ORM（對象關係對映）：讓資料庫操作更簡單的工具

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更新日期： 2025 年 3 月 4 日

本文為 SQL 關聯資料庫基本介紹系列文，第 8 篇：

在開發應用程式時，與資料庫的互動是不可避免的。

過去，開發者需要手寫 SQL 查詢來對資料庫進行增刪改查（CRUD）操作，這種方式靈活但開發效率較低，並且容易因為不同的資料庫語法差異導致程式碼難以維護。

ORM（Object-Relational Mapping，對象關係對映） 的出現，為開發者提供了一種更直覺、更高效的方式來與資料庫交互。

它允許開發者使用程式語言中的物件來操作資料庫，而不需要直接寫 SQL，大幅提升開發效率與可維護性。

本篇文章將詳細介紹 ORM 是什麼、如何運作，以及它的優缺點，幫助初學者理解 ORM 如何簡化資料庫開發。

什麼是 ORM（對象關係對映）？

ORM（Object-Relational Mapping，對象關係對映） 是一種將程式語言中的物件（Object）與資料庫中的關係型表格（Relational Table）對應起來的技術。

換句話說，ORM 讓開發者可以用物件的方法來操作資料，而不需要直接撰寫 SQL。例如：

Python + Django ORM
Java + Hibernate
C# + Entity Framework
JavaScript + Sequelize

透過 ORM，開發者可以在程式碼中像操作物件一樣操作資料庫，而 ORM 會自動轉換為 SQL 查詢，並執行相應的操作。

ORM 的起源與發明者

ORM（Object-Relational Mapping，對象關係對映）的概念，並不是由某個特定個人「發明」的，而是隨著關聯式資料庫與面向對象程式設計（OOP） 的發展，自然演進出來的一種技術。

然而，ORM 的思想可以追溯到 20 世紀 80-90 年代：

1980 年代：

關聯式資料庫（Relational Database，RDB）逐漸成為企業數據存儲的標準，但當時的程式語言（如 C、COBOL）並不具有面向對象的特性，開發者需要手動撰寫 SQL 來存取數據。

1990 年代：

物件導向程式設計（OOP）逐漸流行，如 Java、C++ 開始廣泛使用。

然而，關聯式資料庫仍然使用 SQL，而 OOP 語言則以「類別（Class）」和「物件（Object）」為核心，導致程式碼與資料庫之間存在「不匹配」的問題。

2000 年代初：

開發者開始尋找一種方式來將「關聯式資料庫」與「物件導向程式設計」結合，ORM 應運而生，提供了一種將資料表映射為程式語言中的物件的方法。

雖然 ORM 不是某個特定人「發明」的，但一些關鍵技術推動了 ORM 的發展：

Hibernate（2001 年，Java）：由 Gavin King 開發，這是最早的 ORM 框架之一，它解決了 Java 開發者手寫 SQL 的問題。
Active Record（2003 年，Ruby on Rails）：由 David Heinemeier Hansson（DHH） 提出的 ORM 設計模式，使得 ORM 變得更易用。
Entity Framework（2008 年，.NET）：微軟開發的 ORM，成為 C#/.NET 開發的標準。

ORM 的運作原理

sequenceDiagram
    participant 開發者 as 開發者(應用程式)
    participant ORM as ORM框架
    participant DB as 資料庫
    
    開發者->>ORM: 透過方法呼叫查詢/保存資料
    ORM->>DB: 產生並執行 SQL
    DB-->>ORM: 回傳結果集(查詢) / 執行結果(保存)
    ORM-->>ORM: 依照映射設定，將欄位 <-> 物件屬性進行轉換
    ORM-->>開發者: 回傳轉換後的物件或執行結果

將資料表對應為程式中的類別

在使用 ORM 時，通常會為資料庫中的每個表（Table）建立一個對應的類別（Class），類別中的屬性對應到資料表的欄位。例如，在 Django ORM 中：

from django.db import models

class User(models.Model):
    id = models.AutoField(primary_key=True)
    name = models.CharField(max_length=100)
    email = models.EmailField(unique=True)

這段程式碼表示：

User 類別對應到資料庫中的 users 表。
name 和 email 是對應的欄位，ORM 會自動把這些轉換為 SQL。

物件操作 → 自動轉換成 SQL

ORM 允許開發者透過物件的方法來操作資料庫，而 ORM 會在底層自動生成並執行 SQL 查詢。例如：

# 建立新使用者
user = User(name="Alice", email="[email protected]")

user.save()  
# ORM 會自動執行 
# INSERT INTO users (name, email) VALUES ('Alice', '[email protected]');

# 查詢使用者
user = User.objects.get(id=1)  
# ORM 會執行 
# SELECT * FROM users WHERE id = 1;

# 更新使用者
user.name = "Alice Smith"
user.save()  
# ORM 會執行 
# UPDATE users SET name = 'Alice Smith' WHERE id = 1;

# 刪除使用者
user.delete()  # ORM 會執行 DELETE FROM users WHERE id = 1;

開發者不需要寫 SQL，ORM 會根據程式碼的邏輯，自動產生並執行 SQL 查詢，簡化了資料庫操作。

---
title: ORM 底層運作邏輯
---
classDiagram
    direction TB  %% 由上到下，符合邏輯層次

    %% 應用層（開發者操作）
    class 開發者操作 {
        +User.save() 物件操作
        +User.objects.get(id=1) 查詢操作
        +User.delete()  刪除操作
    }

    %% ORM 處理層
    class ORM層 {
        +屬性映射: 物件欄位 ↔ 資料庫欄位
        +關聯映射: 物件關聯 ↔ 外鍵
        +SQL 生成器: 產生 SQL 指令
        +執行 SQL 查詢
    }

    %% SQL 轉換與資料庫層
    class SQL處理層 {
        +解析 ORM 指令
        +生成對應 SQL
        +執行 SQL 並回傳結果
    }

    %% 資料庫層
    class 資料庫 {
        +users 表
        +posts 表
        +儲存資料
        +返回查詢結果
    }

    %% 連結關係
    開發者操作 --> ORM層 : "操作物件"
    ORM層 --> SQL處理層 : "轉換為 SQL 指令"
    SQL處理層 --> 資料庫 : "執行 SQL"
    資料庫 --> SQL處理層 : "回傳資料"
    SQL處理層 --> ORM層 : "轉換回 ORM 物件"
    ORM層 --> 開發者操作 : "回傳物件或執行結果"

ORM 主要要解決的問題

ORM 的核心目標，是解決「關聯式資料庫」與「物件導向程式設計（OOP）」之間的「不匹配問題（Impedance Mismatch）」，具體來說，ORM 要解決以下幾個主要問題：

SQL 與程式語言的「語法不匹配」

問題：

關聯式資料庫使用 SQL 來存取數據，而 OOP 程式語言使用類別與物件。
開發者必須手寫 SQL 查詢，這導致程式碼可讀性低，且容易因為不同資料庫的 SQL 語法不同而產生相容性問題。

解決方案： ORM 允許開發者使用程式語言中的物件方法來操作資料庫，而不用直接撰寫 SQL。例如，在 Django ORM 中：

# 創建一個新的使用者
user = User(name="Alice", email="[email protected]")
user.save()  
# ORM 自動生成 
# INSERT INTO users (name, email) VALUES ('Alice', '[email protected]');

# 查詢使用者
user = User.objects.get(id=1)  
# ORM 轉換為 
# SELECT * FROM users WHERE id = 1;

ORM 會自動生成並執行 SQL 查詢，開發者可以完全不需要寫 SQL。

物件與關聯式資料表的「結構不匹配」

問題：

在 OOP 中，數據是以「類別（Class）」和「物件（Object）」的形式存在，例如：

class User:
    def __init__(self, id, name, email):
        self.id = id
        self.name = name
        self.email = email

但在關聯式資料庫中，數據是以「表格（Table）」的形式存儲：

CREATE TABLE users (
    id INT PRIMARY KEY,
    name VARCHAR(100),
    email VARCHAR(100)
);

物件導向程式設計中的「繼承」 在 SQL 資料表中無法直接對應。

解決方案： ORM 透過映射機制（Mapping），將類別與資料表建立關聯，讓開發者可以像操作物件一樣存取資料庫：

class User(models.Model):
    id = models.AutoField(primary_key=True)
    name = models.CharField(max_length=100)
    email = models.EmailField(unique=True)

ORM 會自動處理類別與資料表之間的映射關係，開發者無需手動管理。

提高開發效率，減少重複的 SQL

問題：

每次查詢資料時，都要寫 SQL，增加了開發負擔：

SELECT * FROM users WHERE id = 1;

如果資料庫結構變更（例如欄位名稱改變），所有 SQL 查詢都需要修改，導致維護成本上升。

解決方案： ORM 將 SQL 操作封裝成 API，開發者可以用程式語言的方法來執行 SQL：

user = User.objects.get(id=1)  # ORM 自動轉換 SQL

開發者不需要重複撰寫 SQL，ORM 會根據類別結構自動調整 SQL 查詢。

簡化交易控制與關聯查詢

問題：

傳統 SQL 需要手動控制交易：

BEGIN;
UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;
UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE id = 2;
COMMIT;

關聯式資料庫的多表關聯查詢（JOIN）語法複雜，例如：

SELECT users.name, orders.total
FROM users
JOIN orders ON users.id = orders.user_id
WHERE users.id = 1;

這些操作需要開發者對 SQL 非常熟悉，且不同資料庫的 SQL 語法可能不同，影響可移植性。

解決方案： ORM 自動管理交易與關聯查詢，開發者可以透過簡單的方法處理：

# 透過 ORM 進行交易
with transaction.atomic():
    sender.balance -= 100
    receiver.balance += 100
    sender.save()
    receiver.save()

# 使用 ORM 進行關聯查詢
orders = Order.objects.filter(user__id=1)  # ORM 自動產生 JOIN 查詢

ORM 簡化了關聯查詢與交易控制，使開發者不需要手動撰寫 SQL。

為什麼要使用 ORM？

ORM 最大優勢 在於它可以提升開發效率、增加可讀性、減少錯誤。以下是 ORM 的幾個主要優點：

提高開發效率

開發者不需要手寫 SQL 查詢，而是透過物件方法來操作資料庫，減少開發時間。
適用於大型應用程式，避免撰寫重複的 SQL 查詢。

可讀性與維護性高

ORM 讓程式碼更結構化，開發者可以更直覺地理解資料庫操作，而不需要解析 SQL 查詢語句。
物件導向的方式使業務邏輯更清晰。

可移植性強

直接寫 SQL 可能會因為不同資料庫（MySQL、PostgreSQL、SQLite）的語法不同，導致程式碼難以跨資料庫使用。
ORM 屏蔽了底層 SQL 的差異，讓程式碼更容易在不同資料庫之間轉換。

內建安全性

ORM 內建 SQL 防注入攻擊機制，自動處理 SQL 參數，避免惡意 SQL 注入攻擊。

ORM 的缺點

雖然 ORM 有許多優勢，但它並不是適用於所有情境，以下是 ORM 的幾個常見缺點：

效能可能較低

ORM 生成的 SQL 可能不是最優化的 SQL，在大規模數據查詢時，直接寫 SQL 可能會更高效。
ORM 的查詢通常會自動加上許多額外的欄位，影響執行效率。

複雜查詢難以處理

ORM 適合簡單的 CRUD 操作，但當查詢變得非常複雜時（如多表聯查、窗口函數），可能仍需要手寫 SQL。
例如：

users = User.objects.raw("SELECT id, name FROM users WHERE email LIKE '%example.com%'")

這種情境下，開發者仍然需要直接寫 SQL 查詢。

學習成本

ORM 需要學習不同的框架語法與規則，對初學者來說，可能需要一些時間適應不同 ORM 的用法。

ORM 與 SQL 手寫查詢的比較

特性	ORM	手寫 SQL
開發效率	✅ 高，直接透過物件操作資料	❌ 低，每次都需手寫 SQL
可讀性	✅ 高，程式碼更直覺	❌ 低，SQL 嵌入程式碼較難讀
效能	❌ 可能較低	✅ 高，可手動優化查詢
移植性	✅ 高，支援多種資料庫	❌ 低，不同資料庫 SQL 語法不同
安全性	✅ 自動防 SQL 注入	❌ 需要手動處理安全性

ORM 適用場景

✅ 適合

快速開發 Web 應用程式（如 Django、Flask、Spring Boot）
小型專案與原型開發
需要跨資料庫的應用
CRUD 為主的應用

❌ 不適合

需要高效能的應用（如大規模數據分析、金融交易系統）
查詢邏輯非常複雜的應用（可能仍需手寫 SQL）

結論

ORM 透過物件來映射關聯式資料庫，使開發者可以不用寫 SQL，透過程式語言的方式進行資料庫操作。這使開發變得更快速、直覺，也提高了程式的可讀性與可維護性。

然而，ORM 並不是萬能的，當涉及到效能優化或複雜查詢時，仍然可能需要手寫 SQL。

因此，最好的方式通常是結合 ORM 與 SQL，在日常開發中使用 ORM 提高效率，而在高效能需求場景下直接使用 SQL。

如果你是初學者，推薦你先從 ORM 開始學習，熟悉基礎後，再學習 SQL 的最佳實踐！ 🚀

ORM（對象關係對映）：讓資料庫操作更簡單的工具

什麼是 ORM（對象關係對映）？

ORM 的起源與發明者

ORM 的運作原理

將資料表對應為程式中的類別

物件操作 → 自動轉換成 SQL

ORM 主要要解決的問題

SQL 與程式語言的「語法不匹配」

物件與關聯式資料表的「結構不匹配」

提高開發效率，減少重複的 SQL

簡化交易控制與關聯查詢

為什麼要使用 ORM？

提高開發效率

可讀性與維護性高

可移植性強

內建安全性

ORM 的缺點

效能可能較低

複雜查詢難以處理

學習成本

ORM 與 SQL 手寫查詢的比較

ORM 適用場景

結論

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ORM 的運作原理

將資料表對應為程式中的類別

物件操作 → 自動轉換成 SQL

ORM 主要要解決的問題

SQL 與程式語言的「語法不匹配」

物件與關聯式資料表的「結構不匹配」

提高開發效率，減少重複的 SQL

簡化交易控制與關聯查詢

為什麼要使用 ORM？

提高開發效率

可讀性與維護性高

可移植性強

內建安全性

ORM 的缺點

效能可能較低

複雜查詢難以處理

學習成本

ORM 與 SQL 手寫查詢的比較

ORM 適用場景

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