10. Anwendungsprogrammierung. Client-Server-Architektur

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1 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

2 Funktionsgruppen in DB-Anwendungen Präsentation und Benutzerinteraktion Anwendungslogik Datenmanagementfunktionalität VL Datenbanken I Schichten-Architektur Benutzerschnittstelle Anwendungslogik Client DB-Schnittstelle DBMS-Protokoll DB-Server VL Datenbanken I Schichten-Architektur Benutzerschnittstelle Client CORBA, RMI,... Anwendungslogik DB-Schnittstelle Applikationsserver DBMS-Protokoll DB-Server VL Datenbanken I 10 6

3 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 Datenbank PASCAL SQL Cursor 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

4 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 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 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

5 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 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 CLI: Ergebnisverarbeitung 1. Bindung an Variablen herstellen SQLINTEGER knr; SQLCHAR kname[31], kort[51]; SQLBindCol (hstmt, 1, SQL_C_LONG, (SQLPOINTER) &knr, 0, NULL); SQLBindCol (hstmt, 2, SQL_C_CHAR, kname, 31, NULL); SQLBindCol (hstmt, 3, SQL_C_CHAR, kort, 51, NULL); 2. Ergebnisse auslesen while (SQLFetch (hstmt) == SQL_SUCCESS) printf ("Kunde = %ld, %s, %s\n", knr, kname, kort); VL Datenbanken I 10 15

6 CLI: Transaktionssteuerung Transaktion erfolgreich beenden SQLEndTrans (SQL_HANDLE_DBC, hdbc, SQL_COMMIT); Transaktion abbrechen SQLEndTrans (SQL_HANDLE_DBC, hdbc, SQL_ROLLBACK); VL Datenbanken I 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 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

7 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 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 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

8 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 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 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 = "); VL Datenbanken I 10 24

9 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 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 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

10 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 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 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

11 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 100. sqlerror: Fehler, also sqlcode < 0. VL Datenbanken I Transaktionssteuerung exec sql commit work; exec sql rollback work; VL Datenbanken I 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

12 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 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 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

13 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 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 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

14 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 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 SQL/PSM: Funktionen Funktionsdefinition create function dm_in_euro (float v) returns float begin return (v / ); 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

15 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 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 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

16 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 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 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

17 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 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 Fehlerbehandlung when Ausnahme then ProgrammStück; VL Datenbanken I 10 51

18 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 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

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