Programmierung und Datenbanken II

Transkript

1 Programmierung und Datenbanken II Sommersemesters

2 Menschen wollen nicht mit Datenbanken reden Mensch, als Benutzer von AWS, möchte Keine SQL-Befehle eingeben, um an Informationen zu gelangen Lieber mit einer grafischen Oberfläche oder einer Website interagieren Konsequenz: Dann muss die Oberfläche bzw. das zu Grunde liegende Programm mit der DB kommunizieren 2

3 Menschen wollen nicht mit Datenbanken reden 3

4 Menschen wollen nicht mit Datenbanken reden 4

5 Was haben wir bisher getan? Anwendungsbereich analysiert Datenobjekte + Beziehungen identifiziert Modelle erstellt Modellhafte Aufbereitung der Analyse (ERM/SERM) Überführung in Relationenschema Ggf. Normalisierung Datenbankserver eingerichtet Server läuft Tabellenstruktur mithilfe von SQL angelegt 5

6 Was wollen wir jetzt tun? Einbindung der Datenbank in ein JAVA-Programm à Programmierung in JAVA Erstellen einer Verbindung Schreiben von Daten Lesen von Daten Verwendung der JDBC (Java DataBase Connection) Objekt-Relationales Mapping (Hibernate) 6

7 java.sql.* Verwendung von Klassen des Pakets java.sql Objekte, wie z.b. Verbindung (Connecetion) SQL-Statement (Statement) Abfrageergebnis (ResultSet) Verstehen Nachrichten, wie z.b. Verbinde dich mit dem Datenbankserver Führe die folgende SQL-Anweisung aus Gib mir den Wert für Attribut X des ersten Datensatzes aus 7

8 Verbindung herstellen Trennung von Programm und Datenbank à zur Interaktion muss eine Verbindung hergestellt werden Realisierung mithilfe des Interface Connection Ein Programm kann/muss mit mehreren DBs gleichzeitig arbeiten 8

9 Verbindung herstellen So funktioniert es nicht: Connection con = new Connection ("Server-Name", "User-Name", "Passwort"); weil: viele unterschiedliche SQL-Datenbank-Systeme (z.b. MySQL, Oracle, IBM und andere) Verschiedene Treiber für jede Art von DB-System Deshalb bittet man die Treiber-Verwaltung, eine Verbindung zu einem DB-System herzustellen. Passenden Treiber in Klassenpfad aufnehmen (z.b. 9

10 Verbindung herstellen import java.sql.*;... Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver"); //deprecated since jdbc 4.0 Connection connection = DriverManager.getConnection( "jdbc:mysql:// :3306/db_beispiel_lehre", "db_lehre_a, "*******");... Was passiert hier? Der DriverManager wird um eine Verbindung gebeten: String zur Lokalisierung der Datenbank und zugehörigen Treibers Benutzername mit Zugriffsrechten Passwort des Benutzers Variable connection referenziert nun ein Verbindungsobjekt 10

11 Verbindung herstellen Aufbau des Strings zur Lokalisierung der DB: Gibt an, mit welcher Datenbank man eine Verbindung herstellen möchte jdbc : [Treiber-Name] : [Ort der DB] Beispiele: jdbc:mysql:// /db_lehre_beispiel jdbc:hsqldb:file:c:/dir/database 11

12 Kommunikation mit der DB Bisher existiert lediglich eine Verbindung zur DB Zur Kommunikation werden die Methoden des interface Statement verwendet: Statement statement = connection.createstatement(); java.sql :: Statement Ausführen von SQL-Statements (INSERT, UPDATE, DELETE)... + execute(string sql):boolean + executequery(string sql): ResultSet Ausführen von SQL-Abfragen (SELECT)... 12

13 Beispiel Daten manipulieren import java.sql.*;... // Treiber laden Class.forName("com.mysql.jdbc.Driver"); // Verbindung herstellen Connection connection = DriverManager.getConnection( "jdbc:mysql:// :3306/db_lehre_a", "db_lehre_a, ********"); // Statement erzeugen Statement statement = connection.createstatement(); // INSERT statement.execute("insert INTO TInterpret + "VALUES ('Nirvana', 1987)"); // UPDATE statement.execute("update TAlbum SET Album = 'Geraeusch' + "WHERE CD_ID = 9234"); // DELETE statement.execute( DELETE FROM TAlbum + "WHERE CD_ID = 4963");... 13

14 Daten abfragen SELECT-Anweisungen inkl. Ergebnisobjekt mittels ResultSet ergebnismenge = statement.executequery("select-statement"); Ergebnismenge ist eine Menge von Zeilen Jede Zeile enthält einen Datensatz Zeiger, der immer auf eine der Zeilen zeigt Verfügt über Methoden, die: Attributwerte der aktuellen Zeile auslesen den Zeiger bewegen 14

15 ResultSet einige Methoden, die den Zeiger bewegen: Methode Bedeutung + next():boolean Sofern möglich, wird der Zeiger eine Zeile tiefer gesetzt, liefert true zurück, sofern dies erfolgreich war + previous():boolean Analog zu next() nach oben + beforefirst() Setzt den Zeiger vor die erste Zeile + first():boolean Setzt den Zeiger auf die erste Zeile, liefert false, wenn ResultSet leer ist + last() Setzt den Zeiger auf die letzte Zeile + absolute(int n):boolean Setzt den Zeiger auf die n-te Zeile, liefert true sofern dies erfolgreich war 15

16 ResultSet einige Methoden, die Attributwerte einer Zeile auslesen: Methode Bedeutung + getstring(int n):string Liefert den Wert des n-ten Attributs als String + getint(int n):int Liefert den Wert des n-ten Attributs als int + getlong(int n):long Liefert den Wert des n-ten Attributs als long + getfloat(int n):float Liefert den Wert des n-ten Attributs als float + getdouble(int n):double Liefert den Wert des n-ten Attributs als double + getdate(int n):date Liefert den Wert des n-ten Attributs als Date + getboolean(int n):boolean + getmetadata():resultsetmetadata Liefert den Wert des n-ten Attributs als boolean Liefert ein Objekt mit Informationen über die Zeile (wieviele Attribute, welche Typen,...) 16

17 Beispiel Daten abfragen Kontonummer Buchung_ID Konto_ID Kontoname Zeitstempel Kontotyp_ID (0,*) (1,1) (0,*) Soll Kontotyp Konto Buchung Kontotypname (0,*) Haben Betrag Buchungstext Relationenmodell: Kontotyp (Kontotyp_ID, Kontotypname) Konto (Konto_ID, Kontotyp -> Kontotyp.Kontotyp_ID, Kontonummer, Kontoname) Buchung (Buchung_ID, Soll -> Konto.Konto_ID, Haben -> Konto.Konto_ID, Zeitstempel, Betrag, Buchungstext) Das Feld Kontotyp in Konto erhält einen Fremdschlüssel von Kontotyp.Kontotyp_ID, Soll und Haben in Buchung erhalten einen Fremdschlüssel von Konto.Konto_ID 17

18 Tabellen Beispiel Daten abfragen 18

19 Beispiel Daten abfragen Regina Haarig glaubt nicht, dass ihre Buchungssätze in der Datenbank abgebildet werden können. Geben Sie ihr alle Buchungssätze der Datenbank in der Form Soll an Haben aus. SELECT FROM WHERE AND Sollkonto.Kontonummer, Sollkonto.Kontoname, 'an', Habenkonto.Kontonummer, Habenkonto.Kontoname, Betrag Konto AS Sollkonto, Konto AS Habenkonto, Buchung Habenkonto.Konto_ID = Buchung.Haben Sollkonto.Konto_ID = Buchung.Soll; 19

20 Beispiel Daten abfragen ResultSet rs = statement.executequery( "SELECT Sollkonto.Kontonummer, " + "Sollkonto.Kontoname, " + "'an', " + "Habenkonto.Kontonummer, " + "Habenkonto.Kontoname, " + "Betrag " + "FROM Konto AS Sollkonto, " + "Konto AS Habenkonto, " + "Buchung " + "WHERE Habenkonto.Konto_ID = Buchung.Haben " + "AND Sollkonto.Konto_ID = Buchung.Soll"); // Daten abfragen while (rs.next()) { System.out.println( rs.getint(1) + " " + rs.getstring(2) + " " + rs.getstring(3) + " " + rs.getint(4) + " " + rs.getstring(5) + " " + rs.getdouble(6)); } // Daten ausgeben 20

21 Beispielprogramm Neues Album hinzufügen public static void newalbum() throws Exception { // Daten einlesen System.out.println ("ID, Name und Interpret des Albums:"); BufferedReader br = new BufferedReader( new InputStreamReader(System.in)); int id = Integer.parseInt(br.readLine()); String album = br.readline(); String interpret = br.readline(); // DB-Verbindung herstellen Connection connection = DriverManager.getConnection( "jdbc:mysql:// /db_lehre_a, "db_lehre_a", "Nudelholz"); // SQL-Statement ausführen Statement statement = connection.createstatement(); statement.execute( "INSERT INTO TAlbum " + "VALUES (" + id + ", '" + album + "', '" + interpret + "')"); System.out.println("Das Album wurde hinzugefügt!"); // Verbindung beenden statement.close(); connection.close(); } 21

22 Beenden der Kommunikation Sämtliche SQL-Objekte Connection Statement ResultSet sollten geschlossen werden, sofern nicht mehr benötigt: Connection verbindung = DriverManager.getConnection(...) Statement anfrage = connection.createstatement(); ResultSet ergebnis = anfrage.executequery(...);... ergebnis.close(); anfrage.close(); verbindung.close(); 22

23 BEISPIEL - MUSIKDATENBANK 23

24 Beispielprogramm Ausgabe aller Alben eines Interpreten public static void printalbumofinterpret() throws Exception { // Daten einlesen System.out.println ( Name des Interpreten:"); BufferedReader br = new BufferedReader( new InputStreamReader(System.in)); String interpret = br.readline(); // DB-Verbindung herstellen Connection connection = DriverManager.getConnection( "jdbc:mysql:// /db_lehre_a, "db_lehre_a", "Nudelholz"); // SQL-Statement ausführen Statement statement = connection.createstatement(); ResultSet ergebnis = statement.executequery( "SELECT CD_ID, Album FROM TAlbum " + "WHERE Interpret = '" + interpret + "'"); while (ergebnis.next()) { System.out.println( ergebnis.getint("cd_id") + " " + ergebnis.getstring("interpret")); } // Verbindung beenden statement.close(); connection.close(); } 24

25 Exceptions wenn etwas schief geht Bei der Kommunikation mit einem DB-Server kann eine Menge schief gehen Abbruch der Verbindung Gewünschte DB existiert nicht SQL-Statement kann nicht interpretiert werden... Um mit entsprechenden Situationen umgehen zu können, benutzt Java Exceptions (Ausnahmezustände) 25

26 Die Idee hinter Exceptions Eine Methode merkt, dass etwas unvorhergesehenes geschieht Sie erzeugt ein Objekt vom Typ Exception und wirft es (throw) Geworfene Exception wird in einem Catch-Block abgefangen, die Ordnung wird wiederhergestellt Danach geht das Programm weiter 26

27 Der Try-Catch-Block try { // Anweisungen } catch(fehlertyp Objekt) { // Anweisungen } catch(fehlertyp Objekt) { // Anweisungen } finally { // Anweisungen } Ermittlung, welcher Fehlertyp Ausführung der entsprechenden Anweisungen zur Fehlerbehandlung Durchführung abschließender Anweisungen und Fortsetzung des Programmablaufs 27

28 DB-Aktionen mit Fehlerbehandlung Connection connection = null; Statement statement = null; ResultSet ergebnis = null; // Datenbank-Aktionen, bei denen evtl. Fehler auftreten können try { connection = DriverManager.getConnection( "jdbc:mysql:// /db_lehre_a", "db_lehre_a, "Nudeholz"); statement = connection.createstatement(); ergebnis = statement.executequery( "SELECT CD_ID, Album FROM s _talbum " + "WHERE Interpret = 'Die Ärzte'"); while (ergebnis.next()) { System.out.println( ergebnis.getint("cd_id") + " " + ergebnis.getstring("album")); } ergebnis.close(); statement.close(); connection.close(); } catch (SQLException e) { // wenn ein Fehler aufgetreten ist, gib die Meldung aus System.err.println(e.getMessage()); } 28

29 SQL oder Java? Sinnvolle SQL-Statements formulieren "SELECT CD_ID, Album FROM TAlbum " + "WHERE Interpret = 'Die Ärzte'" oder Java-Code schreiben // SQL-Abfrage nach allen Alben ResultSet ergebnis = statement.executequery("select * FROM TAlbum"); ergebnis.beforefirst(); while (ergebnis.next()) { // nachträgliche Selektion mithilfe einer if-anweisung if (rs.getstring("interpret").equals("die Ärzte")) { System.out.println( ergebnis.getint("cd_id") + " " + ergebnis.getstring("album")); } } 29

30 Zusammenfassung JDBC erlaubt es Java-Programmen, mit Datenbank-Servern zu kommunizieren Ein Connection-Objekt repräsentiert eine Verbindung zu einer Datenbank auf einem bestimmten Server Ein Statement-Objekt repräsentiert eine Anfrage (Query), die einfach als SQL-String angegeben wird Ein ResultSet-Objekt repräsentiert einen Zeiger, der immer auf eine Zeile der Ergebnismenge zeigt Ein Exception-Objekt repräsentiert eine Ausnahmesituation und wird mithilfe des Try- Catch-Blocks behandelt 30

31 OBJEKT-RELATIONALES MAPPING 31

32 Paradigm Mismatch Identität Granularität Datennavigation Vererbung Assoziation 32

33 Motivation Objektorientierte Programmierung vs. Relationale Speicherung Problem/Schwachstelle der bisherigen Lösung: SQL-Code als String + Datenbankanbindung in JAVA- Code integriert Auslagern der SQL-Queries + Anbindung in eigenen Datenbank-Manager-(Klasse) Effizienz / schlechte Wartbarkeit Weitere Argumente für ORM: Bekannte wiederkehrende Probleme Konsistente Speicherung von Laufzeitdaten 33

34 Definitionen OR-Mapping Objektrelationales Mapping (ORM)... Abbildung der Laufzeitdaten eines in einer objektorientierten Sprache geschriebenen Programms auf die zugehörigen Daten in einer relationalen Datenbank und umgekehrt. [1]...bedeutet, dass man ein Objekt einem Datensatz zuordnet und umgekehrt. Im Programm schreibt man dann für das Laden, Speichern, Ändern und Löschen keine manuellen SQL-Anweisungen sondern überlässt die Generierung von Abfragen einem ORM-Framework wie z.b. Hibernate für Java. [2] [1] [2] 34

35 Was ist OR-Mapping? Objekte werden als Datensätze in entsprechenden relationale Datenbanken persistiert (abgespeichert) Die Datensätze können wieder in Objekte überführt werden, mit denen dann gearbeitet werden kann Objekte werden in korrespondierenden Datensätzen verwaltet (hinzugefügt, geändert, gelöscht) und gespeichert Kein manueller SQL-Code nötig ORM-Framework organisiert Zugriff (generiert den SQL-Code) auf relationale DB, z.b. Hibernate (für Java) ORM-Framework sichert Konsistenz in DB 35

36 Wie funktioniert OR-Mapping? Eine Klasse in Java wird einer Tabelle der Datenbank zugeordnet, dabei gilt: Attribute Spalte Objekt Datensatz Assoziationen Schlüsselattribute Klassendefinition: Zugehörige Tabelle in DB: ManagerID Name 1 Hirte 2 Bauer 36

37 Hibernate ORM-Framework für Java Open-Source Ermöglicht Speicherung von Java-Objekten in relationale Datenbanken und generiert wiederum Objekte aus diesen Datensätzen stellt Methoden bereit, mit denen Objekte (als Datensatz) der Datenbank hinzugefügt, abgeändert und entfernt werden können nutzt XML-Konfigurationen und Java-Annotations Hibernate führt Kommunikation mit DBMS über SQL- Queries Logo: 37

38 Exkurs: Annotations Sprachelemente im Java, die das Einbinden von weiteren Informationen (Metadaten) in den Code erlauben Diese Informationen wurden bis Java 5.0 in zusätzlichen Dateien abgelegt (aufwändig) Beginnen mit gefolgt von ihrem Namen und gegebenenfalls weiteren Parametern in runden Klammern Beispiel Hinweis, dass Methode überschrieben wird: public class Superklasse{ public void methode(){ //mache irgendwas } } public class Subklasse extends public void methode(){ //mache es anders } } 38

39 Beispiel UML Diagramm 39

40 Klassenhierarchien/Vererbung im ORM 1. One Table Per Class Hierachy (SINGLE_TABLE) Gesamte (Vererbungs-)Hierachie in einer Tabelle. Alle Attribute in Tabelle abgebildet, wenn Attribut in Klasse nicht vorhanden, dann NULL. Zusätzliche Spalte für Bezeichnung der Klasse. 2. One Table Per Subclass (JOINED) Jede Klasse in eigener Tabelle 3. One Table Per Concrete Class (TABLE_PER_CLASS) Eigene Tabelle für jede konkrete Klasse. Attribute der abstrakten Klassen werden in der jeweiligen Subklasse eingebunden 40

41 Klasse HerdenManager = "HerdenManager") public class @Column(name = "MangerID") private int = "Name") private String = "manager") private Rind[] herde; Import der Annotationen Klasse entspricht Entity Ordnet Klasse einer Tabelle in der DB zu Attribut ist Primärschlüssel Attribut wird automatisch generiert Ordnet Attribut einer Spalte mit dem Namen zu Definiert eine Eins zu viele - Beziehung (Parent) } //Getter und Setter-Methoden 41

42 Klasse Tier = = = "Art", discriminatortype = = "Tier") public class Tier @Column(name = "TierID") private int = "Name") private String name; //Getter und Setter-Methoden WI Legt fest, wie Vererbungsbeziehung abgebildet wird, hier: komplette Vererbungshierachie in einer Tabelle Definiert (Diskriminator-)Spalte, in der abgebildet wird, zu welcher Klasse ein Datensatz gehört, hier: Spalte Art, Datentyp Datensätze dieser Klasse (Tier) haben den Wert Tier in der Diskriminator-Spalte

43 Klasse Rind = = "Rind") public class Rind extends = "Farbe") private String farbe; Subklasse Rind wird ebenfalls der Tabelle Tier zugeordnet In der Diskriminator-Spalte wird für Datensätze dieser Klasse der Wert Rind = EuterVolumen") private = "Manager") private HerdenManager manager; Definiert eine Viele zu eins - Beziehung (Child) } //Getter und Setter-Methoden 43

44 Assoziationen 1. One To One Jedem Element aus A ist genau ein Element aus B zugeordnet & jedem Element aus B genau eins aus A. 2. One To Many (1:n) Jedem Element aus A können mehrere Elemente aus B, allerdings kann jedem Element aus B maximal 1 Element aus A zugeordnet werden. parent-side child-side (B) 3. Many To Many Jedem Element aus A können mehrere Elemente aus B & jedem Element aus B können wiederrum mehrere Elemente aus A zugeordnet werden. 44

45 Assoziation - Typ 1:n Klasse HerdenManager (Parent) Klasse Rind = "manager") private Rind[] herde; bidirektionale 1:n Beziehung viele Rinder sind einem = "Manager") private HerdenManager manager; -> zusätzliche Spalte in Tabelle Rind, in der jedem Rind ein HerdenManager zugeordnet wird (in Datenbank nur Abbildung einer unidirektionalen definiert die Fremdschlüsselspalte in Tabelle Rind hier: = manager ) sagt aus, dass die Assoziation in der Datenbank durch das Attribut manager der anderen Klasse (Rind) umgesetzt wird -> wird nur bei bidirektionalen Assoziationen benötigt

46 Auszug Datenbank Tabelle HerdenManager ManagerID Name 1 Hirte Tabelle Tier TierID Name Farbe EuterVolumen Manager Art 1 Vera braun 10 1 Rind 2 Leo NULL NULL NULL Tier 3 Elsa schwarz 8 1 Rind 46

47 Probleme Konvertierung von Datentypen, z.b. String (in Java) und VARCHAR (in SQL) Mehrwertige Attribute (z.b. Listen, Arrays,...) Kardinalitäten Abbildung der Vererbungsbeziehung (Lösung durch Abbildung der gesamten Klassenhierachie in einer Tabelle) Hohe Anzahl von Joins -> Performance Persistieren von Eigenschaften, nicht von Methoden! 47