如何小步安全地升级数据库框架

Hi，我是阿昌，今天学习记录的是关于如何小步安全地升级数据库框架的内容。

当消息组件的数据存储都是采用 SQL 拼写的方式来操作，这样不便于后续的扩展及维护。除此之外，相比前面的其他重构，升级数据框架需要考虑的场景会更多，例如升级框架以后用户的重要数据不能丢失。

以 Sharing 项目为例，把项目中原先采用 SQL 拼写的方式替换为使用 Room 框架来统一管理缓存数据。在这个过程中你分享如何小步安全重构，分阶段完成数据库框架的升级。为了确保重构完的代码不会破坏原有功能，还有用户的关键数据不丢失，并如何给数据操作相关功能做自动化测试覆盖，以及如何实现更安全的数据迁移。

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一、代码分析

消息组件中创建数据库表的相关操作，核心代码是后面这样。

//数据库表的创建
class DataBaseHelper(context: Context?) : SQLiteOpenHelper(context, "message.db", null, 1) {
    override fun onCreate(db: SQLiteDatabase) {
        createTable(db)
    }
    override fun onUpgrade(db: SQLiteDatabase, oldVersion: Int, newVersion: Int) {}
    fun createTable(db: SQLiteDatabase) {
        val createTableSql = """CREATE TABLE IF NOT EXISTS $message_info(
   $id INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT,
   $content VARCHAR(1024) ,
   $fileName VARCHAR(1024) ,
   $date LONG 
)"""
        try {
            db.execSQL(createTableSql)
        } catch (e: Exception) {
            Log.d("Task:Sql", e.message!!)
        }
    }
    companion object {
        var message_info = "message_info"
        var id = "id"
        var content = "content"
        var fileName = "fileName"
        var date = "date"
    }
}

上述核心代码，可以看出 Sharing 项目主要通过 SQLite 提供的 SQLiteDatabase 以及 SQLiteOpenHelper 来创建数据表。

目前 Sharing 项目仅有一个表以及简单的几个字段，通过 SQL 拼写的方式看起来也还好维护，但是如果现在面临的是几十个表以及几百个字段，那么管理和维护这些拼写的 SQL 字符串就会非常困难，当有修改的时候也非常容易出错。

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来看数据的缓存以及读取操作。

//进行信息缓存以及读取的代码
class LocalDataSource constructor( private var mContext: Context) : IDataSource {
    override fun getMessageListFromCache(): MutableList<Message> {
        val messageList: MutableList<Message> = ArrayList()
        val dataBaseHelper = DataBaseHelper(mContext)
        val c = dataBaseHelper.writableDatabase.query(
            DataBaseHelper.Companion.message_info, null,null, null, null, null,null)
        if (c.moveToFirst()) { 
            for (i in 0 until c.count) {
                c.move(i) //移动到指定记录
                val id = c.getInt(c.getColumnIndex(DataBaseHelper.Companion.id))
                val content = c.getString(c.getColumnIndex(DataBaseHelper.Companion.content))
                val fileName = c.getString(c.getColumnIndex(DataBaseHelper.Companion.fileName))
                val date = c.getLong(c.getColumnIndex(DataBaseHelper.Companion.date))
                messageList.add(Message(id, content, fileName, date))
            }
        }
        return messageList
    }
    override fun saveMessageToCache(messageList: List<Message>) {
        val dataBaseHelper = DataBaseHelper(mContext)
        if (messageList.isNotEmpty()) {
            dataBaseHelper.writableDatabase.delete(
                DataBaseHelper.Companion.message_info, null,null)
            for (message in messageList) {
                val cv = ContentValues()
                cv.put(DataBaseHelper.Companion.id, message.id)
                cv.put(DataBaseHelper.Companion.content, message.content)
                cv.put(DataBaseHelper.Companion.date, message.date)
                cv.put(DataBaseHelper.Companion.fileName, message.fileName)
                dataBaseHelper.writableDatabase.insert(
                    DataBaseHelper.Companion.message_info,null,cv)
            }
        }
    }
}

通过上述代码可以看到，减少虽然 SQLite 提供了 query 以及 delete 等操作方法，可以减少编写 SQL 字符串，但是仍然需要去编写大量的对象转换代码。其实这些代码都是前面提到的非业务的模板代码，这会大大增加我们维护代码的成本。

为了解决这些问题，官方也提供了新的数据库框架 Room。官方文档强烈建议使用 Room，而不是直接使用 SQLite API。

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二、补充自动化守护测试

首先第一步还是需要先做基本的自动化测试覆盖，作为后续重构的安全守护网。

这里主要针对 LocalDataSource 类来做测试，保证基本的数据缓存以及读取功能是正确的。用例设计是这样的。

• 测试用例 1：当 message 数据表没有缓存数据时，获取的缓存数据为空。
• 测试用例 2：当 message 数据表中有缓存数据时，能够成功获取缓存数据。读取的缓存数据内容需要与保持的缓存数据内容一致。

现在，需要将测试用例转换成自动化测试用例。

class LocalDataSourceTest {
    //用例1
    @Test
    fun `should get message list is empty when database has not data`() = runBlocking {
        //given
        val localDataSource = LocalDataSource(ApplicationProvider.getApplicationContext())
        //when
        val messageListFromCache = localDataSource.getMessageListFromCache()
        //then
        assert(messageListFromCache.isEmpty())
    }
    //用例2
    @Test
    fun `should get message list success when database has data`() = runBlocking {
        //given
        val localDataSource = LocalDataSource(ApplicationProvider.getApplicationContext())
        localDataSource.saveMessageToCache(getMockData())
        //when
        val messageListFromCache = localDataSource.getMessageListFromCache()
        //then
        val messageOne = messageListFromCache[0]
        Truth.assertThat(messageOne.id).isEqualTo(1)
        Truth.assertThat(messageOne.content).isEqualTo("张三共享文件到消息中...")
        Truth.assertThat(messageOne.fileName).isEqualTo("大型Android遗留系统重构.pdf")
        Truth.assertThat(messageOne.formatDate).isEqualTo("2021-03-17 14:47:55")
        val messageTwo = messageListFromCache[1]
        Truth.assertThat(messageTwo.id).isEqualTo(2)
        Truth.assertThat(messageTwo.content).isEqualTo("李四共享视频到消息中……")
        Truth.assertThat(messageTwo.fileName).isEqualTo("修改代码的艺术.pdf")
        Truth.assertThat(messageTwo.formatDate).isEqualTo("2021-03-17 14:48:08")
    }
}

后面是执行测试用例的结果。

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三、小步安全重构

在过程中每当完成一步重构后，都可以频繁运行测试来验证是否有破坏原有的逻辑。

拆分重构过程的要求是，每一小步的重构都不能破坏之前的功能，而且全部步骤都完成之后即可完成整体的重构。这里我们结合 Room 框架的设计，把整个重构分成下面这 5 个步骤。

• 第一步是使用 Room 注解更新实体。
• 第二步是使用 Room 的 SupportSQLiteOpenHelper 进行 SQL 操作。这 2 个步骤完成后，不会修改原有的查询及删除操作代码。
• 第三步，进阶使用 Room 的 Dao 注解方式来管理数据的增删改查，替换掉原有的查询及删除代码。
• 第四步是优化操作，使用协程来优化 IO 的异步操作。最后是第五步，迁移旧数据。

1、使用 Room 注解更新实体

来看第一步，这一步相对比较简单，使用 Room 的注解标记新的实体代码就可以了。

@Entity(tableName = "message_info")
class Message(
    @PrimaryKey @ColumnInfo(name = "id") var id: Int,
    @ColumnInfo(name = "content") var content: String,
    @ColumnInfo(name = "fileName") var fileName: String,
    @ColumnInfo(name = "date") var date: Long
) {
    @Ignore
    val formatDate = DateUtil.getDateToString(date)
    @Ignore
    val downloadCount = ARouter.getInstance().navigation(IFileStatistics::class.java)
        ?.getDownloadCount(id.toString())
}

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2、使用 Room 的 SupportSQLiteOpenHelper 进行 SQL 操作

Room 提供了 SupportSQLiteOpenHelper 类，可以用它替换 SQLite 中的 SQLiteOpenHelper，将原本使用 SQLiteOpenHelper 的地方替换为使用 Room 的 SupportSQLiteOpenHelper。

@Database(entities = [Message::class], version = 1)
abstract class AppDatabase : RoomDatabase() {
}

class LocalDataSource constructor(
    private var mContext: Context
) : IDataSource {
    val db = Room.databaseBuilder(
        mContext,
        AppDatabase::class.java, "message.db"
    ).build()
    
   override fun getMessageListFromCache(): MutableList<Message> {
    val messageList: MutableList<Message> = ArrayList()
    val dataBaseHelper = db.openHelper
    //... ...
    return messageList
  }

  override fun saveMessageToCache(messageList: List<Message>) {
    val dataBaseHelper = db.openHelper
     //... ...
    }
}

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3、使用 Dao 注解方式来管理数据的增删改查

选择将 query 及 delete 等的操作，使用 Room 的 Dao 注解做替换。

@Dao
interface MessageDao {
    @Query("SELECT * FROM message_info")
    suspend fun getAll(): List<Message>
    @Insert
    suspend fun insertAll(vararg message: Message)

    @Query("DELETE FROM message_info")
    suspend fun deleteAll()
}

完成后，就可以将 LocalDataSource 的实现替换为使用 MessageDao 进行操作了。

class LocalDataSource constructor(
    private var mContext: Context
) : IDataSource {
    val db = Room.databaseBuilder(
        mContext,
        AppDatabase::class.java, "message.db"
    ).build()
    override suspend fun getMessageListFromCache(): MutableList<Message> {
        return db.messageDao().getAll().toMutableList()
    }
    override suspend fun saveMessageToCache(messageList: List<Message>) {
        messageList.let {
            db.messageDao().deleteAll()
            db.messageDao().insertAll(*it.toTypedArray())
        }
    }
}

至此完成了 Room 框架的升级，可以对比一下 LocalDataSource 改造前后的代码，使用 Room 框架大大帮我们减少了模板代码的编写，代码更加容易维护。

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4、数据迁移

如果升级数据库框架时，调整过表结构的话，这时就可以用 Room 提供的 Migration 机制升级数据。

例如 Sharing 项目在升级 Room 框架时，新增了一个 count 字段用于缓存文件的下载数量，但是在旧的数据表中并没有这个字段，这时就可以使用 Migration 机制来迁移升级数据。

private val MIGRATION_1_2 = object : Migration(1, 2) {
    override fun migrate(database: SupportSQLiteDatabase) {
        database.execSQL("ALTER TABLE message_info RENAME TO message_info_back_up")
        database.execSQL("CREATE TABLE message_info ( id  INTEGER PRIMARY KEY NOT NULL, content TEXT NOT NULL,date INTEGER NOT NULL, count INTEGER NOT NUL)")
        database.execSQL("INSERT INTO message_info (id, content,date，0) SELECT id, content,date FROM message_info_back_up")
    }
}
private val db = Room.databaseBuilder(
    mContext,
    AppDatabase::class.java, "message.db"
).addMigrations(MIGRATION_1_2).build()

在实际的项目中，需要根据数据对用户的重要性，来决定是否要做数据的迁移。

例如一些缓存数据只是提高用户的体验，哪怕这部分数据没有了，从网络获取它也很方便，就不必迁移数据。但如果对用户来说是关键的数据，就必须迁移和做专项的测试。

例如一个短信息的 APP（信息只缓存在本地），当升级框架后，迁移这些短信息就非常重要，因为这部分数据丢失的话，对用户来说是非常糟糕的体验。

更多迁移数据的方法，可以参考官网的说明。

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四、集成验收

跟之前的组件内分层架构重构一样，完成重构后我们需要完成最后的集成验收。

验收有三个标准：

• 第一是编译通过，能够打包出安装包；
• 第二是架构守护用例执行通过；
• 第三是验收自动化测试执行通过。

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改造后相关的自动化测试运行结果。

基本冒烟及架构守护用例自动化测试报告如下：

消息组件自动化测试报告如下：

至此，我们完成了对 Sharing 项目的数据库框架升级重构。

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五、总结

改造前 Sharing 项目使用了 SQLite 来管理数据库，这个方式主要存在 2 个问题。

• 第一个是使用拼写 SQL 方式来管理表创建，不便于扩展；
• 第二个是存在大量的对象转换重复代码，不便于维护。

根据官方的建议，使用 Room 框架来帮我们完成这些重复的工作，让可以更聚焦在业务开发上。

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Room 框架的升级可以分 2 个阶段完成。

• 第一个阶段是先引入 Room 框架，将原本使用 SQLiteOpenHelper 操作数据库的方式，调整为使用 Room 提供的 SupportSQLiteOpenHelper 来进行管理，此时不会修改原有的查询及删除操作代码。
• 第二个阶段可以使用 Room 提供的 Dao 注解方式，替换掉原来的 insert、query 等方法，完成后可以减少大量的增删改查模板代码。此时就可以充分感受到使用框架带来的收益。同样完成一个功能，可以少写很多模板的代码。

特别需要注意的是，如果在改造过程中，如果数据表结构有变化，需要采用 Room 框架提供的 Migration 机制来迁移数据。

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