Datenbank - htw saar

Rückblick
§ Datenbankschnittstellen erlauben Zugriff auf Datenbank
aus einer externen Anwendung
§ Portabilität als wichtige Anforderung, d.h. RDBMS oder
Programmiersprache soll leicht austauschbar sein
§ Call-Level Interfaces als Schnittstellen für bestimmtes
RDBMS und bestimmte Programmiersprache
§ Open Database Connectivity (ODBC) erreicht
Entkopplung durch Verwendung von Treibern
§ Java Database Connectivity (JDBC) für Java-Code
Datenbanken / Kapitel 11: Datenbankschnittstellen
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Transaktionskontrolle
§ Beim Ausführen des ersten SQL-Kommandos über
eine Verbindung (Connection) wird implizit eine
neue Transaktion begonnen
§ Festschreiben (commit) oder Zurückrollen (rollback) der
Transaktion ist mit folgenden Kommandos möglich
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conn . commit (); // im try
conn . rollback (); // im try
Datenbanken / Kapitel 11: Datenbankschnittstellen
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Transaktionskontrolle
§ Verbindung kann auf automatisches Festschreiben
(auto commit) umgestellt werden, so dass jedes
SQL-Kommando direkt festgeschrieben wird
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conn . setAutoCommit ( true );
§ Achtung: Bei einigen Treibern ist dies die Voreinstellung;
ggf. empfiehlt es sich zuerst den aktuellen Wert
mittels getAutoCommit auszulesen
Datenbanken / Kapitel 11: Datenbankschnittstellen
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Transaktionskontrolle
§ Isolationsstufe der Verbindung kann gesetzt werden mit
der Methode setTransactionIsolation, welche eine
der folgenden Konstanten als Parameter erwartet
§ Connection.TRANSACTION_READ_UNCOMMITTED
§ Connection.TRANSACTION_READ_COMMITTED
§ Connection.TRANSACTION_REPEATABLE_READ
§ Connection.TRANSACTION_SERIALIZABLE
Datenbanken / Kapitel 11: Datenbankschnittstellen
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Fehlerbehandlung (SQLException)
§ SQLException als Ausnahmeklasse für alle Fehler
z.B. beim Verbindungsaufbau oder inkorrektem SQL
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Connection conn = null ;
Statement stmt = null ;
ResultSet rs = null ;
try {
...
} catch ( SQLException sqle ) {
System . out . println ( " Fehler : " + sqle . getMessage ());
... // F ehler bearbe itung
} finally {
if ( rs != null ) try { rs . close ();} catch ( SQLException sqle ) {};
if ( stmt != null ) try { stmt . close ();} catch ( SQLException sqle ) {};
if ( conn != null ) try { conn . close ();} catch ( SQLException sqle ) {};
}
§ Schließen aller JDBC-Objekte, um Ressourcen auf Client
(z.B. RAM) oder Server (z.B. Sockets) freizugeben
Datenbanken / Kapitel 11: Datenbankschnittstellen
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Vorkompiliertes SQL (PreparedStatement)
§ Anwendungen führen oft zahlreiche SQL-Kommandos
gleicher Bauart auf dem RDBMS via JDBC aus
§ Einfügen von Datensätzen mittels INSERT
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INSERT INTO Studenten ( MatrNr , Vorname , Name ) VALUES (? , ? , ?)
§ Anfragen mit Primärschlüssel als Selektionsprädikat
1
SELECT * FROM Studenten WHERE MatrNr = ?
§ Isolierte Ausführung jedes der baugleichen SQLKommandos ist teuer, da das RDBMS
§ jedes SQL-Kommando erneut parsen muss
§ jedes SQL-Kommando Netzwerkkommunikation erfordert
Datenbanken / Kapitel 11: Datenbankschnittstellen
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Vorkompiliertes SQL (PreparedStatement)
§ Vorkompiliertes SQL bietet Möglichkeit, baugleiche SQLKommandos in einer Art Schablone zusammenzufassen
§ das SQL-Kommando muss so nur einmal geparst werden
§ beim Einfügen können Gruppen (batches) von Zeilen auf
einmal, mit einer Netzwerkkommunikation, eingefügt werden
§ JDBC stellt mit der Klasse PreparedStatement eine
Klasse bereit, die solches vorkompiliertes SQL erlaubt
Datenbanken / Kapitel 11: Datenbankschnittstellen
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Vorkompiliertes SQL (PreparedStatement)
§ Beim Anlegen eines PreparedStatements können
mittels ? Platzhalter definiert werden, die dann vor
Ausführung durch konkrete Werte ersetzt werden
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PreparedStatement pstmt = null ; // vor try
pstmt = conn . prepareStatement ( " SELECT MatrNr , Name , Vorname " +
" FROM Studenten WHERE MatrNr = ? " );
§ Ersetzen der Platzhalter und Ausführen des Kommandos
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long matrnr = 32781;
pstmt . setLong (1 , matrnr );
rs = pstmt . executeQuery ();
Datenbanken / Kapitel 11: Datenbankschnittstellen
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Vorkompiliertes SQL (PreparedStatement)
§ Bei Verwendung eines PreparedStatement für INSERT
Kommandos können zudem einzufügende Zeilen
zu Gruppen (batches) zusammengefasst werden
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PreparedStatement pstmt = null ; // vor try
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// Liste mit allen Studenten
LinkedList < Student > studenten = ...;
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// Prepared Statement anlegen
String insert = " INSERT INTO Studenten VALUES ( MatrNr , Vorname , Name ) " +
" VALUES (? ,? ,?) "
pstmt = conn . prepareStatement ( insert );
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// Einzuf ü gende Zeilen vorbereiten
for ( Student : studenten ) {
pstmt . set (1 , student . getMatrNr ());
pstmt . set (2 , student . getVorname ());
pstmt . set (3 , student . getName ());
pstmt . addBatch ();
}
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// Batch ausf ü hren
pstmt . executeBatch ();
Datenbanken / Kapitel 11: Datenbankschnittstellen
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Vorkompiliertes SQL (PreparedStatement)
§ Achtung: Aktueller Batch wird im RAM des Clients
zwischengespeichert; bei sehr großen Batches
sollte ggf. executeBatch regelmäßig
nach bestimmter Anzahl hinzugefügter
Zeilen aufgerufen werden
Datenbanken / Kapitel 11: Datenbankschnittstellen
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Vergleich Statement vs. PreparedStatement
§ Code zum Download auf Website zur Vorlesung
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CREATE TABLE dummy (
a int ,
b int ,
c int
)
§ Einfügen von 1.000.000 Zeilen per Statement und
PreparedStatement in SQLite auf aktuellem
Rechner (SSD, i7, 8GB RAM)
§ Dauer mit Statement: 18 Sekunden
§ Dauer mit PreparedStatement: 6 Sekunden
Datenbanken / Kapitel 11: Datenbankschnittstellen
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Ergebnis (ResultSet)
§ Jeder Aufruf von next einer Instanz von ResultSet
liest die jeweils nächste Zeile aus dem Ergebnis
§ Je nach JDBC-Treiber bedeutet jeder Aufruf zudem
eine Netzwerkkommunikation, d.h. jede Zeile
wird separat vom RDBMS übertragen
§ Viele JDBC-Treiber bieten die Möglichkeit der Pufferung,
d.h. Zeilen werden in Gruppen übertragen und im
RAM des Clients zwischengespeichert
§ Zahl der zu puffernden Zeilen lässt sich mittels der
Methode setFetchSize einstellen
Datenbanken / Kapitel 11: Datenbankschnittstellen
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11.5 Objekt-Relationale Abbildung (ORM)
§ Objekt-orientierter Entwurf (z.B. mit UML) führt zu
§ Klassen (z.B. Student und Vorlesung) mit
§ Attributen (z.B. Name oder Titel)
§ Assoziationen (z.B. Student hört Vorlesung)
§ Methoden, die „Geschäftslogik“ erfassen
(z.B. Anmelden eines Student zu einer Vorlesung)
§ Instanzen der Klassen sollen dauerhaft (persistent) in
einem RDBMS im Hintergrund, abgelegt werden
Datenbanken / Kapitel 11: Datenbankschnittstellen
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Objekt-Relationale Abbildung (ORM)
§ Frameworks zur objekt-relationalen Abbildung (object
relational mapping) automatisieren die Erstellung
entsprechenden Codes zum Lesen/Speichern
der Instanzen sowie zum Anfragen z.B.
§ Enterprise Java Beans in Java EE
§ Java Data Objects und Java Persistence API
§ Hibernate
§ Relationale Datenbank im Hintergrund kann mittels ORM
verborgen werden, so dass Entwickler auch ohne
SQL-Kenntnisse mit den Daten arbeiten können
Datenbanken / Kapitel 11: Datenbankschnittstellen
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Anwendungsprogrammierung
Objekt-relationales Mapping
Objekt-Relationale Abbildung (ORM)
Objekt-relationales Mapping: Prinzip
Applikation
Anwendungsobjekte
Objektmodell
Abbildungsvorschrift
Laufzeitsystem
Datenbankschema
Sattler / Saake
Datenbanken / Kapitel 11: Datenbankschnittstellen
Datenbanksysteme
Letzte
Änderung:
Nov 2015
Quelle: Saake,
Sattler
und Heuer
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Objektorientierter Entwurf vs. Relationenmodell
§ Beispiel: Klassen in Hochschulanwendung
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public class Student {
// Attribute
private long matrnr ;
private String vorname ;
private String name ;
private int semester ;
private List < Vorlesung > h ö rt ;
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// Konstruktor
public Student () {...};
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}
// Methoden
public void setMatrNr ( long matrnr ) {...}
public long getMatrNr () {...}
public void addVorlesung ( Vorlesung vorlesung ) {...}
...
Datenbanken / Kapitel 11: Datenbankschnittstellen
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Objektorientierter Entwurf vs. Relationenmodell
§ Beispiel: Klassen in Hochschulanwendung
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public class Vorlesung {
// Attribute
private long vorlnr ;
private String titel ;
private List < Student > h ö rer ;
private Professor gelesenVon ;
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// Konstruktor
public Vorlesung () {...};
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}
// Methoden
public void setVorlNr ( long vorlnr ) {...}
public long getVorlNr () {...}
public void addStudent ( Student student ) {...}
...
Datenbanken / Kapitel 11: Datenbankschnittstellen
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Objektorientierter Entwurf vs. Relationenmodell
§ Beispiel: Klassen in Hochschulanwendung
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public class Professor {
// Attribute
private long persnr ;
private String vorname ;
private String name ;
private String fach ;
private B ü ro int ;
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// Konstruktor
public Professor () {...};
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}
// Methoden
public void setPersNr ( long persnr ) {...}
public long getPersNr () {...}
...
Datenbanken / Kapitel 11: Datenbankschnittstellen
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Objektorientierter Entwurf vs. Relationenmodell
§ Wie lassen sich Klassen mit ihren Attributen und
Assoziationen auf Relationen abbilden?
§ Idee: Jede Klasse wird auf eine Relation abgebildet
Professor
+PersNr : int
+Vorname : String
+Name : String
+Fach : String
+Büro : int
Ó
Ô
Professoren : [ PersNr : long, Vorname : string, Name : string, Fach : string, Büro : integer ]
§ Problem: Relationale Normalformen werden verletzt z.B.
§ mengenwertige Attribute (z.B. hörer in Vorlesung)
§ Redundanz als Ergebnis von 1:n und n:n Assoziationen
Datenbanken / Kapitel 11: Datenbankschnittstellen
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Objektorientierter Entwurf vs. Relationenmodell
§ Klassen und ihre Assoziationen müssen u.U. auf
mehr als eine einzelne Relation abgebildet werden
§ 1:1 Assoziation als Fremdschlüsselattribut
§ 1:n Assoziation als Fremdschlüsselattribut
oder als Fremdschlüsseltabelle
§ n:m Assoziation als Fremdschlüsseltabelle
§ Assoziationen mit Attributen auf Fremdschlüsseltabelle
§ vgl. Übersetzung von ERM-Diagrammen in Relationen
wie in Kapitel 2 besprochen
Datenbanken / Kapitel 11: Datenbankschnittstellen
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Hibernate
§ Hibernate (http://hibernate.org) ist ein populäres JavaFramework für objekt-relationale Abbildung
§ Hibernate erhält Java-Klasse mit Abbildungsvorschrift
(in XML-Datei) und kann damit Instanzen in Datenbank
speichern und sie von dort lesen
§ Bei Navigation entlang von Assoziationen werden die
verbundenen Instanzen aus der Datenbank geholt
(z.B. die Studenten bei Zugriff auf hörer in Vorlesung)
Datenbanken / Kapitel 11: Datenbankschnittstellen
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Hibernate Abbildungsvorschrift in XML
§ Klasse muss bestimmte Anforderungen erfüllen,
z.B. leeren Konstruktor haben sowie get- und
set-Methoden für alle Attribute
§ Beispiel: Abbildungsvorschrift für Professor
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< hibernate - mapping >
< class name = " Professor " table = " Professoren " >
< id name = " persnr " >
< generator class = " native " / >
</ id >
< property name = " name " / >
< property name = " vorname " / >
< property name = " fach " / >
< property name = " b ü ro " / >
</ class >
</ hibernate - mapping >
Datenbanken / Kapitel 11: Datenbankschnittstellen
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Speichern von Daten mit Hibernate
§ Instanz von Klasse wird angelegt und Attribute gesetzt
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Transaction tx = null ;
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// Professor anlegen
Professor professor = new Professor ();
professor . setPersNr (31415);
professor . setVorname ( " Albert " );
professor . setName ( " Einstein " );
professor . setB ü ro (412);
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// Professor speichern
try {
tx = session . beginTransaction ();
session . save ( professor );
tx . commit ();
} catch ( Hi be rn at eE xc ep ti on he ) {
if ( tx != null ) tx . rollback ();
}
§ session vorab mit Verbindungsparametern initialisiert
Datenbanken / Kapitel 11: Datenbankschnittstellen
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Anfragen mit Hibernate
§ Hibernate unterstützt zudem verschiedene Arten von
Anfragen, die keine SQL-Kenntnisse erfordern
§ eigene leichtgewichtige Anfragesprache HQL
§ mittels Beispielinstanz (query by example)
§ basierend auf Kriterien (query by criteria)
Datenbanken / Kapitel 11: Datenbankschnittstellen
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Anfragen mit HQL
§ Hibernate hat eigene einfache Anfragesprache HQL,
deren Anfragen sich auf die Namen und Attribute
der Java-Klassen beziehen (nicht auf Relationen)
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// Anfrage formulieren
Query query =
session . createQuery ( " from Professor where Name = ’ Einstein ’" );
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// Ergebnisse lesen
Iterator iter = query . iterate ();
while ( iter . hasNext ()) {
Professor professor = ( Professor ) iter . next ();
}
Datenbanken / Kapitel 11: Datenbankschnittstellen
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Anfragen mit Beispielinstanz (query by example)
§ Bei Anfragen mit Beispielinstanz wird eine Instanz erzeugt,
deren Attribute die gewünschten Werte haben
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// Beispielinstanz anlegen
Professor professor = new Professor ();
professor . setName ( " Einstein " );
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// Ergebnisse als Liste
List < Professor > result = session . createCriteria ( Professor . class )
. add ( Example . create ( professor )). list ();
Datenbanken / Kapitel 11: Datenbankschnittstellen
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Anfragen mit Kriterien (query by criteria)
§ Anfrage kann durch Angabe von Kriterien mittels
Methodenaufrufen erzeugt werden
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// Ergebnisse als Liste
List < Professor > res = session . createCriteria ( Professor . class )
. add ( Restrictions . eq ( " Name " , " Einstein " )). list ();
Datenbanken / Kapitel 11: Datenbankschnittstellen
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Navigation entlang Assoziationen in Hibernate
§ Bei Navigation entlang Assoziationen (d.h. Zugriff auf
Attribute, die auf andere Attribute verweisen), werden
die entsprechenden Instanzen automatisch geladen
§ Beispiel: Vorlesungen von Student mit MatrNr 38762
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// Anfrage formulieren
Query query =
session . createQuery ( " from Student where MatrNr = 38762 " );
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// Student lesen
Student student = ( Student ) query . list (). get (0);
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// Vorlesungstitel ausgeben
for ( Vorlesung vorlesung : student . getVorlesungen ()) {
System . out . println ( vorlesung . getTitel ());
}
Datenbanken / Kapitel 11: Datenbankschnittstellen
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Ändern von Daten in Hibernate
§ Hibernate erlaubt es, Änderungen an Attributwerten
von Instanzen zurück in die Datenbank zu schreiben
§ Beispiel: Erhöhe Semester aller Studenten
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// T ra ns ak ti on sa nf an g
Transaction tx = session . beginTransaction ();
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// Anfrage formulieren
Query query =
session . createQuery ( " from Studenten " );
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// Ergebnisse lesen
Iterator iter = query . iterate ();
while ( iter . hasNext ()) {
Student student = ( Student ) iter . next ();
student . setSemester ( student . getSemester () + 1);
}
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// Ä nderungen festschreiben
tx . commit ();
Datenbanken / Kapitel 11: Datenbankschnittstellen
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Zusammenfassung
§ JDBC erlaubt Transaktionskontrolle, d.h. Festschreiben
und Zurückrollen sowie setzten der Isolationsstufe
§ Vorkompiliertes SQL beschleunigt die Ausführung
mehrerer Kommandos gleicher Bauart signifikant
§ Objekt-relationale Abbildung speichert Instanzen von
Klassen in relationale Datenbank; kann Datenbank
und SQL vor den Entwicklern verbergen
§ Hibernate als populäres Java-Framework für
objekt-relationale Abbildung
Datenbanken / Kapitel 11: Datenbankschnittstellen
71
Literatur
[1]
A. Kemper und A. Eickler: Datenbanksysteme – Eine
Einführung, De Gruyter Oldenbourg, 2015 (Kapitel 4)
[2]
G. Saake, K.-U. Sattler und A. Heuer:
Datenbanken - Konzepte und Sprachen,
mitp Professional, 2013 (Kapitel 13)
Datenbanken / Kapitel 11: Datenbankschnittstellen
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