JPA、Hibernate 和 Spring Data JPA 中的数据库审计

教程

1、概览

就 ORM 而言，数据库审计指的是跟踪和记录与实体相关的事件，或者简单地说是实体版本管理。受 SQL 触发器的启发，这些事件是对实体的插入、更新和删除操作。数据库审计的好处类似于源代码版本控制。

本文将带你了解在应用中使用审计的三种方法。首先介绍来自于 JPA 标准的审计实现、然后再介绍由 Hibernate 和 Spring Data 分别提供的审计的扩展实现。

下面是本文中使用的相关实体 Bar 和 Foo 示例：

Bar 和 Foo 实体关系图

2、JPA 审计

JPA 并没有明确包含审计 API，但我们可以通过使用实体生命周期事件来实现这一功能。

2.1、@PrePersist、@PreUpdate 和 @PreRemove

在 JPA 实体类中，我们可以使用 @PrePersist、@PreUpdate 和 @PreRemove 注解指定一个方法作为回调，以在相应的 DML 操作前执行它。

@Entity
public class Bar {
      
    @PrePersist
    public void onPrePersist() { ... }
      
    @PreUpdate
    public void onPreUpdate() { ... }
      
    @PreRemove
    public void onPreRemove() { ... }
      
}

实体内部的回调方法应是非 static 的，返回类型为 void，且不带参数。访问权限任意。

注意，JPA 中的 @Version 注解与本文的主题没有关系，它是一种乐观锁，与审计数据无关。

2.2、实现回调方法

不过，这种方法有一个很大的限制。正如 JPA 2 规范（JSR 317）所述：

一般来说，可移植应用的生命周期方法不应在同一持久化上下文（Persistence Context）中调用 EntityManager 或 Query 操作、访问其他实体实例或修改关系。生命周期回调方法可修改被调用实体的非关联状态。

在没有审计框架的情况下，我们必须手动维护数据库 Schema 和 Domain Model。

在本例中，我们为实体添加两个新属性（只能管理 “实体的非关联状态”）。

  • operation 属性用于存储执行操作的名称。
  • timestamp 属性用于存储执行操作的时间戳。
@Entity
public class Bar {
     
    //...
     
    @Column(name = "operation")
    private String operation;
     
    @Column(name = "timestamp")
    private long timestamp;
     
    //...
     
    // get /set 方法省略
     
    //...
     
    @PrePersist
    public void onPrePersist() {
        audit("INSERT");
    }
     
    @PreUpdate
    public void onPreUpdate() {
        audit("UPDATE");
    }
     
    @PreRemove
    public void onPreRemove() {
        audit("DELETE");
    }
     
    private void audit(String operation) {
        setOperation(operation);
        setTimestamp((new Date()).getTime());
    }
     
}

如果我们需要在多个类中添加此类审计，可以使用 @EntityListeners 来集中管理：

// 指定监听回调类
@EntityListeners(AuditListener.class)
@Entity
public class Bar { ... }

public class AuditListener {
    
    // 监听回调类中的事件方法
    @PrePersist
    @PreUpdate
    @PreRemove
    private void beforeAnyOperation(Object object) { ... }
    
}

3、Hibernate Envers

在 Hibernate 中，我们可以利用拦截器（Interceptor）和事件监听器（EventListener）以及数据库触发器来完成审计。

然而，ORM 框架提供了 Envers 模块，它可以实现实体类的审计和版本控制。

3.1、Envers 入门

要使用 Envers，需要在项目中添加 hibernate-envers 依赖：

<dependency>
    <groupId>org.hibernate.orm</groupId>
    <artifactId>hibernate-envers</artifactId>
    <version>6.4.4.Final</version>
</dependency>

然后，在 @Entity 上（审核整个实体）或在特定的 @Column 上（只审计特定属性）添加 @Audited 注解：

@Entity
@Audited
public class Bar { ... }

注意，Bar 与 Foo 是一对多的关系。在这种情况下，我们要么在 Foo 上添加 @Audited 来审计 Foo，要么在 Bar 的关系属性上设置 @NotAudited：

@OneToMany(mappedBy = "bar")
@NotAudited
private Set<Foo> fooSet;

3.2、创建审计日志表

创建审计表有几种方法：

  • 将 hibernate.hbm2ddl.auto 设置为 create、create-drop 或 update，以便 Envers 自动创建它们。
  • 使用 org.hibernate.tool.EnversSchemaGenerator 以编程式导出完整的数据库 Schema。
  • 设置 Ant task 以生成适当的 DDL 语句。
  • 使用 Maven 插件从映射（如 Juplo）生成数据库 Schema，以导出 Envers Schema（适用于 Hibernate 4 及更高版本）

这里采用第一种方法，因为这是最直接的方法，但要注意，在生产中使用 hibernate.hbm2ddl.auto 并不安全。

在本例中，bar_AUD 和 foo_AUD（如果将 Foo 也设置为 @Audited）表会自动生成。审计表会从实体表中复制所有需要审计的字段，并包含两个额外的字段 REVTYPE（值为 0 表示添加，1 表示更新，2 表示更新）和 REV。

除此之外，默认情况下还会额外生成一个名为 REVINFO 的表。它包括两个重要字段：REV 和 REVTSTMP，并记录每次修订的时间戳。我们其实可以猜到，bar_AUD.REV 和 foo_AUD.REV 实际上是 REVINFO.REV 的外键。

3.3、配置 Envers

可以像配置其他 Hibernate 属性一样配置 Envers 属性。

例如，通过 org.hibernate.envers.audit_table_suffix 属性把审计表的后缀（默认为 _AUD）改为 _AUDIT_LOG：

Properties hibernateProperties = new Properties(); 
hibernateProperties.setProperty(
  "org.hibernate.envers.audit_table_suffix", "_AUDIT_LOG"); 
sessionFactory.setHibernateProperties(hibernateProperties);

完整可用的属性列表，请参阅 Envers 文档。

3.4、查询实体历史的记录

我们可以通过类似于使用 Hibernate Criteria API 查询数据的方式来查询历史数据。

使用 AuditReader 接口访问实体的审计历史记录，通过 AuditReaderFactory 从打开的 EntityManager 或 Session 中获取该接口：

AuditReader reader = AuditReaderFactory.get(session);

Envers 提供了 AuditQueryCreator（由 AuditReader.createQuery() 返回），以便创建特定于审计的查询。下面的一行代码会返回在修订 #2 时修改的所有 Bar 实例（其中 bar_AUDIT_LOG.REV = 2）：

AuditQuery query = reader.createQuery()
  .forEntitiesAtRevision(Bar.class, 2)

下面是查询 Bar 修订情况的方法。这将返回一个包含所有受审计的 Bar 实例及其所有状态的列表：

AuditQuery query = reader.createQuery()
  .forRevisionsOfEntity(Bar.class, true, true);

如果第二个参数为 false，结果将与 REVINFO 表连接。否则，只返回实体实例。最后一个参数指定是否返回已删除的 Bar 实例。

然后，就可以使用 AuditEntity 工厂类来指定约束条件：

query.addOrder(AuditEntity.revisionNumber().desc());

4、Spring Data JPA

Spring Data JPA 是一个 JPA 的扩展框架，它在 JPA Provider 之上添加了一个额外的抽象层。该层支持通过继承 Spring JPA Repository 接口来创建 JPA Repository。

我们可以继承 CrudRepository<T, ID extends Serializable>，这是用于通用 CRUD 操作的接口。只要我们创建了 Repository 并将其注入另一个组件，Spring Data 就会自动提供实现，我们就可以添加审计功能了。

4.1、启用 JPA 审计

首先，需要通过注解配置启用审计。在 @Configuration 类中添加 @EnableJpaAuditing：

@Configuration
@EnableTransactionManagement
@EnableJpaRepositories
@EnableJpaAuditing      // 启用 JPA 审计
public class PersistenceConfig { ... }

4.2、 添加 Spring 实体回调监听器

如上所述，JPA 提供了 @EntityListeners 注解来指定回调监听器类。

Spring Data 提供了自己的 JPA 实体监听器类 AuditingEntityListener。

为 Bar 实体指定 Spring 的实体回调监听器：

@Entity
@EntityListeners(AuditingEntityListener.class)
public class Bar { ... }

现在，我们可以通过监听器在持久化和更新 Bar 实体时捕获审计信息。

4.3、跟踪创建日期和最后修改日期

接下来，为 Bar 实体添加两个新属性，用于存储创建日期和最后修改日期。并相添加应的 @CreatedDate 和 @LastModifiedDate 注解，其值会被自动设置：

@Entity
@EntityListeners(AuditingEntityListener.class)
public class Bar {
    
    //...
    
    // 创建时间
    @Column(name = "created_date", nullable = false, updatable = false)
    @CreatedDate
    private long createdDate;

    // 修改时间
    @Column(name = "modified_date")
    @LastModifiedDate
    private long modifiedDate;
    
    //...
    
}

一般来说，应该将这些审计属性移至一个 Base 类（用 @MappedSuperClass 进行注解），所有需要审计的实体直接继承该 Base 类。在本例中，为了简单起见，直接将它们添加到了 Bar 实体中。

4.4、使用 Spring Security 审计操作人

如果我们的应用使用了 Spring Security，我们就可以跟踪创建人和最后修改人：

@Entity
@EntityListeners(AuditingEntityListener.class)
public class Bar {
    
    //...
    
    // 创建人
    @Column(name = "created_by")
    @CreatedBy
    private String createdBy;

    // 修改人
    @Column(name = "modified_by")
    @LastModifiedBy
    private String modifiedBy;
    
    //...
    
}

使用 @CreatedBy 和 @LastModifiedBy 注解的列将填充为创建或最后修改实体的用户的名称。

该信息来自 SecurityContext 的 Authentication 实例。如果想要自定义设置注解字段的值，那么可以实现 AuditorAware<t> 接口：

public class AuditorAwareImpl implements AuditorAware<String> {
 
    @Override
    public String getCurrentAuditor() {
        // 自定义逻辑
    }

}

要配置应用使用 AuditorAwareImpl 查找当前 Principal（认证用户），需要声明一个 AuditorAware 类型的 Bean，并用 AuditorAwareImpl 实例进行初始化，然后将该 Bean 的名称指定为 @EnableJpaAuditing 的 auditorAwareRef 参数的值：

@EnableJpaAuditing(auditorAwareRef="auditorProvider")
public class PersistenceConfig {
    
    //...
    
    @Bean
    AuditorAware<String> auditorProvider() {
        return new AuditorAwareImpl();
    }
    
    //...
    
}

5、总结

本文介绍了三种实现审计功能的方法：

  • 纯粹的 JPA 方法是最基本的方法，它包括使用生命周期回调。然而，我们只允许修改实体的非关联状态。这使得 @PreRemove 回调对我们的目的无用，因为方法中进行的任何设置都将随实体一起被删除。
  • Envers 是 Hibernate 提供的成熟的审计模块。它具有高度可配置性，并且不会出现纯 JPA 实现的缺陷。因此，它允许我们对删除操作进行审计，因为它会将日志记录到实体表以外的其他表中。
  • Spring Data JPA 方法对 JPA 回调进行了抽象，并为审计属性提供了方便的注解。它还可以与 Spring Security 集成。缺点是它继承了 JPA 方法的相同缺陷，因此无法对删除操作进行审计。

你可以根据你的需求，选择合适的方法。

Ref：https://www.baeldung.com/database-auditing-jpa