Java und Datenbanken Ein Überblick

Transkript

1 Java und Datenbanken Ein Überblick Benjamin Lietzau & Philipp Meyer Sommersemester

2 Themenüberblick Benjamin Lietzau & Philipp Meyer - Java und Datenbanken 2

3 Themenüberblick 1. Einführung 1. ODMG 2. Relationale Datenbanken 2. Java-basierte Datenbanken 1. Apache Derby 2. HSQLDB 3. JDBC-API 4. SQLJ 5. OR-Mapping Benjamin Lietzau & Philipp Meyer Java und Datenbanken 3

4 Einführung Benjamin Lietzau & Philipp Meyer - Java und Datenbanken 4

5 ODMG Object Database Management Group Herstellerverbund Normen und Standards Objektorientierter Datenbanksysteme OMG (Object Management Group) übernahm nach Release 3 Release 4 in Arbeit Modellierungswerkzeuge Object Definition Language (ODL) ODL kann problemlos in C++, Java, SmallTalk übersetzt werden Benjamin Lietzau & Philipp Meyer Java und Datenbanken 5

6 Relationale Datenbanken Bis heute der meist genutzte Standard SQL ist gängige Abfrage-/Manipulierungssprache Zeilen (Tupel) Spalten (Attribut) Datenbankschema beschreibt die Tabellenstruktur Benjamin Lietzau & Philipp Meyer Java und Datenbanken 6

7 Das Problem Anwendungsprogramm Javaprogramm SQL DB Database Benjamin Lietzau & Philipp Meyer Java und Datenbanken 7

8 Java-basierte Datenbanken Benjamin Lietzau & Philipp Meyer - Java und Datenbanken 8

9 Apache Derby Apache DB Subprojekt Basierend auf Java Nutzt JDBC Sehr klein und handlich /leichtgewichtig Embedded/Mobile Systems Kann direkt in Applikationen eingebettet werden (Embedded Database) Benjamin Lietzau & Philipp Meyer Java und Datenbanken 9

10 HSQLDB Lightweight 100% Java SQL Database Engine Datenbank-System nur 700kb Groß Integrierbarkeit Kann als Server/Client Variante benutzt werden Kann lokal in Programm integriert werden Flexibilität durch drei Tabellentypen Memory only Logdatei-Tabelle Gecachte-Tabelle Geschwindigkeit analog zu MySQL Benjamin Lietzau & Philipp Meyer Java und Datenbanken 10

11 Java Database Connectivity (JDBC) Benjamin Lietzau & Philipp Meyer - Java und Datenbanken 11

12 Was ist JDBC? Programmierschnittstelle (API) Zugriff auf Datenquellen Überwiegend für Datenbanksysteme genutzt Quellcode unabhängig von Datenquelle Benjamin Lietzau & Philipp Meyer Java und Datenbanken 12

13 Architektur Java Anwendung JDBC API JDBC Treibermanagement Treiber API MySQL Treiber Oracle Database Treiber Weitere Treiber Benjamin Lietzau & Philipp Meyer Java und Datenbanken 13

14 Treiber - Typen Typ 1: JDBC-ODBC-Brücke Typ 2: Plattformabhängige Programmbibliothek Typ 3: Zugriff über eine Middleware Typ 4: Direkter Zugriff auf die Datenbank Benjamin Lietzau & Philipp Meyer Java und Datenbanken 14

15 Architektur - Treibertypen JDBC Treibermanagement JDBC-ODBC Brückentreiber Plattformunabhängiger Treiber ODBC-API ODBC Treibermanagment Plattformabhängiger Treiber Middleware Plattformunabhängiger Treiber ODBC-Treiber Datenbank Typ 1 Typ 2 Typ 3 Typ Benjamin Lietzau & Philipp Meyer Java und Datenbanken 15

16 Verbindungsaufbau Variante 1 Treiberklasse laden (seit Java 6 nicht mehr notwendig) Class.forName(StringName) Datenquelle definieren Syntax: <jdbc> ::= jdbc:<treiber>:<optionen> <Treiber> ::= Vordefinierter Treiberkürzel <Optionen> ::= evtl. Optionen die der Treiber bietet URL also abhängig von der Datenquelle und evtl. Optionen Beispiel: jdbc:derby:c:/data/mydb;create=true connection = DriverManager.getConnection('jdbc:derby:c:/data/mydb;create=true'); Benjamin Lietzau & Philipp Meyer Java und Datenbanken 16

17 Verbindungsaufbau Variante 2 Problem: Client-Seitige Festlegung der Verbindungsdaten Lösung: Verbindungsdaten zentral verwalten Mittel: JNDI Aus Zeitgründen gehen wir nicht tiefer drauf ein Benjamin Lietzau & Philipp Meyer Java und Datenbanken 17

18 Daten abfragen Syntax einer SQL-Abfrage: SELECT <Spalten> FROM <Tabelle> WHERE <Bedingung> GROUP BY <Attribut> HAVING <Bedingung> ORDER BY <Sortierung>; Statement erstellen und SQL-Abfrage ausführen stat = connection.createstatement(); rs = stat.executequery('select * FROM Mitarbeiter;'); Benjamin Lietzau & Philipp Meyer Java und Datenbanken 18

19 Mit Datensätze arbeiten Alle Datensätze ausgeben while (rs.next()) { System.out.println(rs.getString(1)); } Benjamin Lietzau & Philipp Meyer Java und Datenbanken 19

20 Mit Datensätze arbeiten Alle Spalten aller Datensätze ausgeben while (rs.next()) { for(int i = 1; i <= stat.getmetadata().getcolumncount(); i++) { System.out.print(rs.getString(i)+, ); } Systme.out.print( \n ); } Benjamin Lietzau & Philipp Meyer Java und Datenbanken 20

21 Mit Datensätze arbeiten Cursor im ResultSet bewegen rs.next(); //nächster Datensatz rs.previus(); //vorheriger Datensatz rs.absolut(x); //gehe zum Datensatz x (int) rs.relative(x); //bewegt sich um x Datensätze vor (int) rs.afterlast(); //hinter letzten Datensatz rs.beforefirst(); //vor ersten Datensatz rs.first(); //zeigen auf erster Datensatz rs.last(); //zeige auf letzten Datensatz Benjamin Lietzau & Philipp Meyer Java und Datenbanken 21

22 Mit Datensätze arbeiten Positionsabfrage rs.isafterlast(); rs.isbeforefirst(); rs.isfirst(); rs.islast(); Benjamin Lietzau & Philipp Meyer Java und Datenbanken 22

23 Problematiken Wert ist NULL String text = rs.getstring(3); if(rs.wasnull()) { System.out.println('Feld enthält NULL'); } Anzahl der Ergebnisse rs.last(); int rownumber = rs.getrow(); rs.beforefirst(); Benjamin Lietzau & Philipp Meyer Java und Datenbanken 23

24 Problematiken - SQL-Injection Manipulation der SQL-Anweisung durch Dritte Gefahrenquelle: Parameter / Formulare Beispiel: Tabelle mit den Feldern: Name, Nachname, Wohnort Ziel der Abfrage: Wie viele Menschen wohnen in Ort x? SQL-Anweisung: 'SELECT count(*) FROM Benutzerdaten WHERE ort =' + x Angreifer übergibt für x 'Lemgo UNION SELECT Nachname FROM Benutzerdaten;' Benjamin Lietzau & Philipp Meyer Java und Datenbanken 24

25 Problematiken - SQL-Injection Komplette Abfrage: 'SELECT count(*) FROM Benutzerdaten WHERE ort = Lemgo UNION SELECT Nachname FROM Benutzerdaten;' Zusätzlich zu dem Ergebnis von count bekommt der Angreifer sämtliche Nachnamen aus der Tabelle Benutzerdaten, welche für ihn nicht vorgesehen waren Benjamin Lietzau & Philipp Meyer Java und Datenbanken 25

26 Problematiken - SQL-Injection Lösung: PreparedStatement Anstatt: Statement st = con.createstatement(); String abfrage = 'SELECT count(*) FROM Benutzerdaten WHERE ort = '; ResultSet rs = st.executequery(abfrage + eingabe + "';"); Verwendet man: String abfrage = 'SELECT count(*) FROM Benutzerdaten WHERE ort =?'; PreparedStatement pst = con.preparestatement(abfrage); pst.setstring(1, eingabe); ResultSet rset = pst.executequery(); Benjamin Lietzau & Philipp Meyer Java und Datenbanken 26

27 Datensätze anlegen/aktualisieren Syntax zum einfügen eines Datensatzes INSERT INTO <Tabelle> (<Spalte 1>, <Spalte 2>,, <Spalte n>) VALUES (<Wert 1>, <Wert 2>,, <Wert n>); Syntax zum aktualisieren eines Datensatzes UPDATE <Tabelle> SET <Spalte> = <Wert> WHERE <Bedingung>; Statement erstellen und SQL-Befehl ausführen stat = connection.createstatement(); count = stat.executeupdate('insert INTO Mitarbeiter VALUES(Heinz, Meier)'); Benjamin Lietzau & Philipp Meyer Java und Datenbanken 27

28 Datensätze anlegen/aktualisieren executeupdate() liefert Anzahl an bearbeiteten Datensätzen zurück Zeitaufwändig Mehrere Befehle ausführen: try { Statement stat = con.createstatement(); stat.addbatch( "INSERT INTO Mitarbeiter VALUES(Heinz, Meier)" ); stat.addbatch( "UPDATE Mitarbeiter SET name=jürgen WHERE id=15" ); stat.addbatch( "INSERT INTO Mitarbeiter VALUES(Micha, Jörens)" ); uc = s.executebatch(); } catch ( BatchUpdateException e ) { //Fehlerbehandlung } Benjamin Lietzau & Philipp Meyer Java und Datenbanken 28

29 Datensätze anlegen/aktualisieren Daten können auch direkt im ResultSet angepasst werden rs.updatestring("name", e.getname()); rs.updatestring("vorname", e.getvorname()); rs.updatestring("beschreibung", e.getbeschreibung()); rs.updaterow(); Benjamin Lietzau & Philipp Meyer Java und Datenbanken 29

30 SQLJ Benjamin Lietzau & Philipp Meyer - Java und Datenbanken 30

31 SQLJ Entwicklung von IBM, Oracle, Sybase und Informing SQL92-Standard (Embedded SQL) Auf Quelltextebene: Keine proprietären Eigenschaften des jeweiligen SQL-Dialektes Dann kompatibel mit DB-Format ggf. Probleme bei DB-Migration etc Benjamin Lietzau & Philipp Meyer Java und Datenbanken 31

32 SQLJ Vorteile Direkter Zugriff auf Java-Variablen Bei Nutzung von DB2 bessere Authentifizierung möglich Klassische SQL-Statements möglich SQLJ-Translator erkennt Fehler beim Kompilieren Korrekte Syntax Typenkompatibilität zwischen SQL und Java Datenbankschema JDBC erst während der Laufzeit Nachteile Viele IDE unterstützen kein SQLJ Präprozessor nötig (SQL in Java-Code umwandeln) Benjamin Lietzau & Philipp Meyer Java und Datenbanken 32

33 SQLJ-Prinzip Profilmanager beinhaltete SQL-Befehle Customizer passt Profile an DBMS-Spezifika an Java-Quelltext mit SQLJ Java- Quelltext SQLJ- Profil Java Compiler SQLJ-Translator Syntaxprüfung Bytecode SQLJ- Laufzeitsystem JDBC Database Benjamin Lietzau & Philipp Meyer Java und Datenbanken 33

34 SQLJ Laufzeitsystem liegt in sqlj.runtime.* Statements beginnen mit #sql Variablen vom Quellcode möglich (:x) Ausdrücke aus dem Quellcode möglich (:x + y) IN oder OUT oder INOUT für Datenübergabe #sql [[<context>]] { <SQL-Anweisung> } Benjamin Lietzau & Philipp Meyer Java und Datenbanken 34

35 SQLJ - Beispiel SQLJ-Anweisung - INSERT. #sql [ctx] { }; INSERT INTO DSN8710.EMP (EMPNO, FIRSTNME, MIDINIT, LASTNAME, HIREDATE, SALARY) VALUES (:empno, :firstname, :midinit, :lastname, CURRENT DATE, :salary) Benjamin Lietzau & Philipp Meyer Java und Datenbanken 35

36 SQLJ - Beispiel JDBC zum Vergleich. PreparedStatement stmt = conn.preparestatement( "INSERT INTO DSN8710.EMP " + "(EMPNO, FIRSTNME, MIDINIT, LASTNAME, HIREDATE, SALARY) " + "VALUES (?,?,?,?, CURRENT DATE,?)"); stmt.setstring(1, empno); stmt.setstring(2, firstname); stmt.setstring(3, midinit); stmt.setstring(4, lastname); stmt.setbigdecimal(5, salary); stmt.executeupdate(); stmt.close(); Benjamin Lietzau & Philipp Meyer Java und Datenbanken 36

37 OR-Mapping Benjamin Lietzau & Philipp Meyer - Java und Datenbanken 37

38 OR-Mapping Ablegen von Objekten in einer relationalen Datenbank Programm sieht nur noch objektorientierte Datenbank Schlechtere Datenbankleistung Zusätzliche Zwischenschicht (Klassenbibliotheken) nötig Bsp. Hibernate oder Java Persistence API Einfachste Vorgehensweise: Klassen entsprechen Tabellen Jedes Objekt ist eine Zeile Identität des Objektes ist der Primärschlüssel Referenzen zu anderen Objekten über Primär-/Fremdschlüsselbeziehungen Benjamin Lietzau & Philipp Meyer Java und Datenbanken 38

39 OR-Mapping Beispiel Kunde 1 1 Adresse Name: String Strasse: String Ort: String PLZ: String Java public class Kunde{ public String name; public Adresse adresse; } public class Adresse{ public String strasse; public String ort; public String plz; } SQL create table Kunde( KundeID integer primary key, Name varchar(20), Strasse varchar(20), Ort varchar(20), PLZ varchar(20) ) Benjamin Lietzau & Philipp Meyer Java und Datenbanken 39

40 OR-Mapping Anwendungsprogramm Objektmodell Zwischenschicht (z.b. Hibernate) Abbildung Relationales Datenbankschema Database Benjamin Lietzau & Philipp Meyer Java und Datenbanken 40

41 OR-Mapping Vererbung abbilden ebenso möglich 3 Möglichkeiten Tabelle pro Vererbungshierarchie Attribute Superklasse & abgeleiteter Klassen in einer Tabelle Diskriminator (legt fest was welcher Klasse gehört) Tabelle pro Unterklasse Für jede abgeleitete Klassen wird eine weitere Tabelle angelegt Tabelle pro konkrete Klasse Attribute der Superklasse werden in die Tabelle der abgeleiteten Klasse abgelegt Keine Tabelle für die Superklasse Benjamin Lietzau & Philipp Meyer Java und Datenbanken 41

42 OR-Mapping Beispiel - Tabelle pro Vererbungshierarchie Kreis Radius: Integer Geometrische Form Flächeninhalt: Integer Polygon AnzahlEcken: Integer create table GeometrischeForm( ID integer primary key, Flächeninhalt integer, Radius integer, AnzahlEcken integer, Kantenlänge integer, FormTyp varchar(20)) Quadrat Kantenlänge: Integer Diskriminator Benjamin Lietzau & Philipp Meyer Java und Datenbanken 42

43 OR-Mapping Beispiel - Tabelle pro Unterklasse Kreis Radius: Integer Geometrische Form Flächeninhalt: Integer Polygon AnzahlEcken: Integer Quadrat Kantenlänge: Integer create table Kreis( KreisID integer primary key, Flächeninhalt integer, Radius integer ) create table Quadrat( QuadratID integer primary key, Flächeninhalt integer, AnzahlEcken integer, Kantenlänge integer) Benjamin Lietzau & Philipp Meyer Java und Datenbanken 43

44 OR-Mapping Beispiel - Tabelle pro konkrete Klasse create table GeometrischeForm( FormID integer primary key, Flächeninhalt integer) Kreis Radius: Integer Geometrische Form Flächeninhalt: Integer Polygon AnzahlEcken: Integer Quadrat Kantenlänge: Integer create table Kreis( FormID integer primary key, Radius integer, foreign key(formid) references GeometrischeForm(FormID)) create table Polygon( FormID integer primary key, AnzahlEcken integer, foreign key(formid) references GeometrischeForm(FormID)) create table Quadrat( FormID integer primary key, Kantenlänge integer, foreign key(formid) references Polygon(FormID)) Benjamin Lietzau & Philipp Meyer Java und Datenbanken 44

45 Quellen Benjamin Lietzau & Philipp Meyer - Java und Datenbanken 45

46 Quellenangaben 1. Java und Datenbanken, Wolfgang Dehnhardt, 1. Auflage 2003, Hanser Verlag 2. Datenbanken & Java, Gunter Saake et. al, 1. Auflage 2000, dpunkt.verlag Benjamin Lietzau & Philipp Meyer Java und Datenbanken 46

47 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Benjamin Lietzau & Philipp Meyer FB 8 - Angewandte Informatik/Umweltingenierwesen benjamin.lietzau@stud.hs-owl.de philipp.meyer@stud.hs-owl.de