Persistenzframeworks

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1 Persistenzframeworks Präsentation im Rahmen des Software Engineering-Seminars Zaferna-Hütte, 5. Januar 2009 Georg Senft

2 Inhalt Grundbegriffe Objektrelationales Mapping LINQ Hibernate und JPA Fazit Einordnung Heraus- forderungen Architektur Exkurs: Spracherweiterungen objektrelationales Mapping Lösungen LINQ to SQL Abfragen ORM Abfragen NHibernate 2

3 Grundbegriffe Framework konzeptspezifische Lösung für generisches Problem OO: insb. Vererbung, White-Box-Wiederverwendung Problem-Abdeckung ~ Standardisierbarkeit Persistenz Fähigkeit einer Anwendung, Daten in einem nicht-flüchtigen Speicher zu sichern und später wiederherzustellen. Persistenzframework allgemein: Lösung für weit verbreitete Persistenz-Anforderung dabei: Kapselung Entkoppelung + speziell (OO & relationales l DBMS): Objektrelationales ti l Mapping 3

4 Objektrelationales Mapping (1/5) Abbildung: objektorientierte ti t relationale l Strukturen Problem: Verschiedenheit der Paradigmen objektorientiertes Paradigma Klasse Attribut Objekt Assoziation Liste Vererbung Methoden Pendant relationales Paradigma Tabelle (Relation) Attribut Datensatz (Tupel) Assoziation Primärschlüssel Impedanz-Unterschied 4

5 Objektrelationales Mapping (2/5) Mapping: objektorientiert relational Klasse Tabelle (Relation) Klasse Tabelle einfache e Attribute Attribute Objektinstanzen Datensätze Attribut Objekt Attribut Datensatz (Tupel) Herausforderung: Primitive Typen SQL-Datentypen Java, C#, VB.NET byte short int long float double decimal char boolean/bool String/string (GregorianCalendar/DateTime) übliche SQL-Typen tinyint smallint int bigint real double decimal(n,m) char(n) bit varchar(n) date time timestamp datetime blob(n) Längenangaben ( ) clob(n) herstellerindividuelle Datentypen zusätzlich: NULL-Wert 5

6 Objektrelationales Mapping (3/5) 1:1-Beziehung und n:1-beziehung: objektorientiert Assoziation relational Assoziation Primärschlüssel Automobil Person 1 Halter * 1 Automobil Person ID Halter ID Strategien zur Primärschlüssel-Vergabe: Generierung durch DBMS Verwendung von Pseudo-Zufallszahlen etc. 6

7 Objektrelationales Mapping (4/5) 1:n-Beziehung: objektorientiert Assoziation Liste relational Assoziation Automobil Fahrer: Person[] * 0 *0..1 Person * Automobil ID Person ID Auto m:n-beziehung: Automobil Person Fahrer: Person[] Autos:Automobil[] * * Automobil ID AutoPersZuo ID AID PID Person ID 7

8 Objektrelationales Mapping (4/5) 1:n-Beziehung: objektorientiert Assoziation Liste relational Assoziation Automobil Fahrer: Person[] * 0 *0..1 Person * Automobil ID Person ID Auto OO: keine Unterscheidung Automobil Fahrer: Person[] Person * * Automobil ID AutoPersZuo ID AID PID Person ID 8

9 Objektrelationales Mapping (5/5) Vererbung: 3 Strategien objektorientiert relational Kfz Leistung Pkw Türen Lkw Achsen Klasse Vererbung Tabelle Tabelle je Klasse Kfz ID Diskriminator Leistg. Pkw ID Türen Lkw ID Achsen vollständige Tabelle je Klasse Kfz ID Diskriminator Pkw ID Leistung Türen Lkw ID Leistung Achsen gemeinsame Tabelle Kfz ID Diskr. Leistung Türen Achsen bei großer Klassenvielfalt Vorteil: effiziente Speichernutzung 9

10 LINQ für.net Language Integrated t Query für Microsoft.NET 3.5 vereinheitlichte Syntax für Arbeit mit Datenmengen und Elemente erweiterbarer Umfang an LINQ-Providern Sprachintegration, neuartige Sprachelemente Programmiersprachen C# Visual Basic LINQ Bausteine Expression Bäume Abfrage Ausdrücke Abfrage Operationen LINQ Provider LINQ to Objects LINQ to SQL LINQ to XML LINQ to Entities Datenquellen KlasseA int : Zahl KlasseB : myb foo() bar() KlasseB int : ZahlB bool : fertig flexnet() indapta() Objekte SQL Server XML Entity Framework 10

11 Objekt-Initialisierer Exkurs: Spracherweiterungen in C# 3.0 (1/1) Kurzschreibweise für Initialisierung + Setzen öffentlicher Attribute Cl o = new Cl(4) { Attr1 = 1, Attr2 = 2 }; Erweiterungsmethoden Bestehende Klassen ohne Vererbung um Methoden erweitern internal static void add(this int a,int b){ a+=b; } Implizit typisierte Variablen lokales var innerhalb einer Methode, Initialisierung erforderlich Anonyme Typen var mit Objektinitialisierer für implizite, neue Klasse Lambda-Ausdrücke vergleichbar mit anonymen Methoden, Delegat-Typen Array.FindAll<int>(Zahlen, i => (i<42) ); vom Compiler in Expression-Baum übertragen 11

12 ORM für bestehende SQL Server Datenquellen LINQ to SQL (1/5) grafisches ORM-Werkzeug in Visual Studio liefert gemappte Klassen Verwendung von Annotationen, sog. Attributen an gemappte Klasse[Table(Name="dbo.Automobil")] [Column(DbType="DateTime NOT NULL",CanBeNull=false)] [Column(DbType="DateTime")] System.Nullable<System.DateTime> Erstzulassung Primärschlüssel: IsPrimaryKey=true und IsDbGenerated= Assoziation: [Association(ThisKey="Halter", OtherKey="PersonID", IsForeignKey=true)] Person PersonHalter; Gegenseite: EntitySet<Automobil> AutosGehalten; neben den gemappten Klassen: DataContext für DB-Interaktion gettable(), submitchanges() typisierte Table als Grundlage für Abfragen 12

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14 LINQ to SQL (2/5) Abfrage: anonym typisiert i tals vergleichbar: lihb Herkunfts-Menge Operation IQueryable<Auto> foreach Table<Auto> (Auswahl) var Autos = from auto in tabautos select auto; mit Kriterium und implizitem JOIN: var Autos = from auto in tabautos where auto.personhalter.vorname=="georg" select auto; wird zum SQL-Ausdruck: SELECT [t0].[kennzeichen], [t0].[typ], [t0].[erstzulassung], [t0].[halter] FROM [dbo].[automobil] AS [t0] LEFT OUTER JOIN [dbo].[person] [P ] AS [t1] ON [t1].[personid]=[t0].[halter][p [t0] [H ] WHERE [t1].[vorname] = 'Georg' 14

15 LINQ to SQL (3/5) Einfügen: tabautos.insertonsubmit(neuesauto); ausgeführter SQL-Ausdruck: INSERT INTO [dbo].[automobil] ([Kennzeichen], [Typ], [Erstzulassung], @p3) SELECT CONVERT(Int,SCOPE_IDENTITY()) AS [value] Löschen: tabautos.deleteonsubmit(altesauto); Aktualisierungen implizit, danach DataContext.submitChanges(); 15

16 LINQ to SQL (4/5) Prinzip des IQueryable für Abfragen: Übersetzung des LINQ-Ausdrucks zu Expression-Baum durch CIL-Compiler Auswertung durch LINQ-Provider Generierung und Ausführung adäquater SQL-Ausdrücke C# Expression Bäume Abfrage Ausdrücke Abfrage Operationen LINQ to SQL SQL Server 16

17 Transaktionen: explizit LINQ to SQL (5/5) über DataContext.Connection.BeginTransaction(..) und anschließender Zuweisung an Kontext Connection Pooling: implizit über ADO.NET-Verbindung bedarfsweises Laden der Tabellen (Lazy Fetching) Normalfall, über DataLoadOptions regulierbar Zwischenfazit LINQ to SQL und LINQ: vollständige Kapselung vorhandener MS SQL Sever-Datenquellen Sprachintegration: Typsicherheit, Überprüfung, Vervollständigung LINQ-Ausdrücke prägnant, zumindest bei geringer Komplexität keine Zerlegung eines LINQ-Ausdrucks beim Debugging 17

18 Java Persistence API (JPA) Hibernate und Java Persistence API (1/4) Schnittstellenspezifikation für Persistenzframeworks (JSR 220) Bestandteil von EJB 3.0, Bestandteil von Java EE 5.0 Einsatz in Java EE-Container oder Java SE 5.0-Anwendung Hibernate Open Source Persistenzframework, implementiert JPA, derzeit: für JDBC-kompatible, relationale Datenquellen Hibernate Funktionsumfang übersteigt JPA-Anforderungen Bestandteile: Entity Manager: JPA-kompatible Schnittstelle Core: zentrale OR-Mapping-Komponente p und Abfragegenerator g Annotations: ORM-Spezifikation per Annotationen in Java-Klassen (alternativ: ORM-Spezifikation per XML-Datei) 18

19 Hibernate und Java Persistence API (2/4) Annotationen ti zur ORM-Spezifikation: Klassen Primärschlüssel-Attribut ) IDENTITY TABLE SEQUENCE uuid Generierung durch Datenbank aktuelle Werte liegen in Sondertabelle Generierung durch Sequenz in Datenbank (z. B. Oracle) Pseudo-Zufallswert weitere Attribute ggf. mit nullable, length ") an Set-Kollektion z. B. HashSet und bei ) mit Aktualisierungs-Operation zusätzlich fetch= und cascade= möglich 19

20 Hibernate und Java Persistence API (3/4) weitere Annotationen zur ORM-Spezifikation: ) TABLE_PER_CLASS JOINED SINGLE_TABLE Verwendung des EntityManager Erzeugung aus Session für Entity-Objekte persist()und remove() Transaktionssteuerung Suche anhand Primärschlüssel: find() weiterführende Abfragen vollständige Tabelle je Klasse Tabelle je Klasse (mit individuellen Attributen) gemeinsame EM.createNativeQuery()direkter SQL-Befehl an das DBMS EM.createQuery() JPA Query Language Criteria typsichere Parameter-Struktur Example Beispielobjekt als Kriterium 20

21 Hibernate und Java Persistence API (4/4) weitere Aspekte: Connection Pooling nur über Zusatz-Lösungen (z. B. C3PO) Erstellung gemappter Tabellen in DBMS möglich, über: hb2ddl.schemaexport.create() diverse Werkzeuge für automatisierten Schema-Import und -Export Zwischenfazit Hibernate / JPA: vollständige Kapselung der Persistenz-Mechanismen typsichere Verfahren zur Abfrage wie Criteria oder Example automatisierte Tabellen-Generierung möglich 21

22 NHibernate für.net Portierung Hibernate.NET ausgehend von Version 2.1, seitdem eigenständig weiterentwickelt Funktionsumfang NHibernate 2 vergleichbar mit Hibernate 3 kompatibel mit.net ab 1.1 Datenzugriff per ADO.NET somit auch OLE DB und ODBC ORM-Spezifikation nur mit XML-Mapping-Dateien Version 3: LINQ to NHibernate-Provier IQueryable wird über Criteria realisiert 22

23 Fazit Grad der Problemabdeckung: Objektrelationales Mapping gleichwertig umgesetzt Kapselung der Datenzugriffsschicht gleichwertig umgesetzt aber: LINQ to SQL nur für vorhandene Datenbanken Abfragemechanismen: JPA sehr allgemein ausgereifte Mechanismen in Hibernate Mechanismen in LINQ durch Sprachintegration prägnanter Architekturvergleich: JPA LINQ LINQ durch Einbezug der Sprache umfasender und überlegen 23

24 Literatur [MEW08] Fabrice Marguerie, Steve Eichert, Jim Wooley: LINQ im Einsatz, Carl Hanser Verlag, [Me08] Vijay P. Mehta: Pro LINQ Object Relational Mapping with C# 2008, Apress, [PR07] Paolo Pialorsi, Marco Russo: Introducing Microsoft LINQ, Microsoft Press, [Ra07] Joseph C. Rattz: Pro LINQ: Language Integrated Query in C# 2008, Apress, [BHRS07] Robert F. Beeger, Arno Haase, Stefan Roock, Sebastian Sanitz: Hibernate Persistenz in Java-Systemen mit Hibernate und der Java Persistence API, 2. Aufl., dpunkt.verlag, [He07] Sebastian Hennebrüder: Hibernate Das Praxisbuch für Entwickler, Galileo Press, [MW08] Bernd Müller, Harald Wehr: Java-Persistence-API mit Hibernate, Standardisierte Persistenz, Addison-Wesley,