Kapitel 11

Ludwig Maximilians Universität München
Institut für Informatik
Lehr
Lehr- und Forschungseinheit für Datenbanksysteme
Skript zur Vorlesung
Datenbanksysteme I
Wintersemester 2011/2012
Kapitel
p
11:
Anwendungsentwicklung
Vorlesung: Prof. Dr. Christian Böhm
Übungen: Andreas Züfle,
Züfle Sebastian Goebl
Skript © 2004 Christian Böhm
http://www.dbs.ifi.lmu.de/cms/Datenbanksysteme_I
Client-Server-Architektur
2
Kapitel 11: An
K
nwendungseentwicklung
Datenbanksysteme I
D
• Datenbankanwendungen unterstützen gleichzeitige Arbeit
von vielen Benutzern
• Dienstnehmer (Client) nimmt Dienste eines Dienstleisters
(S
(Server)
) zur E
Erfüllung
füll
seiner
i
Aufgaben
A f b in
i Anspruch:
A
h
Client
Server
1. Anforderung
2. Bearbeitung
3 Antwort
3.
A t
t
Kapitel 11: An
K
nwendungseentwicklung
Datenbanksysteme I
D
Client-Server-Architektur
• Für jeden Server bekannt, welche Dienste er erbringen
kann
• Protokoll:
R l Interaktionen
Regelt
I
ki
(d.h.
(d h Aufbau
A fb der
d Anforderung
A f d
undd der
d
Antwort)
• Asymmetrische Beziehung zw.
zw Client und Server
– Möglich, daß ein Client seinerseits wieder Server für
einen anderen Dienst ist:
Client
Server/Client
Server
3
4
Kapitel 11: An
K
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Datenbanksysteme I
D
DB-Server
• Datenbankanwendungen:
– Mehrere Benutzer arbeiten auf gemeinsamen Daten
– Zentrale Kontrollinstanz ist erforderlich
– PCs sind Frontends zur Darstellung und
benutzerfreundlichen Manipulation der Daten
Clients
Server
Kapitel 11: An
K
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D
Aufteilung
g der Funktionalität
• Funktionsgruppen von Datenbankanwendungen:
– Präsentation und Benutzerinteraktion
– Anwendungslogik (im eigentlichen Sinn)
– Datenmanagement (Anfragebearbeitung)
• Trennung an jeder beliebigen Stelle:
– Präsentation und Interaktion meist vollst. im Client
– Datenmanagement
g
meist vollständigg im Server
– Anwendungslogik:
• meist im Client
• im Server: typ. Großrechner-Anwendungen
• Aufteilung der Logik: „gespeicherte Prozeduren“
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6
Kapitel 11: An
K
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D
Benutzerschnittstelle
Fat Client
Stored Procedure
Benutzerschnittstelle
Benutzerschnittstelle
Anwendungslogik
Hauptprogramm
Anwendungslogik
DB Schnittstelle
DB-Schnittstelle
DB-Schnittstelle
DB
Prozeduren
DB-Schnittstelle
DB
DB
Serverr
Thin Client
Clientt
Aufteilung
g der Funktionalität
Kapitel 11: An
K
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D
Aufteilung
g der Funktionalität
• Trennung zwischen Client und Server auch innerhalb einer
Funktionsgruppe möglich:
– Web-Anwendung:
S
Server
erbringt
bi
teilweise
il i Präsentationsfunktionalität
Pä
i f k i li ä
Client hat nur Standard-Darstellungsfunktionalität
– Seiten-Server:
Seiten Server:
Teil der Anfragefunktionalität (SQL) liegt im Client
Server hat nur die Funktionalität, Datenblöcke gem.
Adresse zu speichern und zu laden
• 3-stufige
g Hierarchie:
– Applikationslogik bildet eigenes Client-Server-Modell
– Applikations-Server
pp
ist Datenbank-Client
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Aufteilung
g der Funktionalität
DB-Schnittst. (SQL)
Anwendungslogik
Webserver
A
Anwendungslogik
d
l ik
Seiten Schnittstelle
Seiten-Schnittstelle
DB-Schnittstelle
DB
DB
Serverr
Kapitel 11: An
K
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D
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Anwendungslogik
DB-Schnittstelle
DB
Cliient
Benutzerschnittstelle
DB-Serverr Appl..-Serveer
Benutzerschnittstelle
Browser
Application
pp
Server
Page
g Server
Clientt
Web Applikation
pp
Kapitel 11: An
K
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D
Protokoll
• Client und Server können
– auf dem selben Rechner laufen
– auf verschiedenen Rechnern laufen, die über ein
Netzwerk miteinander kommunizieren
• Die Kommunikation zwischen Client und Server wird in
j d Fall
jedem
ll durch
d h ein
i Protokoll geregelt:
l
– Bei Web-Anwendungen: http
– A.-Logik/DB-Schnittstelle: Spez. Protokoll des DBMS
• Anforderung: im wesentlichen SQL-Anfrage
• Antwort:
Ant ort: Tabelle bzw.
b
Liste von
on Tupeln
T peln
– Bei Applikationsservern:
Standard-Protokolle
Standard
Protokolle wie RMI,
RMI CORBA
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10
Kapitel 11: An
K
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D
Vor-/Nachteile der Varianten
• Kriterien:
– Netzbelastung
– Belastung des Server-Rechners
(gemeinsame Ressource für alle)
– Belastung der Clients-Rechner
( f schlecht
(oft
hl h ausgestattete Bürorechner)
h )
– Flexibilität
– Entwicklungsaufwand
SQL
Q

Java
Ausdrucksmächtigkeit
Kapitel 11: An
K
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D
Optimierbarkeit
T i i
Terminierung
• SQL
SQL: keine
k i Schleifen,
S hl if etc.
t
• Anwendungslogik:
Konventionelle Programmiersprache nötig
• SQL wird mit herkömmlicher Programmiersprache
(Hostsprache) gekoppelt
11
Kopplung
pp g SQL/Host-Sprache
Q
p
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K
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D
• Idee:
– Java-Programm (z.B.) enthält SQL-Anfragen
– Diese werden an DB-Server gesandt
– Server schickt als Antwort Ergebnistabelle
– Java-Programm verarbeitet diese Tabelle:
• Darstellung der Tupel am Bildschirm
• ggf. weitere Anforderungen an die DB
• Probleme:
– Wie können die SQL-Anfragen in das Programm
i t i t werden
integriert
d (verschiedene
(
hi d
Sprachen)
S
h )
– Unterschiedliche Datenstruktur-Konzepte
• Java
J
kkann nicht
i ht Tabellen
T b ll verarbeiten
b it
Integration
g
der Anfragen
g
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Grundsätzlich zwei verschiedene Möglichkeiten:
• Call-Level-Schnittstellen:
Es gibt eine Bibliothek mit speziellen Prozeduren, die die
A f
Anfrage
als
l Parameter
P
enthalten:
h l
– CLI, ODBC, OCI, JDBC:
Statement stmt = con
con.createStatement
createStatement () ;
ResultSet rs = stmt.executeQuery (“select * from ...“) ;
• Einbettungg (Embedded
(
SQL):
Q )
Ein spezielles Schlüsselwort oder Zeichen kennzeichnet
SQL-Anfrage (Vorübersetzung):
– Embedded SQL-C (und versch. andere), JSQL, SQLJ:
#sql {insert into Mitarbeiter values (25, “Meier“, 1) } ;
13
Das Cursor-Konzept
p
• In beiden Fällen nicht möglich/sinnvoll, sofort die gesamte
E b i T b ll an das
Ergebnis-Tabelle
d Hostprogramm
H t
zu übergeben:
üb
b
– Nicht möglich wegen sog. Impedance Mismatch:
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• SQL beruht auf der Datenstruktur „Tabelle
Tabelle“
• Java beruht auf der Datenstruktur „Datensatz“ (bzw. Tupel,
Klasse)
– Nicht
i h sinnvoll,
i
ll weil
il Ergebnis
b i sehr
h großß werden
d kann:
k
• Client-Rechner oft schwach ausgestattet
• Übertragung des gesamten Ergebnisses kostet Zeit
Zeit, in der der
Benutzer warten muß (erste Ergebnisse)
• Anwendungsprogramm braucht oft nur einen Teil der
Ergebnistupel
Das Cursor-Konzept
p
• Deshalb wird die Ergebnistabelle grundsätzlich tupelweise
an das Hostprogramm übergeben.
• Cursor: Position des aktuellen Tupels
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D
DB-Server:
DB-Anwendung:
Variablen:
Anfrageergebnis:
i:
j:
Cursor:
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Programmierschritte
g
beim Cursor
• Grundsätzlich sind 4 Schritte erforderlich:
16
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Declaration
Verknüpfung des Cursors mit
Q
g
einer bestimmten SQL-Anfrage
O
Open
Auftrag an den DB-Server
DB Server,
die Anfrage zu bearbeiten
Fetch
Verarbeitung der Ergebnistupel
durch das Anwendungsprogramm
Close
Freigabe von Ressourcen
((z.B. Ergebnistabelle
g
in der DB))
Weitere Aufgaben
g
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• Über das reine Absetzen von Anfragen hinaus sind weitere
Interaktionen mit dem DBS nötig:
– Verwalten der Verbindung:
• Verbindungsaufbau zu einer oder mehreren DBs
• Verbindungsabbau
• Authentifizierung mit Benutzername/Passwort
– Management von Transaktionen
• commit
• rollback
– Fehlerbehandlungg
– Aufruf von gespeicherten Prozeduren
sowie deren Verwaltung
17
Java Database Connectivity
y JDBC
18
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D
• Call Level Interface (Bibliotheksfunktionen)
• Eng verwandt mit Microsofts ODBC
– ähnliches Konzept für verschiedene Wirtssprachen
• Idee:
Hersteller-Unabhängigkeit durch Treiber
Applikation
Treiber-Manager
T ib 1
Treiber
T ib 2
Treiber
Oracle
MySQL
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Verbindungsaufbau
g
• Der prinzipielle Ablauf einer DB-Anwendung umfasst die
folgenden Einzelschritte:
– Laden des geeigneten Treibers
– Aufbau einer Verbindung zur Datenbank
– Senden einer SQL-Anweisung
– Verarbeiten der Anfrageergebnisse
• Diesen Schritten sind jeweils Java-Klassen zugeordnet:
–
–
–
–
java.sql.DriverManager
java.sql.Connection
java sql Statement
java.sql.Statement
java.sql.ResultSet
19
Treiber und Verbindungsaufbau
g
• Es muß also java.sql.* importiert werden.
• Laden des Datenbank-Treibers für Oracle:
Class.forName (“oracle.jdbc.driver.OracleDriver“) ;
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D
• Einrichten
Ei i h einer
i
Verbindung
V bi d
durch
d h Treiber-Mgr:
T ib M
Connection con = DriverManager.getConnection (
“jdbc:oracle:oci8:@dbis01“
jdbc:oracle:oci8:@dbis01 , “scott“
scott , “tiger“)
tiger ) ;
richtet folgende Verbindung ein:
– Datenbankname:
dbis01
– Benutzername:
scott
– Passwort:
tiger
• Connection-Objekt (hier: con) ist Ausgangspunkt für alle
weiteren Aktionen
Änderungs-Anweisungen
g
g
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• Ausgangspunkt: das Connection-Objekt
• Zunächst muß ein Statement-Objekt erzeugt werden (dient
für Verwaltungszwecke)
• insert, delete und update mittels der Methode
executeUpdate:
Statement stmt = con.createStatement
con createStatement () ;
int rows = stmt.executeUpdate
(“update Produkt set Bestand=5 where ProdID=3“) ;
Transaktionssteuerung:
• Nach Verbindungsherstellung Auto-Commit-Modus (jede Änderung
wird ohne explizites Commit sofort permanent)
• später Näheres
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Retrieval-Anweisungen
g
• Ausgangspunkt: Wieder Connection-Objekt
• Für Verwaltungszwecke: Statement-Objekt
• Ein Cursor wird deklariert und geöffnet
durch die Methode executeQuery (query):
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Statement stmt = con.createStatement () ;
ResultSet rs = stmt.executeQueryy ((“select * from Mitarbeiter“)) ;
• Das Rückgabeobjekt (hier rs) vom Typ ResultSet ist aber
noch nicht die Ergebnistabelle selbst sondern eine ID für
d entsprechenden
den
t
h d Cursor
C
• Um 1. (2., 3,...) Datensatz zu laden, Methode next:
while (rs
(rs.next
next ( ) ) {
/* Datensatz verarbeiten */
}
Schließen in JDBC implizit
durch Garbage Collection
ffalse,
l wenn kein
k i D
Datensatz
t
t
(mehr) vorhanden ist
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Retrieval-Anweisungen
g
• Zugriff auf die einzelnen Attribute durch Spalten-Indizes
(beginnend bei 1) über die Funktionen:
– getString (i)
– ggetDouble (i)
()
– getInt (i) usw.
die einen Wert des entsprechenden Typs liefern.
• Beispiel:
Statement stmt = con.createStatement ( ) ;
ResultSet rs = stmt.executeQuery
Q y (“select
(
* from Mitarbeiter“)) ;
while (rs.next ( ) ) {
int pnr = rs.getInt (1) ;
g name = rs.getString
g
g ((2)) ;
String
double gehalt = rs.getDouble (5) ;
System.out.println (pnr + “ “ + name + “ “ + gehalt) ;
}
23
Fehlerbehandlung
g
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• Datenbankanweisungen können fehlschlagen, z.B.
– Connect mit einer nicht existenten Datenbank
– Select auf eine nicht existente Tabelle usw.
• In Java generell mit folgendem Konstrukt:
try {
// Aufruf von JDBC-Anweisungen,
// die möglicherweise
g
Fehler generieren
g
} catch (SQLException exc) {
// Fehlerbehandlung, z.B.
System out println (exc.getMessage
System.out.println
(exc getMessage ( ) ) ;
}
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Vorübersetzte SQL-Anfragen
Q
g
• Bisher:
Jede Anfrage wird als String an DBMS übergeben
– Vorteil: Flexibel
– Nachteil:
N h il Jedes
J d mall Übersetzungsaufwand
Üb
f
d
• Werden oft ähnliche Anfragen gestellt, empfiehlt sich, auf
wiederholte Übersetzung zu verzichten
– Parametrisierbarkeit ist wichtig
PreparedStatement
P
dSt t
t stmt
t t = con.prepareStatement
St t
t
( “ insert into Mitarbeiter values (?, ?, ?, NULL, 0.0) “ );
• Die einzelnen Platzhalter müssen vor dem Ausführen mit
SetInt, SetString, ... besetzt werden
– Spaltenindizes
p
(beginnend
( g
bei 1))
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Vorübersetzte SQL-Anfragen
Q
g
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• Beispiel:
PreparedStatement stmt = con.prepareStatement
( “ insert into Mitarbeiter values (?,
( ?, ?, NULL, 0.0)) “ ));
// erstes Insert:
stmt.setInt (1, 25) ;
stmt.SetString (2, “Wagner“) ;
stmt.SetString (3, “Richard“) ;
stmt.executeUpdate ( ) ;
// zweites Insert:
stmt.SetInt
t t S tI t (1,
(1 26) ;
...
stmt.executeUpdate ( ) ;