11 Nov 2012

Hibernate 4.x mit Spring 3.x

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Der nachfolgende Artikel beschreibt die Verwendung des ORM – Object-Relational Mapping – Frameworks Hibernate 4 inklusive der Hibernate Integration von Spring 3, wobei letztere auch die Vorgängerversion Hibernate 3 unterstützt. Als Persistenz-Schicht wird die In-Memory Datenbank HSQLDB verwendet. Es entfällt also die Installation einer Datenbank, da für den Einsatz der HSQLDB lediglich die entsprechende Library eingebunden werden muss.

In diesem Beispiel sollen Benutzer- und Adressdaten persistiert werden, wobei einem Benutzer-Eintrag beliebig viele Adress-Informationen zugewiesen werden können. Es gibt also ein 1..n Mapping zwischen Benutzer und Adressen. Weiterhin wird ein DAO – Data Access Object – implementiert, welches die CRUD – Create/Read/Update/Delete – Datenbank Operationen für die Haupt-Entität (Benutzer) zur Verfügung stellt.

Im ersten Schritt wird ein Maven-Projekt erstellt, in dessen pom.xml die folgenden Dependencys ergänzt werden:

<dependency>
<groupId>org.hibernate</groupId>
<artifactId>hibernate-core</artifactId>
<version>4.1.7.Final</version>
</dependency>

<dependency>
<groupId>cglib</groupId>
<artifactId>cglib</artifactId>
<version>2.2</version>
</dependency>

<dependency>
<groupId>org.hsqldb</groupId>
<artifactId>hsqldb</artifactId>
<version>2.2.9</version>
</dependency>

<dependency>
<groupId>commons-dbcp</groupId>
<artifactId>commons-dbcp</artifactId>
<version>1.4</version>
</dependency>

<dependency>
<groupId>org.springframework</groupId>
<artifactId>spring-core</artifactId>
<version>3.1.0.RELEASE</version>
</dependency>

<dependency>
<groupId>org.springframework</groupId>
<artifactId>spring-context</artifactId>
<version>3.1.0.RELEASE</version>
</dependency>

<dependency>
<groupId>org.springframework</groupId>
<artifactId>spring-orm</artifactId>
<version>3.1.0.RELEASE</version>
</dependency>

Zuerst werden die Entitäten erstellt, welche die Tabellen der relationalen Datenbank als Java-Klassen repräsentieren. Da der Benutzer Kenntnis über die zu ihm gehörenden Adressen benötigt, umgekehrt aber keine Verknüpfung notwendig ist, kennt die Adress-Entität lediglich sich selber. Ein guter Grund mit dieser zu beginnen:

@Entity
public class Address {

@Id
@GeneratedValue
private Long id;
private String street;
private String city;

// getter setter methods

}

Die Klasse Address wird mit der Annotation Entity versehen, um sie als solche zu kennzeichnen. Weiterhin erhält sie neben den benötigten Eigenschaften (Straße, Stadt, …) einen Identifier. Die entsprechende Annotation definiert diesen als Primär-Schlüssel, während GeneratedValue dafür sorgt, dass sein Wert automatisch von der Datenbank vergeben werden soll.

Nun kann auch die Klasse User mit Zugriff auf die Adress-Datensätze erzeugt werden:

@Entity
public class User {

@Id
@GeneratedValue
private Long id;
private String forname;
private String lastname;

@OneToMany
@Cascade(value=CascadeType.ALL)
private List<Address> addresses;

// getter setter methods

}

Da ein User eine beliebige Anzahl an Adressen erhalten kann, wird hier als Mapping die OneToMany-Annotation verwendet. Weiterhin wird der CascadeType ALL gewählt, der unter anderem die CascadeTypen SAVE_UPDATE und DELETE beinhaltet. Hiermit wird erreicht, dass beim Speichern des Users gleichzeitig seine Adress-Daten persistiert werden. Wäre der CascadeTyp SAVE_UPDATE nicht gewählt, müssten Adress- und Benutzerdaten separat gespeichert werden, wobei ein Benutzer nur auf Adressen verweisen darf, die bereits in der Datenbank existieren. Der CascadeType DELETE sorgt dafür, dass beim Löschen eines Benutzers auch seine Adressen aus der Datenbank entfernt werden.

Wie man an obigem Beispiel erkennt, gibt es Attribute die sich in den Entitäten wiederholen. In diesem Beispiel ist es nur der Identifier, der sowohl beim User als auch bei der Adresse vorkommt. Aber auch das Erstellungs- und letztes Änderungsdatum einer Entität wären Kandidaten, die zu Code-Wiederholung führen könnten. Doppelte Attribute können in eine gemeinsame Oberklasse ausgelagert werden, sofern die Oberklasse mit MappedSuperclass annotiert wird:

@MappedSuperclass
public abstract class AbstractEntity {

@Id
@GeneratedValue
private Long id;

// getter setter methods
}

Nachdem die Entitäten erstellt wurden, soll nun der UserDAO erzeugt werden, der sukzessive um die CRUD-Operationen erweitert wird. Hierfür benötigt er lediglich die SessionFactory. Wer bislang das HibernateTemplate verwendete, wird feststellen, dass dies unter Hibernate 4 nicht mehr unterstützt wird. Das ist nicht weiter verwunderlich, da dessen Verwendung bereits seit Hibernate 3.0.1 obsolet ist. Stattdessen kann bei gültigem Transaktions-Management über die SessionFactory auf die aktuelle Session zugegriffen und auf dieser Datenbank-Operationen ausgeführt werden. Auf die Konfiguration des Transaktions-Management wird später noch eingegangen. Aber zurück zum UserDAO, der zunächst nur aus folgendem Rumpf besteht:

public class UserDAO {

private SessionFactory sessionFactory;

// methods for crud operations
// and a setter method for the sessionFactory
}

Wenden wir uns nun der Spring Konfiguration zu, die in der Datei src/main/resources/applicationContext.xml erstellt wird. Zunächst muss die Verbindung zur Datenbank in einer Datasource konfiguriert werden. Es werden Details zum Datenbanktreiber, URL zur Datenbank, Benutzername und Passwort benötigt.

<bean id=“dataSource“ class=“org.apache.commons.dbcp.BasicDataSource“ destroy-method=“close“>
<property name=“driverClassName“ value=“org.hsqldb.jdbcDriver“/>
<property name=“url“ value=“jdbc:hsqldb:mem:myDB“/>
<property name=“username“ value=“sa“/>
<property name=“password“ value=““/>
</bean>

Bei Verwendung einer HSQLDB kommt der Treiber org.hsqldb.jdbcDriver zum Einsatz. Die URL besteht aus drei Teilen, wobei der erste für alle HSQLDBs gleich ist und jdbc:hsqldb: lauten muss. Der Prefix mem: signalisiert, dass es sich um eine In-Memory Datenbank handelt, während der letzte Teil den Namen der zu verwendeten Datenbank – myDB – bestimmt.

Will man später von einer In-Memory Datenhaltung auf eine dauerhafte Persistierung wechseln, kann die Datasource ersetzt und hier die Verbindungsdaten an die neue Datenbank angepasst werden.

Nun soll die SessionFactory definiert werden, die der UserDAO für die Datenbank-Operationen benötigt:

<bean id=“sessionFactory“ class=“org.springframework.orm.hibernate4.LocalSessionFactoryBean“>
<property name=“dataSource“ ref=“dataSource“/>
<property name=“packagesToScan“>
<list>
<value>de.mz.entity</value>
</list>
</property>
<property name=“hibernateProperties“>
<props>
<prop key=“hibernate.dialect“>org.hibernate.dialect.HSQLDialect</prop>
<prop key=“hibernate.hbm2ddl.auto“>create</prop>
<prop key=“hibernate.show_sql“>true</prop>
</props>
</property>
</bean>

Die SessionFactory braucht Zugriff auf die bereits definierte Datasource und verwaltet alle verfügbaren Entitäten. Hierzu muss entweder eine Liste aller annotierten Klassen – User und Address – über das Property annotatedClasses angegeben werden oder es wird, wie in diesem Beispiel, eine Liste von zu scannenden Packages übergeben. Anschließend können noch Hibernate-Eigenschaften konfiguriert werden, wobei die Angabe des Datenbank-Dialekts zwingend nötig ist. Bislang hat nur die Datasource Informationen über die zu konnektierende Datenbank. Aber auch Hibernate muss wissen, um welche Datenbank es sich handelt, damit die entsprechende Kommunikation gewählt werden kann. Für eine HSQLDB wird der Dialekt org.hibernate.dialect.HSQLDialect verwendet. Die weiteren Einstellungen können die Entwicklung erheblich erleichtern. So sorgt die Property hibernate.hbm2ddl.auto mit dem Wert create dafür, dass Hibernate die Datenbank-Struktur mit Tabellen, Primär- und Fremdschlüsseln automatisch anlegt. Erhält hibernate.show_sql den Wert true, wird jedes von Hibernate ausgeführte SQL-Statement geloggt und kann so nachvollzogen werden. Dies ist zwar für eine Live-Umgebung tödlich, kann aber beim Aufsetzten eines neuen Projektes durchaus hilfreich sein.

Wie bereits erwähnt, wird ein Transaktion-Management benötigt, damit die SessionFactory den UserDAO mit einer gültigen Session versorgen kann. Die Transaktionen sollen dabei über Annotationen definierbar sein. Zunächst wird der HibernateTransactionManager konfiguriert, der Zugriff auf die SessionFactory benötigt:

<bean id=“transactionManager“ class=“org.springframework.orm.hibernate4.HibernateTransactionManager“>
<property name=“sessionFactory“ ref=“sessionFactory“ />
</bean>

Um die Steuerung von Transaktionen mit der Annotation Transactional zu ermöglichen, muss dieses Verhalten aktiviert werden:

<tx:annotation-driven/>

Sofern der Name des TransactionManagers nicht transactionManager lauten würde, müsste hier noch der entsprechende Name angegeben werden:

<tx:annotation-driven transaction-manager=“transactionManager“/>

Zu guter Letzt muss der UserDAO in der Spring-Konfiguration aufgenommen werden und Zugriff auf die SessionFactory erhalten:

<bean id=“userDAO“ class=“de.mz.dao.UserDAO“>
<property name=“sessionFactory“ ref=“sessionFactory“ />
</bean>

Nun wird der UserDAO um die erste CRUD-Operationen erweitert, wobei mit dem Speichern eines Benutzers begonnen wird:

@Transactional
public User save(User user) {
Session session = sessionFactory.getCurrentSession();
session.saveOrUpdate(user);
return user;
}

Die save-Methode wird mit der Annotation Transactional versehen. Beim Aufruf der Methode wird nun eine Transaktion erzeugt, die erst beim Verlassen wieder geschlossen wird, womit dann die Datenbank-Änderungen wirksam werden. Träte zuvor eine Exception auf, so fände keine der Datenbank-Operationen der save-Methode statt. Weiterhin sorgt die Transaktion dafür, dass die SessionFactory eine gültige Session liefert, über die der Benutzer gespeichert werden kann.

Durch die Verwendung der saveOrUpdate-Methode kann die gleiche Methode zum Anlegen und Aktualisieren von Benutzerdaten verwendet werden. Besitzt der User keine Id, vergibt Hibernate den Primär-Schlüssel und führt das SQL-Statement Insert aus, andernfalls wird ein Update ausgeführt.

Anschließend wird zum Testen der Anwendung eine Klasse mit ausführbarer main-Methode erstellt, die den Spring-Context hochfährt und den UserDAO aus selbigem lädt:

ApplicationContext context = new ClassPathXmlApplicationContext(„applicationContext.xml“);
UserDAO userDAO = (UserDAO) context.getBean(„userDAO“);

Nun wird ein Benutzter mitsamt zugehöriger Adresse erstellt und über den UserDAO gespeichert:

List<Address> addresses = new ArrayList<Address>();
Address address = new Address();
address.setCity(„Cologne“);
addresses.add(address);

User user = new User();
user.setForname(„Max“);
user.setLastname(„Mustermann“);
user.setAddresses(addresses);

userDAO.save(user);

Dank der Hibernate-Einstellung show_sql lässt sich in den Log-Meldungen gut nachvollziehen, was für SQL-Statements Hibernate durchführt. Zuerst werden die Datenbank-Tabellen erstellt:

Hibernate: create table Address (id bigint generated by default as identity (start with 1), city varchar(255), street varchar(255), primary key (id))
Hibernate: create table User (id bigint generated by default as identity (start with 1), forname varchar(255), lastname varchar(255), primary key (id))
Hibernate: create table User_Address (User_id bigint not null, addresses_id bigint not null, unique (addresses_id))

Die Tabellen Address und User entsprechen unseren Java-Entitäten, während die Tabelle User_Address als Mapping-Tabelle zwischen Benutzer und Adressen fungiert. Anschließend werden der Mapping-Tabelle per constraints Fremdschlüssel auf die Haupt-Entitäten hinzugefügt:

Hibernate: alter table User_Address add constraint FK838B1F807A26EF9A foreign key (User_id) references User
Hibernate: alter table User_Address add constraint FK838B1F805ABA690C foreign key (addresses_id) references Address

Als nächstes werden nun die Benutzerdaten gespeichert. Es lässt sich gut nachvollziehen wie aufgrund des CascadeTypes SAVE_UPDATE der Benutzer und die dazugehörigen Adressen gespeichert werden. Natürlich darf auch der Eintrag in der Mapping-Tabelle nicht fehlen:

Hibernate: insert into User (id, forname, lastname) values (default, ?, ?)
Hibernate: insert into Address (id, city, street) values (default, ?, ?)
Hibernate: insert into User_Address (User_id, addresses_id) values (?, ?)

Die ersten zwei CRUD-Operationen wurden umgesetzt, als nächstes sollen Benutzer-Daten aus der Datenbank ausgelesen werden. Hierzu wird der UserDAO um die find-Methode erweitert:

@Transactional
public List<User> find() {
Criteria criteria = sessionFactory.getCurrentSession().createCriteria(User.class);
List<User> users = criteria.list();
return users;
}

Hibernate bietet verschiedene Möglichkeiten, um Datenbank-Abfragen umzusetzen, so kann auf einer Session ein HQL- (Hibernate Query Language) oder SQL-Statement ausgeführt oder wie in diesem Beispiel eine Criteria erstellt werden. Criterias bieten die Möglichkeit Objekt-Orientierte-Abfragen formulieren zu können. Wie auf einer Criteria Einschränkungen definiert werden können, wird im Folgenden noch erläutert. Zunächst soll nur eine Liste aller Benutzer zurückgegeben werden.

Bei der Verarbeitung der Ergebnisliste ist zu beachten, dass Hibernate verschiedene FetchMode zum Umgang mit verknüpften Entitäten bietet. Per Default ist dies Lazy-Loading, wobei verknüpfte Entitäten nur geladen werden, sofern auf sie zugegriffen wird. In diesem Beispiel werden die Adress-Datensätze nicht geladen, da innerhalb der Transaktion kein Zugriff stattfindet. Nach Abschluss der Transaktion – also beim Verlassen der find-Methode – kann nicht mehr auf sie zugegriffen werden, ohne dass eine LazyLoading–Exception geworfen wird:

org.hibernate.LazyInitializationException: could not initialize proxy – no Session
at org.hibernate.collection.internal.AbstractPersistentCollection.initialize(AbstractPersistentCollection.java:430)
at org.hibernate.collection.internal.AbstractPersistentCollection.read(AbstractPersistentCollection.java:121)
at org.hibernate.collection.internal.PersistentBag.iterator(PersistentBag.java:266)

Wenn die Transaktion im verarbeitenden Service gestartet würde – nicht wie hier im UserDAO – wäre der Zugriff auf die entsprechenden Adress-Daten möglich. Hierbei wird der Vorteil des Lazy-Loadings ausgenutzt, es werden nur Daten geladen, die auch tatsächlich benötigt werden. Bei verteilten Systemen ist dies natürlich nicht unbedingt so möglich. Benötigt ein Client Adress-Informationen, die im Server geladen werden, so ist hier die Session bereits geschlossen. Daher kann für Entity-Verknüpfungen, die zwangsläufig mit der Haupt-Entität geladen werden sollen, der FetchMode Eager-Loading verwendet werden. Hier werden beim Laden des Benutzers direkt alle Adressen mitgeladen. Dies wird in der Annotation OneToMany definiert, die zusätzlich das Attribut fetch erhält. Die Property addresses der Klasse User besitzt nun folgende Annotationen:

@OneToMany(fetch=FetchType.EAGER)
@Cascade(value=CascadeType.ALL)
private List<Address> addresses;

Für große Daten-Mengen, die nicht immer benötigt werden, bietet sich dieses Verfahren natürlich nicht an. Hier kann das DTO – Data Transfair Object – Pattern zum Einsatz kommen. Hierbei wird nicht die User-Entity selber zum Client geschickt, sondern ein UserDTO, welches aber die gleichen Attribute besitzt. Bei der Anforderung der Daten werden die mitzuladenden Abhängigkeiten der Serverseite mitgeteilt, so dass die Antwort alle benötigten Daten in Form von DTOs beinhaltet. In unserem Beispiel würden beim Server die Benutzerdaten mitsamt der Adress-Datensätze angefragt werden. Sowohl die User– als auch die Adress-Daten werden in DTOs umgewandelt, wobei das UserDTO die Adressen in Form einer Liste von AddressDTOs besitzt. Da die Konvertierung innerhalb einer gültigen Session stattfindet, kommt es bei diesem Verfahren zu keiner LazyLoading–Exception und es werden nur die Daten geladen, die der Client auch tatsächlich benötigt.

Der Nachteil dieses Verfahrens liegt auf der Hand, bei jeder Client-Server-Kommunikation müssen DTOs in Entitäten und anschließend wieder zurück in DTOs konvertiert werden. Außerdem gibt es für jede Entität eine entsprechendes DTO, was zu dupliziertem Code führt. Der Vorteil der DTOs ist die Kapselung, da die Datenschicht vor dem Client-System versteckt wird.

Aber zurück zum Beispiel. Die find-Methode soll nicht mehr alle Benutzer liefern, sondern nur solche, deren Nachname Mustermann lautet. Hierfür wird auf der Criteria eine entsprechende Einschränkung definiert:

Criteria criteria = sessionFactory.getCurrentSession().createCriteria(User.class);
criteria.add(Restrictions.eq(„lastname“, „Mustermann“));
List<User> users = criteria.list();

Der Criteria wird hierzu eine Restriction hinzugefügt, deren erster Parameter den Namen der Property erhält, der zweite den zu prüfenden Wert. Die Restriction besitzt verschiedene Prüfungs-Methoden. Hier wurde auf Gleichheit getestet – equals – aber auch die anderen aus der SQL-Syntax bekannten Prüf-Operationen wie like, between usw. stehen zur Verfügung. Anschließend wird die Criteria wie gehabt ausgeführt und man erhält eine passende Liste von Benutzern.

Es sind aber nicht nur Suchkriterien auf dem Benutzer möglich, es können auch Einschränkungen auf der Adresse festgelegt werden. So interessieren im Folgenden nur Benutzer, die aus Köln kommen:

Criteria criteria = sessionFactory.getCurrentSession().createCriteria(User.class);
Criteria addressCiteria = criteria.createCriteria(„addresses“);
addressCiteria.add(Restrictions.eq(„city“, „Cologne“));
List<User> users = criteria.list();

Auf der bereits erstellen User–Criteria, wird eine weitere Criteria erzeugt. Der übergebene String enthält hierbei den Namen der Property aus der User-Entität, die auf die entsprechende Tabelle verweisst – in diesem Beispiel also addresses. Über die neue Criteria können nun Suchkritieren auf der Adressen definiert werden. Die list-Methode wird allerdings weiterhin auf der User–Criteria ausgeführt, da als Ergebnis-Menge eine Liste von Benutzern und keine Adressen erwartet werden.

Soweit ein kleiner Einblick in die Welt der Criterias. Bereits einen vorangegangenen Artikel – http://martinzimmermann1979.wordpress.com/2012/03/20/verwendung-einer-having-bedingung-bei-hibernate-criterias/ – widmete ich diesem Thema, wobei hier die Having-Bedingung im Vordergrund stand.

Aber zurück zum Thema, noch ist der UserDAO nicht vollständig, da die Lösch-Funktion fehlt:

@Transactional
public void delete(User user) {
sessionFactory.getCurrentSession().delete(user);
}

Diese ist denkbar einfach zu realisieren. Es muss lediglich auf der aktuellen Session die delete-Methode aufgerufen werden, die als Parameter die entsprechende Entität erwartet. Es mag merkwürdig erscheinen, dass zunächst die ganze Entität geladen werden muss, nur um sie anschließend zu löschen. Alternativ könnte eine HQL-Query zum Löschen des Benutzers verwendet werden, aber auch hier wird der Benutzer zuerst in den Hibernate internen Cache geladen, bevor er gelöscht wird. Die einzige Möglichkeit die obige Lösch-Funktion performanter zu gestalten, wäre das Laden und Löschen des Benutzers in derselben Session.

Der Artikel ist für den Einstieg in Hibernate und für das initiale Aufsetzten eines Hibernate Projektes mit Spring Integration gedacht. Es wurde der Einsatz der CRUD-Operationen und ein einfaches Mapping zwischen zwei Enitäten erläutert. Wirklich knifflig wird es erst anschließend, wenn es an das Mapping von Entitäten geht. Welche Entitäten kennen sich untereinander, wie werden sie miteinander verknüpft, welchen CascadeType und welchen FetchMode erhält welche Verbindung. Diese Fragen müssen für jedes Projekt und jede Anwendung einzeln Entschieden werden.

17 Apr 2012

NoSQL Datenbanken im Allgemeinen und MongoDB im Speziellen

von | Veröffentlicht in: Java, NoSQL | 0

Waren Relationale-Datenbanken lange Zeit das Speichermedium der Wahl, so sind in den letzten Jahren NoSQL-Datenbanken (Not only SQL) populär geworden. Diese können und sollen die bestehenden Relationalen-Datenbanken nicht ersetzten, da sie ganz andere Ansätze der Datenspeicherung verfolgen. Es kann aber durchaus Sinn machen, Relationale- und NoSQL-Datenbanken zu kombinieren, um das jeweilige Verhalten optimal zu nutzen. Nicht nur zwischen Relationalen- und NoSQL-Datenbanken gibt es Unterschiede, auch die Ansätze der NoSQL-Datenbanken weichen erheblich voneinander ab. Je nach Einsatzbereich, sind sie auf ihre Aufgabe hin optimiert. Grob können NoSQL-Datenbanken in die folgenden vier Kategorien aufgeteilt werden:

  • Key/Value basierte Datenbanken: Jedem Wert wird ein eindeutiger Schlüssel zugewiesen, der Wert selber wird von der Datenbank nicht interpretiert.
  • Wide Column Store: Hier sind die Spalten einer Tabelle nicht fest definiert. Muss für einen Datensatz eine zusätzliche Information gespeichert werden, kann diese hinzugefügt werden, ohne dass alle bestehenden Datensätze um einen NULL-Wert ergänzt werden. Letzteres wäre beim relationalen Datenmodell der Fall gewesen.
  • Dokumentenorientierte Datenbanken: Es werden ganze Dokumente gespeichert, meistens handelt es sich um XML- oder JSON-Dokumente.
  • Graphen Datenbanken: Diese Datenbanken enthalten Knoten und deren Beziehungen zueinander. Sie sind auf das schnelle Durchlaufen von Graphen ausgelegt.

Einige der NoSQL-Datenbanken sind auf große Mengen an Daten ausgerichtet, daher spielt hier die horizontale Skalierbarkeit eine wichtige Rolle. Bei verteilten Datenbanksystemen kommt nun das CAP-Theorem zum Einsatz, welches besagt, dass bei verteilten Computer Systemen maximal zwei der folgenden drei Eigenschaften erfüllt werden können:

  • Konsistenz (Consistency): Alle Clients sehen zum gleichen Zeitpunkt die gleichen Daten.
  • Verfügbarkeit (Availability): Antwortzeit in der ein Request beantwortet wird.
  • Partitionstoleranz (Partition tolerance): Das System arbeitet weiter, auch wenn einzelne Nachrichten verloren gehen oder einzelne System-Komponenten fehlerhaft arbeiten.

Betrachten wir nun die MongoDB, eine der vielen NoSQL-Datenbanken, genauer. Der Name steht für humongous database – gigantische Datenbank – ist dokumentenorientiert und arbeitet mit JSON ähnlichen Dokumenten. An Anlehnung an JSON heißt das Format BSON – Binary JSON – enthält aber zusätzliche Datentypen wie Date und BinData. Will man die MongoDB nach dem CAP-Theorem einsortieren, so handelt es sich um ein CP-System. Sie hat also Probleme mit Hochverfügbarkeit, während die Daten über verschiedene Knoten Konsistent gehalten werden können.

MongoDB ist aktuell in der Version 2.0.4 verfügbar und kann unter
http://www.mongodb.org/ bezogen werden. Um die MongoDB anschließend unter Windows als Dienst zu registrieren, muss mongod.exe mit folgenden Parametern ausgeführt werden:

mongod.exe –logpath C:mongologslogfilename.log –logappend –dbpath C:mongodata –install

Auch wenn es erstaunen hervorruft, aber unter Windows ist die Angabe der Log-Datei tatsächlich zwingend notwendig.

Unter Linux (Ubuntu) ist es einfacher, hier kann die MongoDB direkt aus der Paketverwaltung installiert werden. MongoDB wird direkt als Service gestartet, die Konfigurations-Datei enthält unter anderem folgende Einträge:

dbpath=/var/lib/mongodb
logpath=/var/log/mongodb/mongodb.log

Die Datei selber ist unter /etc/mongodb.conf zu finden.

Die MongoDB bietet support für diverse Programmiersprachen, u.a für

  • Java
  • C
  • C++
  • .NET
  • PHP

Der aktuelle MongoDB Java Treiber ist in Version 2.7.3 verfügbar und kann bequem als Maven Dependency geladen werden:

<dependency>
<groupId>org.mongodb</groupId>
<artifactId>mongo-java-driver</artifactId>
<version>2.7.3</version>
</dependency>

Um eine Verbindung zur MongoDB aufzubauen, sind lediglich folgende zwei Zeilen nötig:

Mongo mongo = new Mongo();
DB db = mongo.getDB(„myDB“);

Sofern die Datenbank myDB in der MongoDB noch nicht existiert, wird diese automatisch erstellt. Da der Java MongoDB Treiber thread-safe ist, kann beispielsweise in einer Web Anwendung eine einzige Mongo Instanz für die Abarbeitung alle Requests betrieben werden. Sofern nicht anders konfiguriert beinhaltet das Mongo Objekt einen internen Pool von 10 Datenbank-Connections. Bei jeder Anfrage wird eine Connection über den Pool aufgebaut, die Abfrage gesendet und anschließend die Connection wieder abgebaut.

Will man nun seinen ersten Eintrag in der MongoDB speichern, wird ein BasicDBObject erstellt, welchem die Attribute als Key/Value Paare übergeben werden.

BasicDBObject person = new BasicDBObject();
person.put(„forename“, „Max“);
person.put(„lastname“, „Mustermann“);

DBCollection coll = db.getCollection(„persons“);
coll.insert(person);

Anschließend holt man sich über die Datenbank die Collection mit dem Namen persons. In einem Relationalen-Datenbankmodell würde man nicht von Collections, sondern von Datenbank-Tabellen reden. Hat man nun die Collection, kann das bereits generierte BasicDBObject gespeichert werden. Sollte noch keine Collection mit dem Namen persons existieren, wird auch diese automatisch erzeugt.

Will man die Einträge einer Collection erfragen, stehen verschiedene find-Methoden zur Verfügung. Um alle Einträge zu erhalten, wird die find-Methode ohne weitere Parameter – und damit ohne Einschränkungen – aufgerufen:

DBCollection collection = db.getCollection(„persons“);
DBCursor cursor = collection.find();
while (cursor.hasNext()) {
DBObject dbObject = cursor.next();
String forename = (String) dbObject.get(„forename“);
String lastname = (String) dbObject.get(„lastname“);
Person person = new Person(forename, lastname);
}

Die find-Methoden liefern einen DBCursor, mit dem über die Elemente der Collection persons iteriert werden kann. Sind die Parameter des DBObjects bekannt, können diese  – forename und lastname – direkt erfragt werden.

Will man nun die Suche einschränken, wird das gleiche BasicDBObject verwendet, welches schon beim Erzeugen des Eintrags zum Zuge kam. Gewünschte Einschränkungen werden auch hier als Key/Value Paare definiert:

BasicDBObject query = new BasicDBObject();
query.put(„forename“, „Max“);
DBCursor cursor = collection.find(query);

In obigem Beispiel waren die Eigenschaften der Collection persons bekannt, so dass diese direkt über ihren Schlüssel erfragt werden konnten. Da die Eigenschaften einer Collection nicht fest definiert sind und im Laufe der Zeit zusätzliche Key/Value Paare hinzugefügt werden können, müssen auch alle Schlüssel eines DBObjects erfragt werden können:

Set<String> keys = dbObject.keySet();
for (String key : keys) {
Object property = dbObject.get(key);
}

Auch über alle Collections einer Datenbank kann bequem per Java Mongo Treiber API iteriert werden:

Set<String> collectionNames = db.getCollectionNames();
for (String name : collectionNames) {
DBCollection collection = db.getCollection(name);
}

Die Größe von BSON Objekten, die in der MongoDB gespeichert werden können, sind beschränkt. In älteren MongoDB Version liegt die Begrenzung bei 4 MB, ab Versionen 1.7 bei 16 MB. Um dennoch größere Dokumente speichern zu können, wurde die GridFS-Spezifikation zum Speichern von großen Objekten eingeführt. Diese werden über zwei Collections realisiert. In der Collection files sind die Meta-Informationen zu den Daten enthalten, wie Dateiname und Content-Type. Die Objekt-Daten werden zu chunks von ca. 256 k Größe gesplittet und in der gleichnamigen Collection chunks abgelegt. D.h. jede Datei hat einen Eintrag in files und mindestens einen Eintrag in chunks.

Die Speicherung von Dateien über GridFS ist in Java schnell umgesetzt:

InputStream inputStream = new FileInputStream(new File(„somepic.jpg“));
GridFS storeGridFS = new GridFS(db);
GridFSInputFile gridFSInputFile = storeGridFS.createFile(inputStream);
gridFSInputFile.setFilename(„somepic.jpg“);
gridFSInputFile.setContentType(„image/jpeg“);
gridFSInputFile.save();

Über die erzeugte GridFS-Instanz erhält man Zugriff auf das Standard-GridFS der Datenbank. Alternativ kann zusätzlich ein Name angegeben werden, um so ein neues GridFS zu erzeugen. Nun wird der Inhalt der Datei per InputStream der createFile-Methode übergeben. Hier erhält man einen GridFSInputFile, dem Meta-Informationen wie Dateiname und Content-Type übergeben werden können. Diese Informationen werden nach dem Aufruf der save-Methode in der oben erwähnten Collection files persistiert. Die Datei selber wird in chunks aufgeteilt und in eben dieser Collection gespeichert.

Auch das Auslesen der Datei ist schnell implementiert:

GridFS loadedGridFS = new GridFS(db);
List<GridFSDBFile> gridFSDBFiles = loadedGridFS.find(„somepic.jpg“);
GridFSDBFile gridFSDBFile = gridFSDBFiles.get(0);
InputStream in = gridFSDBFile.getInputStream();

Sind Meta-Informationen über die Datei bekannt, wie hier der Dateiname, so kann der GridFSDBFile über das Standard-GridFS geladen werden. Nun stehen die Daten der Datei als InputStream zur Verfügung.

Natürlich kann man sich auch alle Inhalte der file-Collection ausgeben lassen, um auf die entsprechenden Daten per InputStream zugreifen:

GridFS loadedGridFS = new GridFS(db);
DBCursor fileCursor = loadedGridFS.getFileList();
while (fileCursor.hasNext()) {
DBObject fileObject = fileCursor.next();
GridFSDBFile file = loadedGridFS.find((ObjectId) fileObject.get(„_id“));
InputStream in = file.getInputStream();
}

Nach erfolgreicher Arbeit sollte man nicht vergessen die Verbindung zur MongoDB zu schließen und damit die Connection zurück in den Pool zu legen:

mongo.close();

17 Nov 2011

Verwendung einer SQLite Datenbank in einer Android App

von | Veröffentlicht in: Android, Java | 0

Will man in einer Android Anwendung Daten speichern, kann hierzu bequem die in das Android SDK integrierte SQLite Datenbank verwendet werden. Diese ist besonders für den mobilen Anwendungsbereich konzipiert, da sie mit gerade mal 250 KByte extrem genügsam im Bezug auf Speicherplatz ist.

Im folgenden Beispiel sollen die Einstellungen einer Anwendung in der Datenbank gespeichert werden. Hierzu wird eine SettingsActivity erstellt – nicht vergessen, die Activity im Android Manifest zu definieren –  wobei das Layout in einer XML-Datei definiert ist. Als variables Feld erhält die Activity einen Benutzer-Namen, welcher vom Benutzer editiert werden kann. Außerdem gibt es den obligatorischen Speichern-Button, damit die Änderungen vom Benutzer auch gespeichert werden können:

<EditText
android:id=“@+id/name“
android:layout_width=“fill_parent“
android:layout_height=“wrap_content“  android:background=“@android:drawable/editbox_background“
android:text=““
android:padding=“3dip“ />

<Button
android:layout_column=“1″
android:id=“@+id/save“
android:layout_width=“wrap_content“
android:layout_height=“wrap_content“
android:layout_alignParentRight=“true“
android:layout_marginLeft=“10dip“
android:text=“Speichern“ />

Um in den Activities der Anwendung direkten Zugriff auf die UI-Komponenten zu haben, wird das Dependency Injection Framework roboguice verwendet, welches zur Zeit in Version 1.2.2 unter folgendem Link zum Download bereit liegt: http://code.google.com/p/roboguice/wiki/Downloads

Zusätzlich zu roboguice wird noch die Google Library guice benötigt, die man unter folgendem Link erhält: http://code.google.com/p/google-guice/downloads/list

Hierbei ist zu beachten, dass nicht die aktuelle Version 3.0, sondern guice-2.0-no_aop.jar benötigt wird. Beide Libraries werden dem Classpath hinzugefügt. Nun wird im Android Manifest unter Application der Name roboguice.application.RoboApplication gesetzt. Dies ist nötig, da die Activities nun nicht mehr von Activity oder ListActivity direkt erben, sondern von RoboActivity bzw. RoboListActivity.

In der folgenden SettingsActivity wird über die Annotation @InjectView per Dependency Injection auf die im XML definierten UI-Elemente per Id zugegriffen:

public class SettingActivity extends RoboActivity {

private DatabaseManager databaseManager;
@InjectView(R.id.name)
private EditText nameText;
@InjectView(R.id.save)
private Button saveButton;

@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.setting);
databaseManager = new DatabaseManager();
final Settings settings = databaseManager.fetchSetting();
nameText.setText(settings.getName());
saveButton.setOnClickListener(new OnClickListener() {

@Override
public void onClick(View view) {
settings.setName(nameText.getText().toString());
if (settings.getId() == null) {
databaseManager.createSettings(settings);
} else {
databaseManager.updateSettings(settings);
}
}
});
}

@Override
protected void onDestroy() {
super.onDestroy();
databaseManager.close();
}
}

In der onCreate-Methode wird ein DatabaseManager erzeugt, der sich um die Datenbank Connection kümmert, aber hierzu später noch mehr. Ebenfalls über den DatabaseManager werden die Settings bezogen, die in der UI dargestellt werden. Hierzu wird dem nameText, der Name aus den Settings zugewiesen. Nun wird noch dem Save-Button ein onClickListener hinzugefügt, der die Änderungen der UI dem Settings Objekt übergibt und dieses anschließend in der Datenbank speichert.

Wichtig ist, dass in der onDestroy Methode der Activity, die Datenbank-Connection wieder geschlossen wird – verlässt der Benutzer also die Einstellungen wird automatisch die Datenbank Verbindung zurück gesetzt.

Nun zur eigentlichen Interaktion mit der Datenbank über den DatabaseManager:

public class DatabaseManager {

private static final String DB_FILE = „/data/data/myapp.db“;
private SQLiteDatabase database;

public DatabaseManager() {
File file = new File(DB_FILE);
if (!file.exists()) {
database = SQLiteDatabase.openOrCreateDatabase(file, null);
database.execSQL(„create table Settings (id integer primary key autoincrement not null, name text);“);
} else {
database = SQLiteDatabase.openOrCreateDatabase(file, null);
}
}

public void close() {
database.close();
}

public Settings createSettings(Settings settings) {
ContentValues initialValues = createContentValues(settings);
long id = database.insert(„Settings“, null, initialValues);
settings.setId((int) id);
return settings;
}

public long updateSettings(Settings settings) {
ContentValues updateValues = createContentValues(settings);
return database.update(„Settings“, updateValues, „id=“ + settings.getId(), null);
}

public Settings fetchSetting() {
try {
Cursor cursor = database.query(„Settings“,
new String[] {
„id“, „name“
}, null, null, null, null, null);
cursor.moveToFirst();
if (!cursor.isAfterLast()) {
Integer id = cursor.getInt(cursor.getColumnIndexOrThrow(„id“));
String name = cursor.getString(cursor.getColumnIndexOrThrow(„name“);
Settings settings = new Settings(id, name);
return settings;
} else {
return new Settings();
}
} catch (SQLiteException e) {
return new Settings();
}
}

private ContentValues createContentValues(Settings settings) {
ContentValues values = new ContentValues();
values.put(„name“, settings.getName());
return values;
}
}

Im Konstruktor, der in der onCreate-Methode der SettingsActivity aufgerufen wurde, wird zunächst überprüft, ob die Datenbank-Datei bereits angelegt wurde. Ist dies nicht der Fall, werden die Settings der Anwendung Initial gespeichert und zusätzlich zum Öffnen der Datenbank muss die Settings Tabelle mittels SQL-Statement generiert werden.

Der nächste Aufruf der SettingsActivity lädt die bereits gespeicherten Settings über die fetchSettings-Methode. Hier wird auf der Datenbank eine Query gefeuert, der die gewünschten Properties mitgegeben werden und die sonst keinerlei Einschränkung enthält, es werden also wirklich alle Settings geladen. Das Ergebnis ist über einen Cursor zugreifbar, der zunächst über die moveToFirst-Methode auf die erste Position gesetzt werden muss. Die über den Cursor zugreifbaren Properties werden in einem Settings Objekt gespeichert, bzw. falls die Datenbank noch keinen Eintrag enthält wird ein neues Settings Objekt erzeugt und der SettingsActivity geliefert.

Werden die Einstellungen vom Benutzer geändert und der Speicher-Button betätigt, wird das Settings-Objekt entweder Initial in der Datenbank gespeichert oder aktualisiert. Dies hängt davon ab, ob die Settings bereits eine eindeutige Id enthalten. Bei dem Update-Statement wird eine Where Clause benötigt, die eine Einschränkung auf die gegebene Id – also den Primär Schlüssel – enthält. Andernfalls wird das Objekt neu erzeugt und die von der Datenbank vergebene Id in dem Settings-Objekt gespeichert.

Beim Insert bzw. Update wird nicht das Settings-Objekt selber verwendet sondern das generische Objekt ContentValues, dem per put-Befehl die einzelnen Properties zugewiesen werden können.

Sobald man nun noch die Permissions im Android-Manifest richtig gesetzt hat, steht dem ersten Probelauf jetzt nichts mehr im Wege.

<uses-permission android:name= „android.permission.WRITE_EXTERNAL_STORAGE“/>
<permission-group android:name=“android.permission-group.STORAGE“/>

Insgesamt lässt sich sagen, dass der Zugriff auf die SQLite Datenbank bei Android Anwendungen recht komfortable gestaltet ist, gerade weil hier alle benötigten Libraries bereits gegeben sind. Nur Schade, dass man nicht direkt mit Entities arbeiten kann, sondern dass diese auf die Datenbank Inhalte gemappt werden müssen. Es wäre angenehmer auf die Cursor zu verzichten und besser direkt über die Entity an die gewünschten Properties zu gelangen – ebenso wie beim Mappen der Properties auf die ContentValues ein zusätzlicher Schritt benötigt wird.