Datenbanken & Java - Einführung

1 1 Einf¨hrung u Datenbanksysteme zahlen zu den wichtigsten Komponenten moderner ¨ Softwaresysteme. Ausgehend von den klassischen Anwendungsfallen ¨ Einsatzgebiete von wie Transaktionssysteme im Bankwesen oder betriebliche Informati- Datenbanken onssysteme haben sich in den letzten Jahren neue Einsatzgebiete eroff- ¨ net: von spezialisierten Informationssystemen (Krankenhausinformati- onssysteme, geografische Informationssysteme) uber rechnerunterstutz- ¨ ¨ te Ingenieursysteme bis hin zu der Vielzahl neuer Internetanwendun- gen wie E-Commerce, Portale usw. Mit diesen neuen Anwendungsfel- dern sind aber auch eine Reihe spezieller Anforderungen verbunden, die durch ein einziges System bzw. Systemkonzept nicht mehr abzudecken sind. Aus diesem Bedarf heraus wurden daher in den letzten Jahren neben den klassischen relationalen Datenbanksystemen verschiedene neue Datenbankkonzepte entwickelt: objektrelationale Erweiterungen [Sto96], objektorientierte Datenbanksysteme [Heu97, SST97] sowie spezialisierte Losungen wie XML-Repositories oder Multimediaerwei- ¨ terungen. Damit verbunden sind aber auch eine Vielzahl von Schnitt- stellenlosungen, Zugriffsmechanismen und Anfragetechniken, die dem ¨ ¨ Entwickler den Uberblick und demzufolge auch die Entscheidung fur ¨ eine bestimmte Technologie erschweren. Seit der ersten Veroffentlichung im Jahre 1995 verfolgt die Firma ¨ Sun Microsystems das Ziel, mit der Programmiersprache Java den An- spruch einer Internet-Programmiersprache zu erfullen. So ist Java ob- ¨ jektorientiert und plattformneutral, mit weitreichenden Sicherheitsme- chanismen ausgestattet und es verfugt uber eine Bibliothek, die u.a. ¨ ¨ Klassen fur die Entwicklung verteilter, netzwerkbasierter Anwendungen ¨ umfasst. Waren die ersten Java-Programme im Wesentlichen noch klei- ne Applets, die die bis zu diesem Zeitpunkt eher statischen Web-Inhalte um aktive Elemente erweiterten, so hat sich mit der zunehmenden Kom- plexitat der Internetanwendungen auch schnell der Bedarf nach Mecha- ¨ nismen zur Datenbankanbindung entwickelt. Heute – knapp funf Jahre nach der ersten Veroffentlichung der ¨ ¨ Sprache – stehen eine Vielzahl von Technologien fur die Entwicklung ¨ von Java-basierten Datenbankanwendungen zur Verfugung. Neben den ¨ klassischen Techniken der SQL-Call-Level-Schnittstelle und der SQL- 2 1 Einf¨hrung u Spracheinbettung wurden auch Werkzeuge zur Abbildung zwischen Java-Objekten und Relationen und direkte ODBMS-Anbindungen ent- wickelt. Diese Bandbreite an Techniken in Verbindung mit dem wei- teren Ausbau der Java-Plattform, z.B. im Bereich grafischer Benut- zerschnittstellen, mobiler Systeme, Multimedia und Kommunikation, pradestiniert Java nicht nur fur Internetanwendungen, sondern fur na- ¨ ¨ ¨ hezu jede Form von Datenbankanwendungen. Vor diesem Hintergrund wollen wir mit dem vorliegenden Buch ¨ einen Uberblick zu Java-Technologien fur den Zugriff auf und die Ar- ¨ beit mit Datenbanken geben. 1.1 Inhalt des Buches Die Entwicklung von Datenbankanwendungen beruhrt eine ganze Rei- ¨ he von Fragestellungen, beginnend bei der Auswahl eines geeigneten Datenbanksystems, der Datenmodellierung, der Zugriffsschnittstelle und der Anfragesprache uber Aspekte der Architektur, wie z.B. Client- ¨ Server, web-basiert, zwei- oder dreistufig, bis hin zur Gestaltung der Be- nutzerschnittstelle. Die Behandlung aller dieser Aspekte und der dafur ¨ geeigneten Technologien wurde den Rahmen eines Buches mit Sicher- ¨ heit sprengen, so dass wir uns in diesem Buch auf die Techniken des Datenbankzugriffs konzentrieren. Wir beschranken uns jedoch nicht ¨ auf klassische relationale Datenbanksysteme, sondern betrachten auch die Verwendung objektrelationaler und objektorientierter Erweiterun- gen, die mit SQL:1999 eingefuhrt, durch Werkzeuge zur objektrelatio- ¨ nalen Abbildung bereitgestellt oder direkt durch objektorientierte Da- tenbanksysteme implementiert werden. Auf diese Weise soll dem Ent- wickler der Vergleich und damit auch die Entscheidung fur den Einsatz ¨ einer bestimmten Technologie erleichtert und dem interessierten Stu- ¨ denten ein Uberblick uber die wichtigsten Techniken der Datenbankan- ¨ bindung gegeben werden. Im Einzelnen ist der Inhalt des Buches wie folgt gegliedert: Im wei- teren Verlauf dieses Kapitels werden wir zunachst grundlegende Frage- ¨ stellungen der Entwicklung von Datenbankanwendungen diskutieren und die in diesem Buch benutzte Beispielanwendung vorstellen. Kapitel 2 Im Kapitel 2 werden wir die fur das Verstandnis des Buches wich- ¨ ¨ tigen Sprachkonstrukte von Java einfuhren, wobei wir jedoch Grund- ¨ kenntnisse sowohl in der Programmierung als auch zu Java vorausset- zen. Kapitel 3 Kapitel 3 behandelt die Grundlagen relationaler Datenbanksyste- ¨ me. Ausgehend vom Relationenmodell geben wir einen kurzen Uber- 1.1 Inhalt des Buches 3 blick zu SQL und erlautern die wichtigsten Aspekte der Anwendungs- ¨ entwicklung fur RDBMS. ¨ Kapitel 4 beschreibt mit JDBC die Standardschnittstelle von Java zu Kapitel 4 relationalen Datenbanksystemen. Dabei werden wir im Wesentlichen die aktuelle Version 3.0 vorstellen, jedoch auch auf Unterschiede zu den teilweise noch vorherrschenden alteren Versionen hinweisen. ¨ Ein weiteres Konzept der Anbindung von relationalen Datenban- Kapitel 5 ken ist Embedded SQL als direkte Einbettung von SQL-Anweisungen in Java-Code. Diese Technik, die inzwischen auch im Rahmen von SQL:1999 standardisiert ist, wird in Kapitel 5 vorgestellt. Daruber hin- ¨ aus behandeln wir in diesem Kapitel die Entwicklung gespeicherter Pro- zeduren (Stored Procedures) sowie die Implementierung neuer SQL- Datentypen in Java. Ein haufig angesprochenes Problem der Kopplung von SQL und ¨ Kapitel 6 einer (objektorientierten) Programmiersprache sind die unterschiedli- chen Datenstrukturkonzepte: das Konzept der Relation als Menge von Tupeln bei SQL gegenuber dem Tupel bzw. dem Objekt als grundle- ¨ gende Datenstruktur einer imperativen Programmiersprache. Objekt- datenbanken vermeiden diesen als Impedance Mismatch bezeichneten Gegensatz, indem sie die Datenstrukturen objektorientierter Sprachen direkt unterstutzen. Mit der ODMG-Spezifikation ist hierfur auch ein ¨ ¨ Industriestandard verfugbar, der die Anbindung an Java festlegt. Am ¨ Beispiel von ODBMS FastObjects und ObjectStore werden wir diese Anbindung in Kapitel 6 beschreiben. Ein anderer Ansatz zur Vermeidung des Impedance Mismatch ist Kapitel 7 die Speicherung von Objekten in Datenbankrelationen. Auf diese Weise konnen Anwendungen die Vorzuge der Objektorientierung nutzen und ¨ ¨ gleichzeitig auf die etablierten und stabilen relationalen Datenbank- systeme zuruckgreifen. Die transparente Abbildung zwischen Objekten ¨ und Relationen wird durch Methoden und Werkzeuge unterstutzt, die¨ wir im Kapitel 7 am Beispiel von Java Data Objects, einem neuen Stan- dard zur transparenten Persistenz von Java-Objekten mit relationalen und objektorientierten Datenbanksystemen, vorstellen. Im Datenbankbereich sind Transaktionen die zu synchronisieren- Kapitel 8 den Einheiten der Anwendungsprogrammierung im Mehrbenutzerbe- trieb.