SE2-5-Datenbanken-und-ORM

Persistenz 1: Datenbanken
Modellierung: ERM und Relationales Schema
Schema-Implementierung: DDL und XML
SQL, ODBC und JDBC
Objekt-relationales Mapping (ORM)
Was ist Persistenz?
Persistenz bedeutet ursprünglich, dass Objekte die
Programmausführung "überleben"
durch Auslagerung auf externe Speichermedien,
z.B. durch Serialisierung und Dateiausschrieb bei Shutdown
Für langlaufende Programme:
Zwischenauslagerung nicht benötigter Objekte
"Hibernation" (Winterschlaf)
Persistenz heute:
Dynamische Ein- und Auslagerung von Objekten
(Materialisierung und Dematerialisierung)
normalerweise in Datenbanken
(c) schmiedecke 10
SE2-5-DB
2
Datenbank-Modellierung
Datenbanken verwalten Entitäten und ihre Beziehungen
Datenmodelle auf verschiedenen Abstraktionsstufen
ERM – Entity-Relationship-Modell
– ähnlich dem UML-Klassendiagramm
aber ohne Vererbung
– unabhängig vom Datenmodell
(m:n-Beziehungen sind möglich)
– kanonische Abbildung auf das Relationale Modell
(Verknüpfungstabellen)
– Notationsfalle:
Kardinalitäten werden an der Quelle notiert (UML am Ziel)
(c) schmiedecke 10
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ERM-Beispiel (UML-Notation)
class ERM online shop
Produk t
-
Orde r
Produktnummer: int
Preis: double
Name: String
*
Info: String
AnzKolli: int
Gewicht: double
* -
Bestelldatum: Date
Lieferdatum: Date
Versandform: String
Rechnungsnummer: int
Bearbeiter: String
*
*
*
1
*
1
Kunde
Einkaufsw agen
-
Datum: Date
(c) schmiedecke 10
Kreditk arte
1
1
-
Name: String
Strasse: String
1
Ort: String
PLZ: int
SE2-5-DB
1.. * -
Kartentyp: String
Kartennummer: int
Gültigkeit: Date
4
Das Relationale Datenmodell
Das Relationale Modell
–
–
–
–
Entitäten als Tupel in Relationen (Zeilen in Tabellen)
Tupel (Zeilen) eindeutig identifizierbar durch Primärschlüssel
alle Attribute (Spalten) skalar (1.NF)
Beziehungen als Verweise in andere Relationen (Fremdschlüssel)
Integritätsbedingungen
– Entitätsintegrität: Primärschlüssel sind eindeutig
– Referentielle Integrität: Zu jedem Fremdschlüssel existiert ein Ziel.
Relationale Datenbank-Managementsysteme
– extrem effiziente und zuverlässige Implementierungen
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ERM Relationales Modell
Jedes Tupel benötigt einen Primärschlüssel
– inhärenter Schlüssel: eindeutiges Attribute
oder eindeutige Attributgruppe
– Surrogatschlüssel:
hinzugefügter eindeutiger Wert ohne
eigene Semantik, zumeist ein Zahlenwert
In der Softwareentwicklung benutzen wir
immer Surrogatschlüssel
– durch inhaltliche Anpassungen der Daten kann sonst die
Eindeutigkeit nachträglich verloren gehen.
(c) schmiedecke 10
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ERM Relationales Modell
Einfache Entitätstypen werden direkt auf Tabellen
abgebildet:
Einfach ist ein Entitätstyp dann,
wenn alle Attributte skalar sind,
d.h. Zahlen, Datumswerte oder kurze Texte
(c) schmiedecke 10
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ERM Relationales Modell
Strukturierte Attribute werden in skalare Komponenten
zerlegt
– wenige Attribute werden zu mehreren Spalten der Ursprungstabelle
– variabel viele oder viele Attribute werden zu einer eigenen Tabelle
(c) schmiedecke 10
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8
ERM Relationales Modell
Listentypen werden (möglichst) auf eine Tabelle mit
rückweisender Beziehung abgebildet
(c) schmiedecke 10
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ERM Relationales Modell
1:1-Beziehungen werden als Fremdschlüssel dargestellt
– bideriektional: gegenseitige Fremdschlüssel
(c) schmiedecke 10
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10
ERM Relationales Modell
Eine unidirektionale m:1-Beziehung wird als
Fremdschlüssel dargestellt
(c) schmiedecke 10
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ERM Relationales Modell
1:m-Beziehungen, m:n-Beziehungen und bidirektionale
m:1-Beziehungen werden mithilfe einer
Verknüpfungstabelle dargestellt.
– Die Verknüpfungstabelle benötigt keinen eigenen
Primärschlüssel
– ein eigener Primärschlüssel ermöglicht die Abbildung
assoziativer Klassen (im ORM)
(c) schmiedecke 10
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Relationales Schema
class ERM online shop
Produk t
-
Orde r
Produktnummer: int
Preis: double
Name: String
*
Info: String
AnzKolli: int
Gewicht: double
* -
Bestelldatum: Date
Lieferdatum: Date
Versandform: String
Rechnungsnummer: int
Bearbeiter: String
*
*
*
1
*
1
Kunde
Einkaufsw agen
-
Datum: Date
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Kreditk arte
1
1
-
Name: String
Strasse: String
1
Ort: String
PLZ: int
SE2-5-DB
1.. *
-
Kartentyp: String
Kartennummer: int
Gültigkeit: Date
13
ERM Relationales Schema
Umformung kann automatisch erfolgen
Zahl der Tabellen wächst.
– Problem?
– Joins für Zugriffe kosten Zeit
class ERM online shop
Produk t
-
Orde r
Produktnummer: int
Preis: double
Name: String
*
Info: String
AnzKolli: int
Gewicht: double
* -
Bestelldatum: Date
Lieferdatum: Date
Versandform: String
Rechnungsnummer: int
Bearbeiter: String
*
*
*
1
*
1
Kunde
Einkaufsw agen
-
Datum: Date
Kreditk arte
1
1 -
Name: String
Strasse: String 1
Ort: String
PLZ: int
(c) schmiedecke 10
1.. * -
Kartentyp: String
Kartennummer: int
Gültigkeit: Date
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Datenzugriffe - SQL
Datenbanksprache SQL
– deklarative Sprache
– Definition (DDL), Änderung (DML) und Abfrage (QL)
– äußerst effizient implementiert.
SELECT Name, Strasse, Ordernummer, Versanddatum
FROM Kunde, Order
WHERE Kunde.PLZ > 1200 AND Order.kunde = Kunde
AND Versanddatum < 01-10-2010
ORDER BY Versanddatum
(c) schmiedecke 10
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Schema-Implementierung:
SQL-Export
CREATE TABLE Produkt (
Produktnummer INTEGER UNSIGNED NOT NULL AUTO_INCREMENT,
Preis DOUBLE NULL,
Name VARCHAR(20) NULL,
Info VARCHAR(255) NULL,
AnzKolli INTEGER UNSIGNED NULL,
Gewicht DOUBLE NULL,
PRIMARY KEY(Produktnummer)
)
CREATE TABLE Einkaufswagen (
idEinkaufswagen INTEGER UNSIGNED NOT NULL AUTO_INCREMENT,
Datum DATE NULL,
PRIMARY KEY(idEinkaufswagen)
);
...
(c) schmiedecke 10
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Alternative:
Export als XML
<!--onlineshopXML.schema
Generated 2008-11-06 23:57
-->
<database>
<name>onlineshopRDM</name>
<create>1</create>
<table>
<name>Einkaufswagen</name>
<declaration>
<field>
<name>idEinkaufswagen</name>
<type>INTEGER</type>
<default></default>
<notnull>1</notnull>
</field>
<field>
<name>Datum</name>
<type>DATE</type>
<default></default>
<notnull>0</notnull>
...
(c) schmiedecke 10
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Implementierte DB
(c) schmiedecke 10
SE2-5-DB
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ODBC - SQL-Nutzung aus Programmen
Open Database Connectivity
– Spezifikation, nicht produktgebunden
– Microsoft-Entwicklung inzwischen standardisiert
– BS-Bestandteil ab Windows 2000/NT
C++-Programm
C++-ODBC-API
Programmierschnittstelle (API) für RDBMS
– Registrierung der Verbindungsdaten
(URL, DB-Name, User, PW)
– Weitergabe von SQL-Anweisungen (Strings)
an die Datenbank
– Erzeugung weiterverarbeitbarer Daten
aus dem SQL-Ergebnis.
ODBC-Treiber
für Oracle
Breite Unterstützung:
– Es gibt ODBC-"Treiber" für (praktisch) jedes RDBMS
(unter Windows – Unix ist noch nicht so gut unterstützt)
– Objektorientierte Programmiersprachen bieten APIs mit
(c)
schmiedecke
SE2-5-DB und –Daten.
Klassen
zum10Umgang mit ODBC-Aufrufen
OracleRDBMS
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JDBC
Java Database Connectivity
– Spezifikation, nicht produktgebunden
Programmierschnittstelle (API) für RDBMS
– Registrierung der Verbindungsdaten (URL, DB-Name, User, PW)
– Weitergabe von SQL-Anweisungen (Strings) an die Datenbank
– Erzeugung weiterverarbeitbarer Java-Objekte aus dem SQLErgebnis.
JDBC-"Treiber" für jede RDB-Implementierung
ODBC-JDBC-"Bridge" als generischer Treiber
(c) schmiedecke 10
SE2-5-DB
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JDBC-Treiber
Quelle: Jeckle, http://www.jeckle.de/vorlesung/eBusinessEng/script.html#DBAccess
(c) schmiedecke 10
SE2-5-DB
21
Das JDBC-API
(c) schmiedecke 10
Hinweis: Erweiterungen
SE2-5-DB ab JDBC 3.0 in javax.sql
22
Die JDBC-Spezifikation
(c) schmiedecke 10
SE2-5-DB
23
Arbeitsweise mit JDBC
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Treiber-Bibliothek laden
Verbindung zum Datenbank-Server herstellen
SQL-Anweisung(en) in ein Ausführungs-Objekt packen
Ausführungsobjekt ausführen
Ergebnis-Objekt lesen und verarbeiten
Vorgang beliebig wiederholen
… irgendwann Verbindung beenden
(c) schmiedecke 10
SE2-5-DB
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DB-Verbindungen
// 1. JDBC-Treiber laden
Class.forName ("sun.jdbc.odbc.JdbcOdbcDriver");
// oder
// DriverManager.registerDriver(new
com.mysql.jdbc.Driver());
// 2. Datenbank-URL spezifizieren
String db_url = "jdbc:odbc:jdbc_test";
// 3. Connect zur Datenbank ausführen
// (hier Kennwort beim Programmaufruf zu uebergeben)
Connection my_con =
DriverManager.getConnection(db_url, "java", args[0]);
(c) schmiedecke 10
SE2-5-DB
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DB-Interaktionen
try {
Statement stmt = connection.createStatement();
String sql = "create table newtab "+
"(id number primary key," +
" name varchar2(10))";
int changes = stmt.executeUpdate(sql); // for DDL, DML
sql = "Select * from newtab;";
ResultSet result = stmt.executeQuery(sql); // for QL
} catch (SQLException ex) { ex.printStackTrace(); }
(c) schmiedecke 10
SE2-5-DB
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JDBC-Verbindung mit der Datenbank
public class DB {
private static final String dbURL = "jdbc:mysql:@localhost:3306";
private
private
private
private
static final String user = "onlineshop";
static final String password = "onlineshop";
Connection conn = null;
Statement stmt;
public DB () {
try {
DriverManager.registerDriver(new com.mysql.jdbc.Driver());
System.out.println("Driver registered sucessfully");
} catch (SQLException e) {
System.err.println("Problems registering OJDBC-Driver");
e.printStackTrace();
System.exit(99);
}
}
public void connect() throws SQLException {
conn = DriverManager.getConnection(dbURL, user, password);
System.out.println("Connection established sucessfully");
stmt
conn.createStatement();
(c) =
schmiedecke
10
SE2-5-DB
}
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JDBC-Abfrage
public String[] liesProdukte() {
ResultSet resultSet = null;
String[]result = new String[50];
int index = 0;
try {
resultSet = stmt.executeQuery
("Select Name From Produkt");
while (resultSet.next()){
result[index]=resultSet.getString(1); // nicht 0!!
index++;
}
resultSet.close();
// nicht vergessen!!!
} catch (SQLException e) {
e.printStackTrace();
}
return result;
}
(c) schmiedecke 10
SE2-5-DB
28
Fazit:
1. Es geht.
2. Es geht leicht.
3. SQL-Befehle als Strings werden ungeprüft an die
Datenbank geschickt...
(c) schmiedecke 10
SE2-5-DB
29
ORM – Objekt-relationales Mapping
JDBC ermöglicht den Zugriff auf Daten
Wir wollen Persistenz von Objekten!
Die Abbildung von Klassen auf Relationen (Tabellen)
entspricht der Abbildung von ERM-Entitäten auf Relationen
Nur die Vererbung fehlt noch.
(c) schmiedecke 10
SE2-5-DB
30
ORM - Vererbung
Tabelle-je-Klasse
– Für jede Klasse der Hierarchie eine Tabelle
– enthält nur die nicht-geerbten Attribute
– Verweis auf Oberklassentabelle über OID (Primärschlüssel)
– Zusatzspalte mit dem Objekttyp
Daten eines Objekts auf mehrere Tabellen verteilt
aufwändige Zugriffe
Einzeltabelle
– Tabelle enthält eigene und geerbte Attribute
– Polymorphismen nur programmatisch erfassbar
Tabelle-je-konkrete-Klasse
– Zwischenform, weniger Redundanz,
– einfachere Zugriffe als Tabelle-je-Klasse
– weniger Redundanz als Einzeltabelle
(c) schmiedecke 08
SE2-4-Persistenzmodelle
31
ORM: Einzeltabelle
Vorteil: einfacher Zugriff ohne Join
(c) schmiedecke 08
SE2-4-Persistenzmodelle
32
ORM: Tabelle-je-konkrete-Klasse
Vorteil:
– einfacher Zugriff ohne Join
Graphik aus: Heide Balzert,
Lehrbuch der Objektmodellierung
Nachteil:
– Änderungen der Oberklasse müssen in mehreren
Tabellen durchgeführt werden.
(c) schmiedecke 08
SE2-4-Persistenzmodelle
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ORM: Tabelle-je-Klasse
Vorteile:
– Nahe am Klassenmodell
– Änderungen in alle Klassen leicht durchzuführen
Graphik aus: Heide Balzert,
Lehrbuch der Objektmodellierung
Nachteile:
– viele Tabellen
– Zugriffe über Joins
(c) schmiedecke 08
SE2-4-Persistenzmodelle
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Automatisiertes ORM
Natürlich ist das ORM genauso automatisierbar wie die
Abbildung ERM Relationales Modell.
– Das nutzen Persistenz-Frameworks
Das Ziel heißt "Transparenz":
– der Programmierer soll möglichst wenig von der Persistenz
merken.
(c) schmiedecke 10
SE2-5-DB
35
Der "Traum"
Völlige Transparenz
Some
Secret
Mechanis
m
☺
Nicht alle Objekte müssen persistent sein
Klassen als "persistent" deklarieren:
persistent class MyClass { ... }
Nicht alle Attribute müssen persistent sein:
persistent int myAttribute;
Alles andere könnte "automatisch ablaufen"
(c) schmiedecke 08
SE2-4-Persistenzmodelle
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…wieder fit in Datenbanken?
☺
Nächstes Mal verbinden wir das ORM
mit der Webanwendung.