Programmieren II. Relationale Datenbanken. Vorlesung 07. Handout S. 1. Martin Schultheiß. Hochschule Darmstadt Sommersemester 2011.

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1 Programmieren II Martin Schultheiß Hochschule Darmstadt Sommersemester / 26 Datenbanken SQL-Grundlagen JDBC SQL-Constraints 2 / 26 Relationale Datenbanken Ein Datenbanksystem ist ein System zur Speicherung von (großen) Datenmengen: effizient, widerspruchsfrei, dauerhaft Benötigte Teilmengen in unterschiedlichen, bedarfsgerechten Darstellungsformen werden für Benutzer und Anwendungsprogramme bereit gestellt. Hierbei sind relationale Datenbankmanagementsysteme (RDBMS) weit verbreitet. 3 / 26 Handout S. 1

2 Beispiele für RDBMS JavaDB (ehemals Apache Derby, jetzt in Java integriert) Oracle (kommerziell) DB 2 (IBM, kommerziell) MySQL (Open Source, Oracle) PostgreSQL (Open Source) MS SQL-Server (Microsoft, kommerziell) Access (kommerziell, Teil von Microsoft Office) HSQLDB (Open Source) 4 / 26 Organisation von RDBMS Eine relationale Datenbank ist eine eine Sammlung von Tabellen (Relationen), in welchen Datensätze abgespeichert sind. Jeder Datensatz (record) ist eine Zeile (Tupel) in einer Tabelle. Jedes Tupel besteht aus einer Menge von Attributwerten, den Spalten der Tabelle. In praktischen Anwendungen besteht eine Datenbank aus mehreren Relationen, die miteinander verknüpft sind. 5 / 26 Schaubild Quelle: Wikipedia 6 / 26 Handout S. 2

3 Eigenschaften von Datenbanken Moderne Datenbanken arbeiten in einem Transaktionsmodell, das die mit dem Acronym ACID beschriebenen Eigenschaften erfüllt: Atomarität (atomicity) Eine Aktion wird entweder ganz oder gar nicht durchgeführt. Nicht zu Ende geführte Aktionen erzwingen automatisch einen Rollback Zustand vor Start der Aktion. Konsistenz (consistency) Jede Transaktion hinterlässt die Datenbank in einem konstistenten Zustand. Isolation Transaktionen beeinflussen sich gegenseitig nicht! Dauerhaftigkeit (durability) Transaktionen sind nach Abschluss dauerhaft, auch bei Systemabstürzen. 7 / 26 SQL Die meisten RDBMS werden über SQL (structured query language) gesteuert. Die Funktionalität geht hierbei über den Namen hinaus: Erzeugen/Entfernen von Tabellen, Einfügen, Ändern, Löschen von Datensätzen, Abfragen von Datensätzen Definition von Indizes, Constraints,... Leider verwenden die einzelnen RDBMS leicht unterschiedliche SQL-Dialekte. 8 / 26 Wichtige SQL-Befehle CREATE TABLE <table> <columns> Erzeugt eine neue Tabelle mit den angegebenen Spaltendefinitionen. INSERT INTO <table> (<columns>) values (<values>) Fügt einen neuen Datensatz in die angebene Tabelle ein. UPDATE <table> SET <column>=<value> where <constraint> ändert in den vorhandenen, über die Bedingung ausgewählten Datensätzen die angegebene(n) Spalte(n). DELETE FROM <table> where <constraint> entfernt die betreffenden Datensätze. SELECT <column> FROM <table> fragt Datensätze ab, optional eingeschränkt mit WHERE <constraint> und geordnet gemäß ORDER BY <column> 9 / 26 Handout S. 3

4 Beispieltabelle Im folgenden Abschnitt wird eine einfache Beispieltabelle für Java-Anwendungen benutzt: CREATE TABLE person ( nachname varchar ( 40) NOT NULL, vorname varchar ( 40) NOT NULL, firma varchar ( 2 0 ) ) 10 / 26 Datenbank-Konnektierung in Java Eine Standardmethode zur Konnektierung mit RDBMS in Java stellt dar. JDBC (Java Database Connectivity) JDBC stellt hierbei eine standardisierte Zugriffs-Schnittstelle dar, über die auf eine Vielzahl von RDBMS zugegriffen werden kann. Hiermit entspricht JDBC in etwa ODBC für Windowsanwendungen und DBI für Perl. 11 / 26 Grundsätzliches Vorgehen Für ein erfolgreiches Arbeiten mit einer Datenbank über JDBC sind folgende Schritte notwendig: 1. Datenbanktreiber laden Dieser sorgt für die Anbindung an die eigentliche Datenbank. 2. Connection-Objekt erzeugen Hiebei sind i. A. Typ, Name der Datenbank und Username, Passwort notwendig. 3. Einen SQL-Befehl über ein Statement absetzen. 4. Gegebenenfalls den ResultSet auswerten. 12 / 26 Handout S. 4

5 Beispiel: Mit der Datenbank verbinden import java. s q l. * ; p u b l i c c l a s s Main { p u b l i c s t a t i c void main ( S t r i n g [ ] a r g s ) { t r y { Class. forname ( " org. hsqldb. j d b c D r i v e r " ) ; catch ( ClassNotFoundException e ) { System. e x i t ( 1 ) ; t r y { Connection con = DriverManager. getconnection ( " jdbc : hsqldb : f i l e : data /mydb ; shutdown=t r u e ", "SA", "" ) ;... con. c l o s e ( ) ; catch ( SQLException e ) { e. printstacktrace ( ) ; 13 / 26 Analyse Im vorigen Beispiel soll eine HSQLDB-Datenbank konnektiert werden. Hierzu muss zunächst der JDBC-Treiber für HSQLDB geladen werden. Dies geschieht mit dem Befehl Class.forName("org.hsqldb.jdbcDriver"), der die entsprechende Klasse sucht und in die Laufzeitumgebung lädt. Dafür muss sich die Datei hsqldb.jar im CLASSPATH befinden. Danach wird das Connection-Objekt erzeugt: DriverManager.getConnection("jdbc:hsqldb:le:mydb", user, passwd) (die Syntax zur Angabe von Server und Name der Datenbank variiert leider zwischen den Treibern). 14 / 26 Liste von JDBC-Treibern DB JavaDB HSQLDB MySQL PostgreSQL JDBC-Treiber org.apache.derby.jdbc.embeddeddriver org.hsqldb.jdbc.driver com.mysql.jdbc.driver org.postgresql.driver 15 / 26 Handout S. 5

6 Einfügen eines Datensatzes Im Folgenden wird nun nach Aufbau der Verbindung ein Datensatz in die Tabelle eingefügt: Statement s t = con. createstatement ( ) ; s t. executeupdate ( " i n s e r t i n t o person ( nachname, vorname, firma ) v a l u e s ( ' Meier ', ' Kurt ', ' GSI ' ) " ) ; s t. c l o s e ( ) ; Hierzu wird ein Statement-Objekt erzeugt. Dessen Methode executeupdate(...) darf die Befehle INSERT, UPDATE, und DELETE enthalten. 16 / 26 Abfragen von Datensätzen Nun werden die Datensätze und zeilenweise ausgegeben: Statement s t = con. createstatement ( ) ; R e s u l t S e t r s = s t. executequery ( " s e l e c t * from person " ) ; ResultSetMetaData meta = r s. getmetadata ( ) ; while ( r s. next ( ) ) { System. out. p r i n t l n ( " Z e i l e : "+r s. getrow ( ) ) ; f o r ( i n t i =1; i<=meta. getcolumncount ( ) ; i ++) { System. out. p r i n t l n ( " S p a l t e "+meta. getcolumnlabel ( i ) +" : "+r s. g e t S t r i n g ( i ) ) ; r s. c l o s e ( ) ; s t. c l o s e ( ) ; 17 / 26 Analyse Die Methode executequery dient Abfragen, die einen ResultSet zurück geben. Hierbei sind über die Methode getmetadata() die Metadaten des ResultSet zugänglich (insbes. Spaltenzahl und -namen). Über den ResultSet kann iteriert werden, solange rs.next() wahr ist. Die Werte zu den einzelnen Spalten sind auf zwei Wege zugänglich: Über die Spaltennr. mit rs. getstring(index), Über den Spaltennamen mit rs. getstring(name), Zeilen- und Spaltennummern beginnen bei 1! 18 / 26 Handout S. 6

7 Das Interface Connection Das Interface Connection bietet im Wesentlichen folgende Methoden: Statement createstatement() erzeugt ein Statement-Object. void commit() schließt die Transaktion ab. void rollback() macht alle Aktionen der Transaktion rückgängig. void setautocommit(boolean) bestimmt, ob nach jedem Statement automatisch ein Commit durchgeführt wird. void close() beendet die Verbindung. PreparedStatement preparestatement(string sql) bereitet eine SQL-Anweisung vor. 19 / 26 Das Interface ResultSet Mit den Methoden von ResultSet kann man sich zeilenweise durch die Ergebnisse eines SQL-Statement durcharbeiten. Hierbei sind relative Bewegungen (next() und previous() und absolute Bewegungen ( rst (), last (), absolute( int row)) möglich. Achtung, nicht jeder JDBC-Treiber unterstützt die komplette Funktionalität! Zum Lesen der Daten stehen die Methode getxxx(int index) und getxxx(string label) zur Verfügung. Diese bilden die SQL-Datentypen auf die Java-Datentypen ab. 20 / 26 Datentypen Methode SQL-Typ Java-Typ getint() INTEGER int getlong() BIG INT long getfloat() REAL float getdouble() FLOAT double getboolean() BIT boolean getstring() VARCHAR String getstring() CHAR String getdate() DATE java.sql.date gettime() TIME java.sql.time gettimestamp() TIME STAMP java.sql.timestamp 21 / 26 Handout S. 7

8 SQL-Constraints Wie im Bereich SQL-Grundlagen schon angedeutet können bestimmte Regeln (Constraints) für die Daten in einer Tabelle erstellt werden. In der Beispieltabelle wurde schon eines dieser Constraints angewendet: NOT NULL Auf den folgenden Folien werden noch einige weitere wichtige Constraints vorgestellt. Die angegebenen Constraints sind Spaltenconstraints, die jeweils an die Spaltendefinition angehängt werden. Daneben gibt es noch Tabellenconstraints, diese werden hier jedoch nicht behandelt. 22 / 26 Wichtige SQL-Constraints (1/2) NOT NULL Die Spalte darf nicht NULL sein. UNIQUE Ein Wert darf innerhalb der Spalte nicht mehrfach vorkommen. PRIMARY KEY Definiert einen Primärschlüssel, d.h. das primäre Identifikationsmerkmal eines Datensatzes. Oftmals eine Nummer (z.b. Kundennummer in der Tabelle Kunde). Impliziert NOT NULL und UNIQUE 23 / 26 Wichtige SQL-Constraints (2/2) REFERENCES <tabelle> (<spalte>) Fremdschlüssel, durch den Werte einer anderen Tabelle referenziert werden. Z.B. ein Auftrag enthält die Kundennummer, durch die auf den entsprechenden Kunden verwiesen wird. Es dürfen nur Werte eingetragen werden, die in der referenzierten Tabelle auch tatsächlich vorkommen. CHECK (expression) Prüft, ob die angegebene Bedingung erfüllt ist (z.b. CHECK (stundenlohn > 8.5)) 24 / 26 Handout S. 8

9 Beispiel (1/2) CREATE TABLE customer ( customer_id INTEGER PRIMARY KEY, company varchar ( 2 0 ) UNIQUE, contact_lastname varchar ( 40) NOT NULL, contact_ firstname varchar ( 40) NOT NULL ) 25 / 26 Beispiel (2/2) CREATE TABLE o r d e r s ( order_id INTEGER PRIMARY KEY, customer_id INTEGER REFERENCES customer ( customer_id ), delivery_ date DATE, d e s c r i p t i o n CLOB, hourly_ rate FLOAT CHECK( hourly_ rate > 8. 5 ) ) 26 / 26 Handout S. 9

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