From Zero to Hero? Seam Forge. Deutschland 8,50. Wann auf welche Weise verfeinern? 104. Komplettsysteme sind kein Muss. Project Caffeine » 78.

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1 ikl. Java Magazi JAVA Mag CD From Zero to Hero? Seam Forge Deutschlad 8,50 JBoss AS BI-Reportig als Ope Source Project Caffeie Buildig NextGeeratio Web Apps with WebSockets ad HTML5 Video vo der JAX 2011 CouchDB HIGHLIGHT User Stories JBoss AS 7 fial Secha Touch jcouchdb Seam Forge Alle CD-Ifos ab Seite magazi User Stories Build your ow Story Wa auf welche Weise verfeier? 104 Bessere Präsetatioe für Etwickler ud Architekte 55»» Bradeues Programm» 51 7 S A s s o JB» 7 S A : g ti h g i L e h t Ride»40 7 h c a r5 e b ü 4 o :V o i t a r g i M»33 u a b f u Cluster-A 16 WEITERE INHALTE JAX-WS RI Metawidget 1.25 Sveso BI-Reportig als Ope Source Komplettsysteme sid kei Muss Project Caffeie ABAP to Go» 78 CouchDB 2011 Acceture. All rights reserved. Österreich 9,80 Schweiz sfr 16,80 Java Architekture Web Agile CD-INHALT Wir lade Sie ei, ei Uterehme keezulere, das Ihe mehr Chace, Herausforderuge ud Zufriedeheit bietet. Ei Uterehme, das auf Teamwork ud Zusammearbeit setzt. Ei Uterehme, das aktuelle Techologietreds mitgestaltet ud 28 der 30 DAX-Uterehme i Deutschlad ud Top-Uterehme i Österreich ud i der Schweiz hilft, ihr Geschäft eu zu erfide. User Spektrum ist so breit gefächert, dass Sie sogar de Job wechsel köe, ohe das Uterehme zu wechsel. Spreche Sie mit us ud etdecke Sie Ihre Möglichkeite. etdecke-acceture.de» 46 Der bequeme Weg» 98» 60

2 Datebake CouchDB Dyamische heterogee Formularsysteme mit Java ud CouchDB Der bequeme Weg Dyamische Date sid im Komme. Immer mehr Aweduge verarbeite Date, die keiem festgelegte Schema etspreche. Solche Date i eier relatioale Datebak zu speicher, ist icht immer sivoll. Zeit, eie Blick auf die NoSQL-Lösug Couch- DB zu werfe. vo Thomas Westphal Warum habe wir es immer mehr mit dyamische Date zu tu? I immer kürzere Zykle werde eue Softwaresysteme eigeführt. Für jede Äderug die Awedug azupasse, ist aufwädig ud daher kostspielig, de jede Apassug muss kozipiert, etwickelt, getestet ud ausgeliefert werde. Umso verlockeder ist es, die Awedug so zu gestalte, dass der Aweder selbst i eiem gewisse Rahme Had alege ka. Auch für die dyamische Bestadteile müsse Date persistet aufbewahrt werde. Mit diesem Artikel soll gezeigt werde, warum sich dokumeteorietierte Datebake, z. B. CouchDB oder MogoDB, besoders gut für dyamische Datestrukture eige. Hier wurde CouchDB gewählt, de diese Datebak ist besoders eifach zu beutze. Das Problem, dass Date keiem Cocurrecy Cotrol CouchDB beutzt optimistisches Lockig, um de parallele Zugriff auf die Date zu verwalte. Dabei versieht die Datebak jedes JSON Objekt mit eiem eideutige Schlüssel ud mit eier Versiosummer. Der Schlüssel muss i CouchDB eideutig sei. Mit ihm wird ei Objekt idetifi ziert. Der Schlüssel ka selbst vergebe werde, eifacher ist es jedoch, dies CouchDB zu überlasse. Dieser Schlüssel ist automatisch Teil des Dokumets ud wird im Attribut _id gespeichert. Mithilfe der Versiosummer im Attribut _rev verwaltet CouchDB die kokurrierede Zugriffe. Dazu wird die Versiosummer bei jeder Äderug eies Dokumets verädert. CouchDB erket beim Schreibe die Kofl ikte ud meldet sie dem jeweilige Cliet. Die bei adere Systeme durch Lockig etstehede Schreib Lese Blockade trete somit icht auf. Dieses System, Multi Versio Cocurrecy Cotrol geat, wird auch bei der Replikatio verwedet, um Kofl ikte zu etdecke ud zu behebe. feste Schema folge, wird hier ahad des Beispiels Portal für Olieumfrage dargestellt. Olieumfrage köe Iterviews, Tests, Quizze oder Ähliches sei. Der dyamische Teil der Awedug besteht hier aus Formulare, die jeweils eie Olieumfrage darstelle. Die für die Umfrage otwedige Formulare werde mit eiem Cotet-Maagemet-System erstellt ud als XHTML-Dateie bereitgestellt. Ziel ist es, icht für jede eue Umfrage ei eues System auszuliefer. I diesem Beispiel werde drei Awedugsfälle erläutert: 1. Formular lade ud azeige 2. Date des ausgefüllte Formulars speicher 3. Gespeicherte Date azeige Dabei geüge zwei eifache Cotroller ud ei Modell mit eier JSF/CDI-Kombiatio. Um die Ergebisse eifach auswerte zu köe, solle die Date des ausgefüllte Formulars so gespeichert werde, dass ei selektiver Zugriff auf beliebige Eigeschafte möglich ist. Listig 1 zeigt ei Java-Quiz als XHTML-Ausschitt, ud i Abbildug 1 ist das Quiz im Browser zu sehe. Das vollstädige Listig der Beispielawedug befidet sich auf [1]. Zeig mir deie Date Die ermittelte Date werde atürlich auch gespeichert. Diese User Geerated Cotet wolle wir us geauer asehe. Eie Umfrage besteht idealerweise aus Frage ud Atworte. Dabei gibt es verschiedee Fragetype, wie offee Frage mit eiem Freitext oder geschlossee Frage mit eier Eifach- oder Mehrfachauswahl. Diese Date äder sich mit jeder Umfrage sowohl im Ihalt als auch i der Struktur. Sie folge keiem festgelegte Schema. Bei de Metadate der Umfrage wie Titel, Beschreibug, Datum, Autor usw. hadelt es sich icht um dyamische Date. Diese Date sid eher statisch. 98 javamagazi

3 CouchDB Datebake Sie köte somit auch i eier relatioale Datebak gespeichert werde. Die dyamische Umfrage- ud die statische Metadate köe da über eie eideutige Schlüssel zugeordet werde. Warum passt CouchDB zu diese Date? CouchDB ist eie schemalose, dokumeteorietierte Datebak. Der Aufbau der Dokumete muss vor dem Speicher icht bekat sei. Deoch werde Afrage ach Datesätze mit bestimmte Eigeschafte uterstützt. Die Dokumete werde bei CouchDB im JSON-Format [2] verwaltet. Das Ergebis eier Umfrage köte somit wie folgt aussehe: { "_id": "1d9a3e088e1042ffe635e7d1c500071d", "_rev": "1-b141b55f2729dd d602481e8af", "formularname": "Java_Test_1", "achame": "Westphal", "class-modifier": ["public","protected","abstract","fial","ohe"], "serialisierug": "trasiet", "keyword": ["strictfp","goto","volatile","cotiue","cost"], "char-size": "16" CouchDB ka diese Date auf jede Fall speicher. Um die eizele Umfrage zu uterscheide, wird das folgede Attribut zusätzlich i jedem Dokumet mit abgelegt: "formularname": "Java_Test_1". Damit köe Abfrage erstellt werde, die alle Name der Umfrage aufliste oder ur die Ergebisse eier Umfrage liefer. Des Weitere sid die zwei Attribute _id ud _rev zur Verwaltug kokurriereder Zugriffe vorhade (Kaste: Cocurrecy Cotrol ). Zugriff, aber wie? CouchDB besitzt eie RESTful-HTTP/JSON-Schittstelle. Für Java sid eiige Bibliotheke verfügbar, die de Zugriff auf die DB och eifacher gestalte. Dazu gehöre zum Beispiel Ektorp [3] ud jcouchdb [4]. Eie Liste mit weitere Bibliotheke fidet sich uter [5]. I der Beispielawedug wurde jcouchdb verwedet, um die Date zu speicher. Der Code ist aber mit Ektorp ahezu idetisch. Alles i der CouchDB: die Formulare lade ud azeige Mit dem Eisatz vo CouchDB bietet es sich a, die XHTML-Formulare der Umfrage i der DB abzulege, de diese Datebak uterstützt icht ur JSON, soder auch beliebige adere Formate als Ahäge zu eiem Datesatz (Attachmets). Soll eie Umfrage ausgeführt werde, wird das passede Formular aus der DB gelese ud agezeigt. Jedes Formular ist ei eigees CouchDB-Dokumet mit dem XHTML-Ateil als Ahag (Listig 2). Um die Formulare icht ur ach der ID _id, soder auch ach dem Name auszulese, wird eie CouchDB View beutzt (Kaste: CouchDB- Abfrage ud Views ). Abb. 1: Das Java-Quiz Listig 1: Das Quiz als XHTML <h1>java Quiz</h1> <h2>persöliche Date</h2> <label> Vorame </label> <iput type="text" ame="java_quiz:vorame" /> <label> Wie viel bit hat ei char? </label> <iput type="text" ame="java_quiz:char-size" /> <label> Wie ka eie Klasse gekezeichet werde? </label> <select ame="java_quiz:class-modifier" multiple="multiple"> <optio value="class-modifier.public">public</optio> <optio value="class-modifier.private">private</optio> <optio value="class-modifier.protected">protected</optio> </select> Listig 2: Das Formular i der CouchDB { "_id": "d5ed823898a29f89bb721733b00051e2", "_rev": "9-4fdcd9d3c1a09451be94c1a28c98092d",, "formularname": "Java_Quiz", "type": "formulare", "_attachmets": { "Java_Quiz": { "cotet_type": "applicatio/xhtml+xml", "revpos": 9, "legth": 2666, "stub": true javamagazi

4 Datebake CouchDB Listig 3: Umfragedate speicher // Die Verbidug zur CouchDB. Per DI vom CouchDbProducer private Database db; public Strig iterviewspeicher(strig formularname) { Map<Strig, Object> date = ew HashMap<Strig, Object>(); date.put("type", "ergebis"); date.put("formularname", formularname); // Aus dem ServletRequest werde die Parameter gelese ud als Eiträge // i das Map überomme, we es keie techische Parameter wie _id ud // _rev sid db.createdocumet(date); Listig 4: Die View cout_by_ame // Map-Fuctio: fuctio(doc) { if(doc.type == 'ergebis' && doc.formularname) { emit(doc.formularname, 1); // Reduce-Fuctio: fuctio(keys, values) { var azahl = 0; for (idx i values) { azahl += values[idx]; retur azahl; CouchDB-Abfrage ud Views Für die Abfrage verbidet CouchDB de dokumeteorietierte Asatz mit dem vo Google etwickelte MapReduce-Asatz [6]. CouchDB uterscheidet icht zwische Abfrage ud Views. Eie View stellt eie Sicht auf die Date dar ud verädert diese icht. Die View besteht aus eier Map- ud eier optioale Reduce-Fuktio. Beide werde i JavaScript geschriebe ud köe i CouchDB hiterlegt werde. Permaete Views werde, im Gegesatz zu temporäre, als Desigdokumete bezeichet. CouchDB idiziert diese Desigdokumete. Ei performater Zugriff ist somit gewährleistet. Das Ergebis eier View sid Schlüssel-Werte-Paare. Diese werde zusamme mit Metadate als JSON-Dokumet zurückgeliefert. Dabei ka sowohl der Schlüssel als auch der Wert wiederum aus eiem JSON-Dokumet bestehe. Die Bibliothek jcouchdb bietet zusätzlich eie eifache Lösug, um Views i die Datebak zu importiere. Folgede View liest ur Eiträge vom Typ Formular (doc.type == 'formulare') ud bereitet das Ergebis wiederum als JSON-Objekt auf, das die gewüschte Date ethält: fuctio(doc) { if(doc.type == 'formulare' && doc.formularname) { emit(doc.formularname,{ 'id':doc._id,'rev':doc._rev,'attachmets':doc._attachmets); Das Ergebis eier View ist eie Liste vo Schlüssel- Werte-Paare. Diese werde mit der CouchDB-Fuktio emit aufgebaut. Der Schlüssel ist hier der Formularame ud der Wert ei JSON-Objekt, bestehed aus der ID id, der Versio rev ud de Ahäge attachmets. Mit der ID des Dokumets ud der ID des Ahags (hier "Java_Quiz") ka dieser gelade werde. Mit jcouchdb ergibt sich folgeder Aufruf: byte[] b = db.getattachmet(formularid, formularname); Strig formular = ew Strig(b); Im Formular-Cotroller werde alle Formulare als Map mit dem Formularame als Schlüssel gehalte. Das Formular ka da mit JSF-Mittel agezeigt werde: <h:outputtext value="#{formularcotroller.formulare.get(formularname)" escape="false" /> CouchDB speichert alles!/die Date speicher Die beötigte Date werde aus dem ServletRequest gelese ud i eier Map gespeichert. Die Schlüssel sid die Zeichekette (z. B. achame), die die jeweilige Frage repräsetiere. Die Werte der Map sid die Atworte. Dabei hadelt es sich etweder um ei eizeles Objekt (Eifachauswahl oder freier Text) oder eie Liste (Mehrfachauswahl). Mit eiem eifache Aufruf wird diese Map mit jcouchdb i der Datebak als Dokumet abgelegt (Listig 3). jcouchdb wadelt das Java-Map mithilfe der JSON-Bibliothek sveso [7] i ei JSON-Objekt um ud sedet es per Apache HttpCliet [8] a CouchDB (HTTP-POST). Die ID ud die Versio des Dokumets werde dabei vo Couch- DB erstellt. Was ist alles dri?/die Date der Umfrage lese Um bequem eie Liste der gespeicherte Umfrage zu bekomme, werde wiederum CouchDB Views geutzt. Als Erstes wird eie View verwedet, die die Name der gespeicherte Umfrage ud die Azahl der dazugehörede Datesätze ermittelt (Listig 4). Diese View besteht aus zwei Teile. Im erste Teil, der Map-Fuktio, wird geprüft, ob das Dokumet ei Umfrageergebis ist ud ob es das Attribut formular- Name besitzt: if(doc.type == 'ergebis' && doc.formu- 100 javamagazi

5 CouchDB Datebake larname) {. Nur Formularame, die diese beide Bediguge erfülle, werde i die Ausgabeliste der Map-Fuktio überomme: emit(doc.formularname, 1);. Die Ausgabeliste der Map-Fuktio besteht somit aus de Schlüssel-Werte-Paare Formularame ud eier 1. Die 1 repräsetiert dabei die Azahl für diese Datesatz. Das Ergebis der Map-Fuktio sieht für drei gespeicherte Umfrageergebisse beispielsweise folgedermaße aus: {"total_rows":3,"offset":0,"rows":[ {"id":"57dc7f8ec7ac14213e434d733f0007a4", "key":"formular_test","value":1, {"id":"d5ed823898a29f89bb721733b00061d1", "key":"java_quiz","value":1, {"id":"da2ac6b340e946bba fb000354", "key":"java_quiz","value":1 ] Jetzt sid die Eiträge pro Formularame jedoch mehrfach vorhade, für jedes gespeicherte Dokumet eimal. Um das Ergebis zu gruppiere ud zu zähle, ist der Reduce-Schritt otwedig. Zum Gruppiere wird dieser Schritt mit der Optio group=true aufgerufe. I der Reduce-Fuktio werde die Werte der Umfrage ( 1 ) durchlaufe ud pro Formular gezählt: for (idx i values) { azahl += values[idx]; Das Ergebis ist eie Liste i folgeder Art: {"rows":[ {"key":"formular_test","value":1, {"key":"java_quiz","value":2 ] Dieses Vorgehe ist zwar icht sehr effiziet, aber eifach parallelisierbar ud ka auch leicht auf viele Recher verteilt werde. Wie die View mit jcouchdb aufgerufe wird, ist i Listig 5 dargestellt. A die eizele Zeile der Abfrage gelagt ma mit viewresult.getrows(). De Umfrageame, hier de Schlüssel, erhält ma mit row. getkey(), die Azahl der Umfrage mit row.getvalue(). Die Werte werde da i eie Map abgelegt. Diese Map ka sehr eifach agezeigt werde, wie i Listig 6 dargestellt. Die Name ud die Azahl aller Umfrage liege u vor. Auf die gleiche Art wird zu eiem ausgewählte Umfrageame eie Liste agezeigt, die alle Ergebisse dieser Umfrage ethält. Nebewirkuge Welche Auswirkuge hat die Beutzug vo CouchDB auf de Rest der Awedug? Das Desig vo Couch- DB ist stark a die Architektur des Web ageleht. Optimistisches Lockig! I viele Webaweduge wird optimistisches Lockig verwedet, de damit erreicht ma die höchste Azahl parallel arbeiteder Cliets. Das wird bei RDBMS oft mittels OR Mapper ud de etsprechede Spalte für ID ud Versio umgesetzt. CouchDB beutzt bereits iter dieses Multi-Versio Cocurrecy Cotrol (MVCC), um mit parallele Zugriffe umgehe zu köe. Dieses Verhalte muss also icht mehr außerhalb der Datebak implemetiert werde. Natürlich etfällt der OR Mapper komplett, da die Struktur des Objekts direkt als JSON-Objekt i CouchDB abgespeichert werde ka. Trasaktioe? I CouchDB wird aders modelliert als i eier relatioale Datebak. Das Objekt bleibt hier als ei Dokumet im Gaze bestehe ud wird icht ormalisiert. I eier relatioale Datebak hätte ma eie Tabelle mit eiem Eitrag für jede Frage. I CouchDB hat ma alle Frage zusamme i eiem Formular. Für die Awedug bedeutet dies, dass die bei RDBMS beötigte Trasaktioe oft etfalle. Im Beispiel sid Äderuge a eiem Formular auch ohe Trasaktioe atomar, weil sie ur ei Dokumet betreffe. I eier relatioale Datebak wäre mehrere Tabelle beteiligt ud daher Trasaktioe otwedig. Listig 5: Aufruf des Views cout_by_ame ud Auslese der Ergebisse // Die Reduce-Fuktio ud das Gruppiere eischalte Optios optios = ew Optios().reduce(true).group(true).groupLevel(9); // Die View zum Ermittel der Name ausführe ViewResult<Iteger> viewresult = db.queryview("iterview/cout_by_ame", Iteger.class, optios, ull); // Ergebisliste mit de Formularame ud der Azahl Map<Strig, Iteger> iterviewuebersicht = ew HashMap<Strig, Iteger>(); // Name ud Azahl werde der Ergebisliste hizugefügt for (ValueRow<Iteger> row : viewresult.getrows()) { iterviewuebersicht.put((strig)row.getkey(), row.getvalue()); Listig 6: Azeige vo Name ud Azahl der Umfrage (View cout_by_ame ) <ui:repeat value="#{cotroller.model.iterviewuebersicht.etryset().toarray()" var="iterview"> <tr> <td><h:outputtext value="#{iterview.key" /></td> <td><h:outputtext value="#{iterview.value" /></td> <td><h:commadlik value="date azeige" actio="#{cotroller.ladeiterviewdate(iterview.key)" /></td> </tr> </ui:repeat> javamagazi

6 Datebake CouchDB der Kommuikatio vom Browser bis zu CouchDB. Ud mit Werkzeuge wie wget oder curl ka ma schell ud eifach auf die Date zugreife. Auch die Admiistratio der DB ud das Aufsetze vo Replikatioe lasse sich mit CouchDB sehr eifach gestalte. Hier stehe RESTful HTTP/ JSON API ud die Weboberfläche Futo (Abb. 2) zur Verfügug. Abb. 2: Weboberfläche Futo Do't Repeat Yourself (DRY) Aber wieso sollte DRY bei CouchDB eie Rolle spiele? Bei RDBMS bezieht ma sich immer zweimal auf das Schema. Zum eie beim Erstelle ud Alege, was evetuell i eiem Etity-Relatioship-Modell ud letztedlich i eiem Create Script müdet. Zum zweite legt ma sich mit jeder Abfrage, also mit jedem SQL-Befehl, wieder auf das Schema fest. Beides muss zusammepasse. Im Gegesatz dazu muss ma bei CouchDB ur bei Abfrage wisse, auf welche Attribute ma sich bezieht. Keep it simple ad stupid (KISS) KISS köte ma hier a viele Stelle aufführe. Aber scho das RESTful HTTP/JSON API ist eifach zu verstehe ud plattformuabhägig. Es passt sehr gut zu eier Webawedug. Es gibt keie Bruch i der Art The right Tool for the Job Weitere Awedugsfälle, für die sich CouchDB gut eiget: Komplexe oder icht gaz eideutige Datestrukture wie Dokumete, Kataloge, Ivetarverzeichisse, Adressdate, Shoppig Carts Archivierug, de das flexible Schema lässt zu, dass sich die Datestrukture mit der Zeit äder köe Aweduge, die geerell flexible Strukture oder eie flexible Azahl vo Spalte beötige Olie/Offliesychroisatio vo Date durch eifache Replikatio vo mehrere CouchDB-Istaze Schlake, i CouchDB itegrierte Aweduge, ohe extra Webserver mit CouchApps [9] CRUD-Aweduge ud Prototype, eifacher Zugriff auf die Date ohe komplexe Jois Uterschiedliche Clietsysteme köe leicht durch das RESTful HTTP/ JSON API agebude werde. Dazu gehöre isbesodere JavaScript- Aweduge i eiem Browser Aweduge auf mobile Plattforme wie Adroid oder iphoe. Hier ka die Olie/Offlie-Sychroisatio eie besodere Rolle spiele, da CouchDB auch auf ios ud Adroid läuft. Fazit Durch diese Nebewirkuge erhält ma eie sehr schlake Awedug. O/R Mappig, Trasaktioe ud das vorgegebee DB-Schema etfalle komplett. Es werde weiger Bibliotheke im Vergleich mit eier relatioale Lösug mit O/R Mapper beötigt. Die Objekte köe 1:1 i der DB abgebildet werde. Möchte ma och schlakere Aweduge, so köe mit dem JavaScript-Webframework CouchApp [9] Webaweduge erstellt werde, die direkt i Couch- DB laufe. Ei zusätzlicher Webserver etfällt dabei. Wird die Logik, wie im Beispiel, i Java implemetiert, steht die breite Palette gewohter Werkzeuge zur Verfügug. CouchDB ermöglicht ei Umdeke im Umgag mit Date. Im vorliegede Awedugsfall ka ma sich CouchDB wie eie Schreibtisch vorstelle. Dort werde alle Umfrage mit de dazu gehörede Ergebisse abgelegt. Erst we ma die Iformatioe beötigt, sortiert ma die Umfrage ud wertet sie aus. CouchDB muss zum Awedugsfall passe (Kaste: The right Tool for the Job ). Schaut ma jedoch über de Tellerrad der RDBMS hiaus, ist CouchDB auf jede Fall eie attraktive Wahl. I viele Fälle ist mit CouchDB eie eifachere Lösug möglich. Ud das erspart Nerve. Gaz ach dem Motto vo CouchDB Relax! Thomas Westphal arbeitet als Seior Software Egieer beim IT- Diestleistugs- ud Beratugsuterehme adesso AG. Er etwirft ud etwickelt Uterehmesaweduge für die Java-Plattform. Sei besoderes Iteresse gilt iovative Persistezmechaisme ud dyamische Sprache der JVM. Liks & Literatur [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] javamagazi