Entity Framework

Entity Framework, kurz auch EF, ist ein Framework für objektrelationale Abbildung (ORM). Es wurde von Microsoft entwickelt und dient dem ORM auf .Net-Framework- sowie auf .NET-Objektstrukturen. Seine erste finale Version erschien als Teil des .NET Framework 3.5 (Service Pack 1) im Jahr 2008. Damals trug es den Namen ADO.NET Entity Framework. Für die folgende Version, die die Nummer 4.0 trägt und 2010 als Teil des .NET Framework 4.0 erschien, wurde das Framework deutlich erweitert. Ab der Version 4.1 wird das Entity Framework unabhängig von der Entwicklung des .NET Frameworks fortgeführt. Etwa seit dem Jahr 2012, in dem die Version 5.0 erschien und Microsoft das Framework quelloffen verfügbar machte, heißt es Entity Framework. Ab der Version 6.0, die 2013 erschien, gehört das Framework nicht mehr zum .NET Framework.

ADO.NET Entity Framework (bis ca. 2012), Entity Framework
Basisdaten
Hauptentwickler	GitHub
Entwickler	Microsoft (ursprünglich)
Erscheinungsjahr	2008
Aktuelle Version	6.4.4 (15. Mai 2020)
Programmier­sprache	C#
Kategorie	ORM-Framework
Lizenz	Apache 2.0
EF auf GitHub

Entity Framework Core auch: EF Core
Basisdaten
Hauptentwickler	GitHub
Entwickler	Microsoft
Erscheinungsjahr	2016
Aktuelle Version	6.0.8 (August 2022)
Aktuelle Vorabversion	7.0 Preview 7 (August 2022)
Programmier­sprache	C#
Kategorie	ORM-Framework
Lizenz	Apache 2.0
EF Core auf GitHub

Einhergehend mit .NET Core gibt es seit 2016 das separate Framework Entity Framework Core, das auch EF Core genannt wird. Seit der .NET Core Version 3 ist dieses ein Zusatzpaket und nicht mehr automatisch Bestandteil von .NET Core.

Modellieransätze

Entity Framework Modellieransätze

	Code First	Model First
Keine Datenbank vorhanden	Bestehende Klassen werden mit Annotationen (Table, Column) ausgezeichnet, welche die Abbildung auf eine Datenbank steuern. Darauf aufbauend werden vom DbContext die Datenbank und die Datenbank-Tabellen modelliert und beim Aufruf der SaveChanges()-Methode erstellt.	Die Entity-Klassen werden mit einem grafischen Designer modelliert. Das Modell wird einerseits mit Hilfe des Text Template Transformation Toolkit (T4) und der zugehörigen T4-Skriptsprache in Entity-Klassen umgewandelt. Zudem erlaubt es der Designer, ein SQL-Skript zu erstellen, mit dem die Datenbank erstellt wird.
Verwendung einer bestehenden Datenbank	Die Entity-Klassen können entsprechend der vorgegebenen Datenbank manuell erstellt, modelliert und ausgezeichnet werden. Dies ist jedoch sehr arbeitsintensiv.	Mit Hilfe eines Assistenten wird die Datenbank abgefragt und entsprechend der Datenbankstruktur ein passendes Modell erstellt. Dieses wird mit einem T4-Skript in die entsprechenden Klassen umgewandelt.

Architektur

Prinzipielle Funktionsweise des ADO.NET Entity Framework

Überblick über wichtige ADO.NET Entity Framework Objekte

DbContext API (EF5)	EF4	Aufgabe
DbContext	ObjectContext	Stellt eine Verbindung mit der Datenbank dar. Stellt Methoden für Abfragen (Query), Änderungsverfolgung (Tracking) und Speichern (Save) bereit.
DbQuery	ObjectQuery	Stellt Methoden für das Hinzufügen (Add), Anhängen (Attach) und Entfernen (Remove) von Entitäten bereit.
DbSet	ObjectSet	Erbt von DbQuery/ObjectQuery und stellt die entsprechenden Methoden für Entity-Typen bereit.
Change Tracker API	ObjectContext.ObjectStateManager	Bietet Methoden, um Änderungen verfolgen zu können. Hierzu gehört das Abfragen des ursprünglichen und des derzeitigen Zustands von Entitäten.
Validation API	—	Automatische Validierung der Daten im DataLayer.
Code First Model Building	—	Reflektiert über Code-basierte Klassen, um für diese passende Datenbankobjekte und die zugehörigen Metadaten im Arbeitsspeicher und der Datenbank zu erstellen.

Verwendung

Erstellen eines Mappings mit CodeFirst

public class MyDbEntities : DbContext
{
   public IDbSet<Person> Persons { get; set; }

   // Fluent Configurations
   protected override void OnModelCreating(DbModelBuilder modelBuilder)
   {
      modelBuilder.Entity<Person>().ToTable("People");
      modelBuilder.Entity<Person>().Property(p => p.FirstName).IsRequired();
      // ...
   }
}

[Table("People")]
public class Person
{
   [Key]
   [Column("PersonId")]
   public int Id { get; set; }

   [Required]
   [MaxLength(255)]
   public string FirstName { get; set; }

   [Required]
   [MaxLength(255)]
   public string LastName { get; set; }

   // ...
}

Datenbank-Initialisierung

Die Datenbank wird im Entity Framework durch einen Initializer angelegt. Dieser wird ausgeführt, wenn das erste Entity dem Datenbankkontext hinzugefügt wird.

// setze Initialisierer
Database.SetInitializer(new DropCreateDatabaseAlways<MyDbEntities>());

using (var context = new MyDbEntities())
{
    var person = new Person() {
        FirstName = "William",
        LastName = "Adama",
        DateOfBirth = DateTime.Now
    };

   context.Persons.Add(person); // Datenbank-Initialisierer wird ausgeführt
   context.SaveChanges();
}

In ASP.NET MVC Projekten kann das InitializeSimpleMembership-Attribut eingesetzt werden, um eine Initialisierung der Datenbank zu gewährleisten.

Hinzufügen von Entities

using (var context = new MyDbEntities())
{
    // Erstelle zwei Personen-Entities
    var person1 = new Person() {
        FirstName = "William",
        LastName = "Adama",
        DateOfBirth = DateTime.Now
    };
    var person2 = new Person() {
        FirstName = "Laura",
        LastName = "Roslin",
        DateOfBirth = DateTime.Now
    };
    // Erstelle ein Adressen-Entity
    var address = new Address() {
        Street = "Market Street 70",
        City = "Philadelphia",
        State = "PA",
        Zip = "12345"
    };

    // Erste Variante
    context.Persons.Add(person1);

    // Zweite Variante
    // mit dem Kontext verlinken und als hinzugefügt markieren.
    context.Entry(person2).State = EntityState.Added;

    // Dritte Variante
    // Das Entity wird an ein bereits vom Kontext beobachtetes Entity gehängt
    person1.Address.Add(address);

    // Speichere Änderungen am Kontext in der Datenbank
    context.SaveChanges();
}

Abfrage von Daten

Abfragen aller Daten aus einem Datensatz:

using (var context = new MyDbEntities())
{
    foreach (var person in context.Persons) // entspricht SELECT * FROM [Persons]
    {
       // führt zusätzliche SQL-Abfragen an die Adresses-Tabelle
       // mit einem entsprechenden JOIN aus
       foreach (var address in person.Adresses)
       {
           // ...
       }
    }
}

Um zu verhindern, dass dieselbe Datenbankabfrage mehrfach ausgeführt wird, kann die ToList()-Methode verwendet werden:

using (var context = new MyDbEntities())
{
    var persons = context.Persons;

    // Datenbankabfrage wird ausgeführt und als Liste zurückgegeben
    var allPersons = persons.ToList();

    // Keine weitere Datenbankabfragen durch Verwendung der Liste
    foreach (var person in allPersons) { /* ... */ }
    foreach (var person in allPersons) { /* ... */ }
}

Sucht ein bestimmtes Objekt in der Datenbank:

var person = context.Persons.SingleOrDefault(p => p.PersonId == personId);

oder in Comprehension Syntax:

var person = (from p in context.Persons
              where p.PersonId == personId
              select p).SingleOrDefault();

LINQ Selectors

Methode	Ergebnis
Single()	Gibt das eine Element zurück, welches die Anfrage liefert. Wirft eine Exception, falls keine oder mehrere Ergebnisse zurückgeliefert werden.
SingleOrDefault()	Gibt das eine Element zurück, welches die Anfrage liefert. Gibt null zurück, falls keine Ergebnisse geliefert werden. Wirft eine Exception, falls mehrere Ergebnisse zurückgeliefert werden.
First()	Gibt das erste Element zurück, falls die Anfrage ein oder mehrere Ergebnisse liefert. Wirft eine Exception, falls keine Ergebnisse zurückgeliefert werden.
FirstOrDefault()	Gibt das erste Element zurück, falls die Anfrage ein oder mehrere Ergebnisse liefert. Gibt null zurück, falls keine Ergebnisse zurückgeliefert werden.

Bei Db-Objekten steht zudem die Find()-Methode bereit. Diese sucht das Objekt zuerst im Arbeitsspeicher und macht eine Datenbankabfrage, falls das Objekt nicht im Speicher gefunden wird:

var person = context.Persons.Find(personId);

Lazy, Eager und Explicit Loading

Das Entity Framework verwendet im Normalfall lazy loading, bei dem Daten aus der Datenbank erst dann geladen werden, wenn die Daten abgefragt werden:

// lazy loading
// nur die Personen werden abgefragt und geladen
var persons = context.Peoples;

Falls weitere Daten mitgeladen werden müssen, wird eager loading verwendet:

// eager loading
// Adressen werden bereits bei der Abfrage der Personen geladen
var persons = context.Peoples.Include("Addresses");

// LINQ-to-Entities Beispiel für eager loading
var persons = context.Peoples.Include("Addresses").Where(p => p.FirstName == fname);

oder typsicher ab EF5:

// LINQ-to-Entities Beispiel für eager loading
var persons = context.Peoples.Include(p => p.Addresses).Where(p => p.FirstName == fname);

Das explizite Laden (explicit loading) der Daten ist ähnlich dem lazy loading, erlaubt jedoch das Laden der Navigationseigenschaften (navigation properties).

// explicit loading
var persons = context.Peoples; // wie lazy loading; Adressen werden nicht mitgeladen
foreach (var person in persons)
{
    person.Addresses.Load(); // explicit loading; navigation properties für Adressen werden geladen
    foreach (var address in person.Addresses)
    {
        // ...
    }
}

Delete Entities

Löschen eines Entities im Entity Framework 4:

using (var context = new MyDbEntities())
{
    // Abfrage eines Entities aus der Datenbank
    var person = context.Persons.SingleOrDefault(p => p.Id == id);
    if (person == null)
       return;

    context.Persons.DeleteObject(person);
    context.SaveChanges();
}

Löschen eines Entities im Entity Framework 5:

using (var context = new MyDbEntities())
{
    // Abfrage eines Entities aus der Datenbank
    var person = (for p in context.Persons.SingleOrDefault(p => p.Id == id);

    if (person == null)
        return;

    context.Entry(person).State = EntityState.Deleted; // Entity zur Löschung markieren
    context.SaveChanges(); // Entity in der Datenbank löschen
}

Vorkompilierte Abfragen

Datenbankanfragen werden vom Entity Framework in für die Datenbankschnittstelle passende Anfragen kompiliert. Dieser Vorgang kostet jedoch Zeit, weshalb kompilierte Anfragen – sofern diese erneut benötigt werden – nicht verworfen, sondern in einem Objekt gespeichert und später wiederverwendet werden sollten.

Um bei der ersten Verwendung einer Abfrage mit dem Entity Framework 4 Zeit zu sparen, können Abfragen vorkompiliert werden.

static Func<MyDbEntities, int, ObjectQuery<Person>> QueryContactById =
    CompiledQuery.Compile<MyDbEntities, int, IQueryable<Person>>( (context, personId) => context.Persons.Select(p => p.Id == personId) );

Im Entity Framework 5 werden Abfragen automatisch bei der Erstellung vorkompiliert.

Transaktionen

using (var context = new MyDbEntities())
{
    using (var scope = new TransactionScope())
    {
        // Der TransactionScope sucht den neuesten Context auf dem
        // Stacktrace und verlinkt sich automatisch mit diesem
        try
        {
            // Bearbeitung von Entities

            context.SaveChanges(); // Speichern der Änderungen in der Datenbank
            scope.Complete(); // Transaktion wird abgeschlossen
        }
        catch (InvalidOperationException e)
        {
            // Transaktion fehlgeschlagen
        }
    } // scope.Dispose()
} // context.Dispose()

Code First Migrations

Code First Migrations ist eine Reihe von Powershell-Skripten, welche die Datenbankmigration erleichtern.

• Enable-Migrations

  erstellt ein Migrations-Skript

• Add-Migration

  Erstelle ein Skript zur Herstellung der aktuellen Datenbankstruktur

• Update-Database

  Bringt die Datenbankstruktur auf einen bestimmten Zustand. Standardmäßig wird das neueste Migrationsskript verwendet.

Literatur

• Andrew Troelsen: Pro C# 5.0 and the .Net 4.5 Framework. Springer, 2012, ISBN 978-1-4302-4233-8, S. 1560. 
• Julia Lerman, Rowan Miller: Programming Entity Framework: DbContext; Querying, Changing, and Validating Your Data with Entity Framework. O’Reilly Media, 2012, ISBN 978-1-4493-1296-1, S. 258. 
• Julia Lerman, Rowan Miller: Programming Entity Framework: Code First; Creating and Configuring Data Models from Your Classes. O’Reilly Media, 2012, ISBN 978-1-4493-1294-7, S. 194. 

Weblinks

• Microsoft .NET Entity Framework. In: CodePlex. Microsoft, abgerufen am 12. März 2015 (englisch, Projektseite mit Quellcode des Entity Frameworks). 
• Entity Framework Tutorial. Abgerufen am 12. März 2015 (englisch). 
• Entity Framework Grundlagen Video. Abgerufen am 15. März 2015. 
• Performance Considerations for Entity Framework 5. Abgerufen am 11. November 2012 (englisch). 
• Get Started with Entity Framework (EF). In: Data Developer Center. Microsoft, abgerufen am 12. November 2012 (englisch). 
• Entity Framework Power Tools. In: Data Developer Center. Microsoft, abgerufen am 30. März 2013 (englisch).