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Softwaretechnik Anbindung an relationale Datenbanken
Prof. Dr. Matthias H¨ olzl Joschka Rinke
13. Januar 2016
Anbindung an eine Datenbank Ziel Speicherung von persistenten Objekten, d.h. von Objekten des Anwendungskerns, die dauerhaft ben¨ otigt werden (z.B. Kunden, Konten, Fl¨ uge, B¨ ucher, . . . ). M¨ oglichkeiten I
Relationale Datenbanken: Unterst¨ utzen Assoziationen und Vererbung nicht. Deshalb wird eine explizite Schnittstelle zwischen dem Anwendungskern und dem relationalen Datenbanksystem ben¨ otigt.
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Objektrelationale Datenbanken: Erweitern relationale Datenbanken um objektorientierte Konzepte, meist Vererbung.
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NoSQL-Datenbanken Sammelbegriff f¨ ur Datenbanken, die nicht dem relationalen Modell folgen
Varianten von NoSQL-Datenbanken I
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Objektorientierte Datenbanken: Unterst¨ utzen Assoziationen, Vererbung und Operationen. ODMG-Standard: ODL (object definition language) f¨ ur Schemadeklarationen, OQL (object query language) und Sprachanbindungen Dokumentenorientierte Datenbanken: Enthalten nicht Tabellen mit vorgegebenem Schema sondern Dokumente, z.B. im XML oder JSON Format (CouchDB, MongoDB) Graphdatenbanken: Speichern Graphen, entweder als Knoten und Kanten, die beide durch Attribute annotiert werden k¨onnen, oder als Tripel/Quadrupel (RDF, Abfragesprache SPARQL) Key-Value Datenbanken: Verwenden ein einfaches assoziatives Array als zugrundeliegendes Datenmodell (Berkeley DB, Apache Dynamo) Spaltenorientierte Datenbanken: Speichert Tabellen Spaltenweise, nicht zeilenweise (Cassandra, HBase)
Anbindung an Relationale Datenbanken
Abbildung eines Objektmodells auf Tabellen Voraussetzung F¨ ur jede Entity-Klasse A ist ein Prim¨arschl¨ usselattribut aKey eingef¨ uhrt. Abbildung von Klassen Tabelle A <
> A aKey a1 ... an ...
aKey
a1
...
an
Abbildung von Assoziationen
Multiplizit¨ at * - * Verwendung einer eigenen Tabelle mit den Prim¨arschl¨ usseln von A und B.
A aKey ...
*
*
B bKey ...
aKey
bKey
Abbildung von Assoziationen
Multiplizit¨ at * - 0..1 Prim¨arschl¨ ussel von B als Fremdschl¨ ussel in die Tabelle von A aufnehmen.
A aKey ...
*
0..1
B bKey ...
aKey
a1
Abbildung von Assoziationen at 0..1 - 0..1 Multiplizit¨ Prim¨arschl¨ ussel von B in die Tabelle von A oder Prim¨arschl¨ ussel von A in die Tabelle von B aufnehmen. 0..1
A
0..1
aKey ...
B
aKey
a1
...
an
bKey
bm
aKey
bKey ... oder bKey
b1
...
Bemerkung A
0..1
1
B
Bei ist der Prim¨arschl¨ ussel von B als Fremdschl¨ ussel zur Tabelle von A hinzuzunehmen.
Abbildung von Vererbung
A key a
B b
C c
Abbildung von Vererbung Variante I: Je eine Tabelle pro Klasse
Tabelle A key
a
Tabelle B key
b
Tabelle C key
c
Nachteil: Bei Anfragen und Manipulationen, die Objekte einer Unterklasse betreffen, m¨ ussen ggf. Eintr¨age in mehreren Tabellen ber¨ ucksichtigt werden (z.B. bei Auswahl aller Attributwerte aller B-Objekte).
Abbildung von Vererbung Variante II: Tabellen von Unterklassen enthalten geerbte Attribute Tabelle A key
a
Tabelle B key
a
Tabelle C b
key
a
c
Falls A abstrakt ist, gen¨ ugt eine Tabelle pro Unterklasse (Tabelle A entf¨allt). Nachteil: ¨ Bei Anderungen an der Form der Oberklasse, m¨ ussen auch die Tabellen der Unterklassen ver¨andert werden.
Abbildung von Vererbung
Variante III: Eine Tabelle f¨ ur alle Ober- und Unterklassen
Tabelle ABC key
a
b
c
Typ
Nachteil: In Spalten, die f¨ ur Objekte einer Unterklasse nicht relevant sind, m¨ ussen Nullwerte eingetragen werden.
Datenbankanbindung mit JDBC
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JDBC (Java Database Connectivity) bietet eine SQL-Schnittstelle f¨ ur Java-Programme
I
JDBC ist unabh¨angig von einem konkreten (relationalen) Datenbanksystem. Zum Zugriff auf ein konkretes Datenbanksystem muss ein entsprechender Treiber geladen werden
Schichten einer JDBC-Anwendung
Java−Anwendungskern <> JDBC−Datenbankschnittstelle
java.sql::DriverManager
JDBC−Treiber
JDBC−Treiber
DBMS
DBMS
java.sql
JDBC-Kurz¨uberblick
<> Connection
DriverManager +getConnection(url: String): Connection +registerDriver(d: Driver) +getDriver(url: String): Driver
<> Statement
+createStatement(): Statement
+executeQuery(sql: String): ResultSet
+close() ...
+executeUpdate(sql: String): Integer
...
+getResultSet(): ResultSet ...
* <> Driver +connect(url: String, info:Properties): Connection ...
Liefert Daten der Spalte i der aktuellen Zeile als String−Objekt
<> ResultSet +getString(i: Integer): String +getInt(i: Integer): Integer
Geht zum ersten bzw. zum nächsten Datensatz
... +next(): Boolean
JDBC-Kurz¨uberblick
I
Driver“, Connection“, Statement“ und ResultSet“ sind ” ” ” ” Schnittstellen, die von den Klassen eines geladenen Treiberpakets implementiert werden
I
Der DriverManager registriert Treiber f¨ ur bestimmte DB-Systeme. Der Aufruf der statischen Operation getConnection“ stellt (mittels eines f¨ ur die gegebene URL ” passenden Treibers) eine Verbindung zu einem DB-System her
I
Mittels eines Connection-Objekts kann ein Statement-Objekt erzeugt werden (Operation createStatement“) ” ←-
JDBC-Kurz¨uberblick
I
I
I
I
Mittels eines Statement-Objekts kann z.B. eine Anfrage an die DB gestellt werden (Operation executeQuery“) ” Die Ergebnistabelle der Anfrage wird in einem ResultSet-Objekt gespeichert Die Tabelle eines ResultSet-Objekts kann mit der Operation next“ zeilenweise durchlaufen werden ” Auf die Felder innerhalb einer Zeile kann mit einer (bzgl. des Spaltentyps) passenden get-Operation zugegriffen werden
Beispiel:
try { // Treiber auch von außen setzbar Class.forName("imaginary.sql.iMsqlDriver"); String url = "jdbc:msql://localhost/myDB"; Connection con = DriverManager.getConnection(url); Statement stmt = con.createStatement(); ResultSet rs = stmt.executeQuery("SELECT * FROM test"); while (rs.next()) { // Zugriff auf die Spalte mit der Nummer y und dem Typ XXX // in der aktuellen Zeile XXX v = rs.getXXX(y); } con.close(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); }
Materialisierung von Objekten Gegeben Klassen im Anwendungskern:
A
B
−aKey: String
−bKey: String
−a1: Typ1 ...
−b1: Typ1 ...
−an: Typn
−bm: Typm
+setAKey(x: String)
+setBKey(x: String)
+setA1(x: Typ1) ...
+setB1(x: Typ1) ...
←-
Materialisierung von Objekten
Gegeben Tabellen in der relationalen Datenbank:
Tabelle A aKey
a1
...
Tabelle B an
bKey
b1
...
bm
Materialisierung mit JDBC 1
RDBBroker {abstract } stmt = con.createStatement(); rs = stmt.executeQuery( "SELECT * FROM " + tabname() + " WHERE " + keyname() + " = " + "’" + key + "’"); if (rs.next()) return recordAsObject(); else return null;
con = c; return "A";
#con
+ materialize(key: String): Object # recordAsObject(): Object {abstract}
0..1 −stmt
# tabname(): String {abstract}
0..1
# keyname(): String {abstract}
# rs
ARDBBroker
BRDBBroker
+ ARDBBroker(c: Connection)
+ BRDBBroker(c: Connection)
# recordAsObject(): Object
# recordAsObject(): Object
# tabname(): String
# tabname(): String
# keyname(): String
# keyname(): String
return "aKey";
A a = new A(); a.setKey(rs.getString(0)); a.setA1(rs.getTyp1(1)); ... a.setAn(rs.getTypn(n)); return a;
<> Connection
<> Statement
<> ResultSet
Materialisierung mit JDBC
try { String url = "jdbc:RDB-Typ//Rechner:Port/Datenbank"; Connection con = DriverManager.getConnection(url); ARDBBroker ardb = new ARDBBroker(con); BRDBBroker brdb = new BRDBBroker(con); A a = (A)ardb.materialize("xyz"); B b = (B)brdb.materialize("uvw"); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); }
Materialisierung mit JDBC
Bemerkungen I
Zur Verbesserung der Effizienz werden h¨aufig Zwischenspeicher (Cache) verwendet.
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Bei der Materialisierung von Objektstrukturen werden h¨aufig nur die gerade ben¨ otigten Objekte geladen (on-demand materialization).
I
Persistenz-Frameworks enthalten noch weitere Mechanismen z.B. zur Dematerialisierung und zur Transaktionskontrolle.
Zusammenfassung
I
Zur Speicherung persistenter Objekte muss der Anwendungskern an eine Datenbank angeschlossen werden.
I
Dazu k¨onnen relationale, objektrelationale oder NoSQL Datenbanken verwendet werden.
I
Bei der Verwendung einer relationalen Datenbank muss zun¨achst das Objektmodell auf Tabellen abgebildet werden. (Insbesondere m¨ ussen Vererbungshierarchien geeignet abgebildet werden!)
I
JDBC bietet eine plattformunabh¨angige Schnittstelle zur Anbindung von Java-Programmen an relationale Datenbanken.
I
F¨ ur das Object-Relational-Mapping“ (ORM) verwendet man ” meist Persistenz-Frameworks.
