10. Anwendungsprogrammierung Client-Server-Architektur

10. Anwendungsprogrammierung
■
Client-Server-Architektur
■
Anbindung von Programmiersprachen
■
Call-Level-Schnittstellen: SQL/CLI, JDBC
■
Einbettung: Embedded SQL, SQLJ
■
Gespeicherte Prozeduren
■
Prozedurale Erweiterungen: SQL/PSM, PL/SQL
VL Datenbanken I – 10–1
Client-Server-Architektur
■
typische Architektur von DB-Anwendungen, da zentrale
Verwaltung durch DBMS notwendig
■
Prinzip: Client nimmt Dienste eines Servers in Anspruch
■
erfordert
◆ Kenntnis über angebotene Dienste
◆ Protokoll zur Regelung der Interaktion
VL Datenbanken I – 10–2
Client-Server-Modell
Client
(Dienstnehmer)
Server
(Diensterbringer)
1.Anforderung
2.Bearbeitung
3.Antwort
VL Datenbanken I – 10–3
Funktionsgruppen in DB-Anwendungen
■
Präsentation und Benutzerinteraktion
■
Anwendungslogik
■
Datenmanagementfunktionalität
VL Datenbanken I – 10–4
2-Schichten-Architektur
Benutzerschnittstelle
Client
Anwendungslogik
DB-Schnittstelle
DBMS-Protokoll
DB-Server
VL Datenbanken I – 10–5
3-Schichten-Architektur
Benutzerschnittstelle
Client
CORBA, RMI, ...
Anwendungslogik
DB-Schnittstelle
Applikationsserver
DBMS-Protokoll
DB-Server
VL Datenbanken I – 10–6
Programmiersprachenanbindung
Kopplungsarten:
■
prozedurale oder CALL-Schnittstellen (call level
interface)
■
Einbettung einer DB-Sprache in Programmiersprachen
◆ statische Einbettung: Vorübersetzer-Prinzip
; SQL-Anweisungen zur Übersetzungszeit
festgelegt
◆ dynamische Einbettung:
; Konstruktion von SQL-Anweisungen zur Laufzeit
■
Spracherweiterungen und neue Sprachentwicklungen
VL Datenbanken I – 10–7
Cursor-Konzept
Anwendungsprogramm
PASCAL
Cursor
Datenbank
SQL
Relation
VL Datenbanken I – 10–8
Cursor in SQL
Cursor-Deklaration:
declare AktBuch cursor for
select ISBN, Titel, Verlagsname
from Bücher
where Verlagsname = ’Thomson’;
Cursor-Deklaration mit Änderungsmöglichkeit:
declare AktBuch cursor for
select ISBN, Titel, Verlagsname
from Bücher
for update of ISBN, Titel;
VL Datenbanken I – 10–9
Cursor in SQL2
declare CursorName
[insensitive] [scroll] cursor for ...
■
next: Gehe weiter zum nächsten Tupel
■
prior: Gehe zum vorherigen Tupel
■
first bzw. last: Gehe zum ersten bzw. letzten Tupel
■
absolute n from: Gehe zum n-ten Tupel des Cursors
(negative Werte werden relativ zum letzten Tupel
rückwärts gewertet — absolute -1 ist also äquivalent zu
last)
■
relative n from: Gehe zum n-ten Tupel relativ zur
aktuellen Cursor-Position
VL Datenbanken I – 10–10
SQL/CLI: Der Standard
■
Call-Level-Interface: Bibliothek von
Prozeduren/Funktionen zur
◆ Kommunikation mit dem DBMS
◆ Definition und Ausführung von Anfragen
◆ Verarbeitung von Ergebnissen
■
SQL/CLI: ISO-Standard für API
■
Programmiersprachen: C/C++, Ada, Fortran, Pascal, . . .
VL Datenbanken I – 10–11
CLI: Handles
■
Handle: Verweis auf globale Datenstruktur zur
Kommunikation mit DBMS
■
C-Datentyp: SQLHANDLE
■
erforden explizite Allokation (SQLAllocHandle)
■
Arten:
◆ Environment Handles: Verwaltung des globalen
Zustandes der Applikation
◆ Connection Handles: Verwaltung von
Verbindungsdaten
◆ Statement Handles: Informationen zu einer
SQL-Anweisung
◆ Description Handles: Daten zu Ergebnisspalten bzw.
Paramtern
VL Datenbanken I – 10–12
CLI: Aufbau einer DB-Verbindung
1. Handles allokieren
SQLHANDLE henv; /* Environment Handle */
SQLHANDLE hdbc; /* Connection Handle */
SQLAllocHandle (SQL_HANDLE_ENV,
SQL_NULL_HANDLE, &henv);
if (SQLAllocHandle (SQL_HANDLE_DBC, henv,
&hdbc) != SQL_SUCCESS)
/* Fehlerbehandlung */
2. Verbindung herstellen
SQLCHAR *server = "shop_db", *uid = "scott",
*pwd = "tiger";
SQLConnect (hdbc, server, SQL_NTS, uid,
SQL_NTS, pwd, SQL_NTS);
VL Datenbanken I – 10–13
CLI: Anfrageausführung
SQLHANDLE hstmt;
SQLCHAR *select =
"select KNr, Name, Ort from Kunde";
SQLAllocHandle (SQL_HANDLE_STMT, hdbc,
&hstmt);
SQLExecDirect (hstmt, select, SQL_NTS);
VL Datenbanken I – 10–14
CLI: Ergebnisverarbeitung
1. Bindung an Variablen herstellen
SQLINTEGER knr;
SQLCHAR kname[31], kort[51];
SQLBindCol (hstmt, 1,
(SQLPOINTER) &knr,
SQLBindCol (hstmt, 2,
kname, 31, NULL);
SQLBindCol (hstmt, 3,
kort, 51, NULL);
SQL_C_LONG,
0, NULL);
SQL_C_CHAR,
SQL_C_CHAR,
2. Ergebnisse auslesen
while (SQLFetch (hstmt) == SQL_SUCCESS)
printf ("Kunde = %ld, %s, %s\n",
knr, kname, kort);
VL Datenbanken I – 10–15
CLI: Transaktionssteuerung
■
Transaktion erfolgreich beenden
SQLEndTrans (SQL_HANDLE_DBC, hdbc,
SQL_COMMIT);
■
Transaktion abbrechen
SQLEndTrans (SQL_HANDLE_DBC, hdbc,
SQL_ROLLBACK);
VL Datenbanken I – 10–16
ODBC
■
SQL/CLI-konforme Implementierung für Microsoft
Windows
■
Zugriff auf verschiedene Datenbanksysteme über
systemspezifische Treiber möglich
■
dynamisches Laden von Treibern (implementiert als
DLL)
■
Registrierung von Datenquellen mit Name, System,
Treiber, Verbindungsinformation
VL Datenbanken I – 10–17
JDBC: Überblick
■
Datenbankzugriffsschnittstelle für Java
■
abstrakte, datenbankneutrale Schnittstelle
■
vergleichbar mit ODBC
■
Low-Level-API: direkte Nutzung von SQL
■
Java-Package java.sql
◆ DriverManager: Einstiegspunkt, Laden von
Treibern
◆ Connection: Datenbankverbindung
◆ Statement: Ausführung von Anweisungen über eine
Verbindung
◆ ResultSet: verwaltet Ergebnisse einer Anfrage,
Zugriff auf einzelne Spalten
VL Datenbanken I – 10–18
JDBC: Ablauf
1. Aufbau einer Verbindung zur Datenbank
■ Angabe der Verbindungsinformationen
■ Auswahl und Laden des Treibers
2. Senden einer SQL-Anweisung
■ Definition der Anweisung
■ Belegung von Parametern
3. Verarbeiten der Anfrageergebnisse
■ Navigation über Ergebnisrelation
■ Zugriff auf Spalten
VL Datenbanken I – 10–19
JDBC: Verbindungsaufbau
1. Treiber laden
Class.forName ("com.company.DBDriver");
2. Verbindung herstellen
Connection con;
String url = "jdbc:subprotocol:datasource";
con = DriverManager.getConnection
(url, "scott", "tiger");
JDBC-URL spezifiziert
■
Datenquelle/Datenbank
■
Verbindungsmechanismus (Protokoll, Server-Host und
Port)
VL Datenbanken I – 10–20
JDBC: Anfrageausführung
1. Anweisungsobjekt (Statement) erzeugen
Statement stmt = con.createStatement ();
2. Anweisung ausführen
String query =
"SELECT titel, preis FROM buch";
ResultSet rset = stmt.executeQuery (query);
Klasse java.sql.Statement
■
Ausführung von Anfragen (SELECT) mit executeQuery
■
Ausführung von Änderungsanweisungen (DELETE,
INSERT, UPDATE) mit executeUpdate
VL Datenbanken I – 10–21
JDBC: Ergebnisverarbeitung
1. Navigation über Ergebnismenge (Cursor-Prinzip)
while (rset.next ()) {
// Verarbeitung der einzelnen Tupel
...
}
2. Zugriff auf Spaltenwerte über getType-Methoden
■ über Spaltenindex
String titel = rset.getString (1);
■ über Spaltenname
String titel = rset.getString ("titel");
VL Datenbanken I – 10–22
JDBC: Fehlerbehandlung
■
Fehlerbehandlung mittels Exception-Mechanismus
■
SQLException für alle SQL- und DBMS-Fehler
try {
// Aufruf von JDBC-Methoden
...
} catch (SQLException exc) {
System.out.println (SSQLException: "+
exc.getMessage ());
}
VL Datenbanken I – 10–23
JDBC: Änderungsoperationen
■
DDL- und DML-Operationen mittels executeUpdate
■
liefert Anzahl der betroffenen Zeilen (für
DML-Operationen)
Statement stmt = con.createStatement ();
int rows = stmt.executeUpdate (
" UPDATE buch SET bestand = bestand-1"+
" WHERE isbn = ’12345’ ");
VL Datenbanken I – 10–24
JDBC: Transaktionssteuerung
■
Methoden von Connection
◆ commit ()
◆ rollback ()
Auto-Commit-Modus
◆ implizites Commit nach jeder Anweisung
◆ Transaktion besteht nur aus einer Anweisung
◆ Umschalten mittels setAutoCommit (boolean)
VL Datenbanken I – 10–25
Statische Einbettung: Embedded SQL
exec sql declare AktBuch cursor for
select ISBN, Titel, Verlagsname
from Bücher
for update of ISBN, Titel;
Öffnen und Schließen einer Datenbank
exec sql connect UniBeispiel;
VL Datenbanken I – 10–26
Deklarationen
■
Deklaration benutzter Datenbankrelationen
exec sql declare Buch table
( ISBN char(10) not null,
Titel char(120) not null,
Verlagsname char(30) not null);
■
Deklaration gemeinsamer Variablen
exec sql begin declare section;
BuchISBN char(10);
NeuerPreis real;
exec sql end declare section;
VL Datenbanken I – 10–27
Datentransfer
exec sql update Buch_Versionen
set Preis = :NeuerPreis
where ISBN = :BuchISDN ;
exec sql insert into Buch_Versionen
values (:NeuISBN, :NeuAuflage, 1995,
:Seiten, :Preis);
exec sql select ISBN, Auflage, Jahr, Preis
into :ISBN, :Auflage, :Jahr, :Preis
from Buch_Versionen
where ISBN = :SuchISBN
and Auflage = 1;
VL Datenbanken I – 10–28
Datentransfer (II)
Indikator-Variablen zum Test auf null-Werte:
exec sql select :ISBN, Auflage, Jahr, Preis
into :ISBN, :Auflage, :Jahr,
:Preis:PreisInd
from Buch_Versionen
where ISBN = :SuchISBN and
Auflage = :SuchAuflage;
VL Datenbanken I – 10–29
Einsatz der Cursor-Technik
exec sql open AktBuch;
exec sql fetch AktBuch
into :ISBN, :Titel, :Verlagsname;
exec sql close AktBuch;
exec sql delete
from Bücher
where current of AktBuch;
VL Datenbanken I – 10–30
Fehler- und Ausnahmebehandlung
SQL Communication Area
exec sql include sqlca;
‘whenever’-Anweisung
exec sql whenever <Bedingung> <Aktion>;
■
not found: Kein Tupel wurde gefunden, definiert etwa
als sqlcode = 100.
■
sqlwarning: Warnung, entspricht etwa
sqlcode > 0 ∧ sqlcode 6= 100.
■
sqlerror: Fehler, also sqlcode < 0.
VL Datenbanken I – 10–31
Transaktionssteuerung
exec sql commit work;
exec sql rollback work;
VL Datenbanken I – 10–32
Dynamische Einbettung: Dynamic SQL
exec sql begin declare section;
AnfrageString char(256) varying;
exec sql end declare section;
exec sql declare AnfrageObjekt statement;
AnfrageString :=
’DELETE FROM Vorlesungen WHERE SWS < 2’;
...
exec sql prepare AnfrageObjekt
from :AnfrageString;
exec sql execute AnfrageObjekt;
„Anfragen als Zeichenketten“
VL Datenbanken I – 10–33
Dynamische Einbettung: Dynamic SQL
...
AnfrageString :=
’DELETE FROM Buch_Versionen ’ +
’WHERE ISBN = ? AND Auflage = ?’ ;
exec sql prepare AnfrageObjekt
from :AnfrageString;
exec sql execute AnfrageObjekt
using :LöschISBN, :LöschAuflage;
Wertübergabe an Anfragen
VL Datenbanken I – 10–34
SQLJ: Embedded SQL für Java
■
Einbettung von SQL-Anweisungen in Java-Quelltext
■
Vorübersetzung des erweiterten Quelltextes in echten
Java-Code durch Translator sqlj
■
Überprüfung der SQL-Anweisungen
◆ korrekte Syntax
◆
◆
■
Übereinstimmung der Anweisungen mit DB-Schema
Typkompatibilität der für Datenaustausch genutzten
Variablen
Nutzung von JDBC-Treibern
VL Datenbanken I – 10–35
SQLJ-Anweisungen
■
Kennzeichnung durch #sql Deklarationen
■
Klassendefinitionen für Iteratoren
■
SQL-Anweisungen: Anfragen, DML- und
DDL-Anweisungen
#sql { SQL-Operation };
■
Beispiel:
#sql { INSERT INTO buch VALUES
("Datenbanken", 59.00, "123456",
"MITP") };
VL Datenbanken I – 10–36
Host-Variablen
■
Variablen einer Host-Sprache (hier Java), die in
SQL-Anweisungen auftreten können
■
Verwendung: Austausch von Daten zwischen
Host-Sprache und SQL
■
Kennzeichnung durch ":variable"
■
Beispiel:
String titel, isbn = "123456";
#sql { SELECT titel INTO :titel
FROM buch WHERE isbn = :isbn };
VL Datenbanken I – 10–37
Iteratoren
Implementierung des Cursor-Konzeptes
1. Deklaration des Iterators
#sql public iterator BookIter
(String titel, double preis);
2. Definition des Iteratorobjektes
BookIter iter;
3. Ausführung der Anweisung
#sql iter = { SELECT titel, preis
FROM buch };
4. Navigation
while (iter.next ()) {
System.out.println (iter.titel () +
" "+ iter.preis ());
}
VL Datenbanken I – 10–38
Gespeicherte Prozeduren
■
Probleme von CLI und Embedded SQL:
◆ ständiger Wechsel der Ausführungskontrolle
zwischen Anwendung und DBS
◆ keine anweisungsübergreifende Optimierung
notwendig
■
Ausweg: gespeicherte Prozeduren
◆ im Datenbank-Server verwaltete und auch dort
ausgeführte Software-Module in Form von
Prozeduren bzw. Funktionen
◆ Aufruf aus Anwendungen und Anfragen heraus
VL Datenbanken I – 10–39
Vorteile Gespeicherter Prozeduren
■
Strukturierungsmittel für größere Anwendungen
■
Prozeduren nur vom DBMS abhängig und nicht von
externen Programmiersprachen oder
Betriebssystemumgebungen
■
Optimierung der Prozeduren
■
Ausführung der Prozeduren unter Kontrolle des DBMS
■
zentrale Kontrolle der Prozeduren: redundanzfreie
Darstellung relevanter Aspekte der
Anwendungsfunktionalität
■
Rechtevergabe für Prozeduren
■
in der Integritätssicherung: Aktionsteil von Triggern
VL Datenbanken I – 10–40
SQL/PSM: Der Standard
■
SQL-Standard für prozedurale Erweiterungen
■
PSM: Persistent Stored Modules
◆ gespeicherte Module aus Prozeduren und Funktionen
◆ Einzelroutinen
◆ Einbindung externer Routinen (implementiert in C,
Java, . . . )
◆ syntaktische Konstrukte für Schleifen, Bedingungen
etc.
VL Datenbanken I – 10–41
SQL/PSM: Funktionen
■
Funktionsdefinition
create function dm_in_euro (float v)
returns float
begin
return (v / 1.95583);
end;
■
Aufruf innerhalb einer Anfrage
select Bezeichnung, dm_in_euro (Preis)
from Produkt
where dm_in_euro (Preis) < 100
■
Nutzung außerhalb von Anfragen
set euro_preis = dm_in_euro (79.00);
VL Datenbanken I – 10–42
SQL/PSM: Prozeduren
■
Prozedurdefinition
create procedure rechnungsbetrag (
in int nr, out float summe)
begin
select sum(p.Preis ∗ bp.Anzahl)
into summe
from Bestellposten bp, Produkt p
where bp.BestNr = nr and
bp.ProdId = p.ProdId;
end;
■
Nutzung über call-Anweisung
declare preis float;
call rechnungsbetrag (42, preis);
VL Datenbanken I – 10–43
SQL/PSM: Zugriffscharakteristik
■
Eigenschaften von Prozeduren, die Anfrageausführung
und -optimierung beeinflussen
◆ deterministic: Routine liefert für gleiche Parameter
gleiche Ergebnisse
◆ no sql: Routine enthält keine SQL-Anweisungen
◆ contains sql:Routine enthält SQL-Anweisungen
(Standard für SQL-Routinen)
◆ reads sql data: Routine führt SQL-Anfragen
(select-Anweisungen) aus
◆ modifies sql data: Routine, die DML-Anweisungen
(insert, update, delete) enthält
VL Datenbanken I – 10–44
SQL/PSM: Ablaufkontrolle
■
Variablendeklaration
declare name varchar(50);
■
Zuweisung
set var = 42;
■
Bedingte Verzweigungen
if <Bedingung> then <Anweisungen>
[ else <Anweisungen> ] end if;
■
Schleifen
loop <Anweisungen> end loop
while <Bedingung> do
<Anweisungen> end while
repeat <Anweisungen>
until <Bedingung> end repeat
VL Datenbanken I – 10–45
SQL/PSM: Ausnahmebehandlung
■
Auslösen einer Ausnahme (Condition)
signal <ConditionName>;
■
Deklarieren von Ausnahmen
declare yyy condition;
■
Ausnahmebehandlung
begin
declare exit handler for
<ConditionName>
begin
<Ausnahmebehandlung>;
end
<Anweisungen>;
end
VL Datenbanken I – 10–46
PL/SQL von Oracle
■
prozedurale SQL-Erweiterung für Oracle
■
Merkmale
◆ erweitertes Typsystem
◆ Package-Konzept
Deklarationen
declare
Heute date;
type PersonRecordType is record
( PersonName varchar (50),
GebDatum date);
Mitarbeiter PersonRecordType;
VL Datenbanken I – 10–47
PL/SQL: Cursor
cursor AktBuch is
select ISBN, Titel, Verlagsname
from Bücher;
Zugriff auf Typinformation
AktPersName Mitarbeiter.PersonName%type;
BuchTupel
AktBuch%rowtype;
VL Datenbanken I – 10–48
Operationale Konstrukte
if <Bedingung> then
<PL/SQL-Anweisungen>
[ else
<PL/SQL-Anweisungen> ]
end if;
for <IndexVariable> in <EndlicherBereich>
loop
<PL/SQL-Anweisungen>;
end loop;
while <Bedingung>
loop
<PL/SQL-Anweisungen>;
end loop;
VL Datenbanken I – 10–49
Iteration über Tabellen
for BuchRec in AktBuch
loop ... end loop;
entspricht
declare
BuchRec AktBuch%rowtype;
begin
loop
fetch AktBuch into BuchRec;
exit when AktBuch%notfound;
...
end loop;
VL Datenbanken I – 10–50
Fehlerbehandlung
when Ausnahme then ProgrammStück;
VL Datenbanken I – 10–51
PL/SQL: Gespeicherte Prozeduren
create function FunktionsName
( Param1 ParamTyp1, ..., ParamN ParamTypN )
return ErgebnisTyp
is
/* PL/SQL - Block mit return-Anweisung */
create procedure ProzedurName
( Param1 in ParamTyp1,
( Param2 out ParamTyp2,
( Param3 in out ParamTyp3,
... )
is
/* PL/SQL - Block mit Zuweisungen
an out-Parameter */
VL Datenbanken I – 10–52
Weitere Prozedurale SQL-Erweiterungen
■
IBM DB2: SQL/PSM
■
Informix: SPL
■
Sybase, Microsoft SQL Server: Transact-SQL
■
externe Routinen: implementiert in C, Java, . . .
VL Datenbanken I – 10–53