m };
context.Products.Add(newProduct);// 更新
var product = context.Products.Find(1);
product.Price = 109.99m;// 删除
var productToDelete = context.Products.Find(2);
context.Products.Remove(productToDelete);// 保存
context.SaveChanges();

3.2.2 事务管理

1. 默认事务

   using (var transaction = context.Database.BeginTransaction())
   {try{// 操作1// 操作2context.SaveChanges();transaction.Commit();}catch{transaction.Rollback();}
   }
   

2. 跨上下文事务

   using (var scope = new TransactionScope())
   {// 上下文1操作// 上下文2操作scope.Complete();
   }
   

3.3 性能优化

3.3.1 查询优化技巧

1. 选择性加载字段

   var productNames = context.Products.Select(p => new { p.Id, p.Name }).ToList();
   

2. 批量操作

   // EF Core 5.0+ 支持
   context.Products.AddRange(productsList);
   await context.SaveChangesAsync();
   

3. 禁用变更跟踪

   var products = context.Products.AsNoTracking().ToList();
   

3.3.2 高级优化策略

1. 编译查询

   private static readonly Func<MyContext, int, Product> _productById =EF.CompileQuery((MyContext db, int id) =>db.Products.FirstOrDefault(p => p.Id == id));
   

2. 批处理语句

   • EF Core默认将多个操作合并为单个批处理
   • 可配置批处理大小：

     optionsBuilder.UseSqlServer(connectionString,options => options.MaxBatchSize(100));
     

第四部分：EF高级主题

4.1 复杂类型和值转换

4.1.1 复杂类型(Owned Entities)

modelBuilder.Entity<Order>().OwnsOne(o => o.ShippingAddress,sa =>{sa.Property(p => p.Street).HasColumnName("ShippingStreet");sa.Property(p => p.City).HasColumnName("ShippingCity");});

4.1.2 值转换器

modelBuilder.Entity<Product>().Property(p => p.Price).HasConversion(v => v.ToString(),v => decimal.Parse(v));

4.2 拦截器和事件

4.2.1 拦截器示例

public class MyInterceptor : DbCommandInterceptor
{public override InterceptionResult<DbDataReader> ReaderExecuting(DbCommand command,CommandEventData eventData,InterceptionResult<DbDataReader> result){// 修改或记录命令return result;}
}

4.2.2 事件处理

context.SavingChanges += (sender, args) =>
{var entries = context.ChangeTracker.Entries();foreach (var entry in entries){// 预处理实体}
};

4.3 多租户实现

modelBuilder.Entity<Product>().HasQueryFilter(p => p.TenantId == _tenantId);

第五部分：EF Core 特有功能

5.1 全局查询过滤器

modelBuilder.Entity<Blog>().HasQueryFilter(b => !b.IsDeleted);

5.2 表拆分

modelBuilder.Entity<Order>(eb =>
{eb.ToTable("Orders");eb.Property(o => o.Status).HasColumnName("Status");eb.OwnsOne(o => o.Details, odb =>{odb.ToTable("OrderDetails");odb.Property(od => od.Notes).HasColumnName("Notes");});
});

5.3 并发控制

modelBuilder.Entity<Person>().Property(p => p.LastName).IsConcurrencyToken();

第六部分：EF最佳实践

6.1 架构设计建议

1. 分层架构

   • 表现层
   • 应用层
   • 领域层
   • 基础设施层(包含EF实现)

2. 仓储模式实现

   public interface IRepository<T> where T : class
   {IQueryable<T> GetAll();Task<T> GetByIdAsync(int id);void Add(T entity);void Update(T entity);void Delete(T entity);
   }
   

6.2 性能调优指南

1. 连接池配置

   services.AddDbContextPool<MyContext>(options => options.UseSqlServer(connectionString), poolSize: 128);
   

2. 批处理优化

   • 合理设置SaveChanges批处理大小
   • 考虑使用BulkExtensions进行大规模操作

6.3 安全注意事项

1. SQL注入防护

   • 始终使用参数化查询
   • 避免直接拼接SQL字符串

2. 敏感数据保护

   • 加密存储敏感字段
   • 实现数据访问审计

第七部分：EF与其他技术集成

7.1 与ASP.NET Core集成

public void ConfigureServices(IServiceCollection services)
{services.AddDbContext<MyContext>(options =>options.UseSqlServer(Configuration.GetConnectionString("Default")));services.AddControllers();
}

7.2 DDD实现模式

public class Order : IAggregateRoot
{private readonly List<OrderItem> _items = new List<OrderItem>();public IReadOnlyCollection<OrderItem> Items => _items.AsReadOnly();public void AddItem(Product product, int quantity){// 领域逻辑}
}