Sviluppo di applicazioni per basi di dati

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1 Sviluppo di applicazioni per basi di dati 1

2 Sviluppo di applicazioni per basi di dati Quattro parti: Gestione dati Business rules (vincoli di integrità e dati derivati) Logica applicativa Interfaccia utente Molte possibili architetture 2

3 Architetture Client-Server Logica + interfaccia Logica + interfaccia Sistema di comunicazione DBMS: dati e business rules Thin Client Interfaccia Interfaccia Sistema di comunicazione DBMS+application server: logica, dati e business rules 3

4 Architetture Three Tiers Client: Interfaccia Client: Interfaccia application server: logica applicativa DBMS server: dati e business rules 4

5 Il problema Scrivere un applicazione che visualizzi una schermata, raccolga dei dati, effettui elaborazioni, segnali eventuali inconsistenze con i dati nella BD oppure inserisca nuovi dati Serve un linguaggio che possa: Effettuare I/O Effettuare interrogazioni Controllare il flusso in un modo che dipende dal risultato dell interrogazione Effettuare aggiornamenti 5

6 Il problema SQL permette di accedere ai dati memorizzati in una base di dati e di aggiornarli Per scelte progettuali, il suo potere espressivo è però limitato (rispetto a quello di un generico linguaggio di programmazione) Questo significa che non tutte le elaborazioni che possiamo volere applicare ai dati possono essere espresse in SQL In particolare, SQL non è: computazionalmente completo, né operazionalmente completo 6

7 Completezza computazionale E relativa alla capacità di esprimere nel linguaggio tutte le computazioni teoricamente possibili In SQL mancano costrutti tipici dei generici linguaggi di programmazione (imperativi) quali il costrutto di scelta o quello di iterazione 7

8 Completezza operazionale E relativa alla capacità di esprimere nel linguaggio operazioni che richiedono una comunicazione diretta con il sistema operativo e, attraverso di esso, con l hardware e le periferiche: In SQL mancano, ad esempio, costrutti per scrivere in un file, stampare, sviluppare un interfaccia utente 8

9 Soluzione Per le due motivazioni viste nei lucidi precedenti è necessario estendere il potere espressivo di SQL Idea: combinare SQL con un linguaggio di programmazione generico: SQL: consente accesso ottimizzato ai dati Linguaggio di programmazione: garantisce completezza computazionale ed operazionale 9

10 Approcci all integrazione Accoppiamento interno Estensioni procedurali di SQL SQL viene esteso con gli usuali costrutti dei linguaggi di programmazione Può essere utilizzato all interno del DBMS, per definire funzioni e procedure richiamabili da qualunque applicazione Permette di garantire la completezza computazionale ma non sempre garantisce la completezza operazionale Lo standard SQL propone un estensione procedurale (SQL/PSM), ma la sintassi varia sensibilmente tra i vari DBMS 10

11 Approcci all integrazione Accoppiamento esterno Un linguaggio di programmazione esistente (es. C, Java) viene integrato con SQL Il codice viene eseguito in un ambiente esterno al DBMS La completezza (computazionale e operazionale) è garantita Due approcci principali: Librerie di funzioni SQL ospitato 11

12 Librerie di funzioni Viene resa disponibile per il linguaggio una libreria di funzioni (API) che definisce l interfaccia di comunicazione tra il DBMS ed il linguaggio di programmazione: Funzioni per la connessione alla base di dati e l esecuzione di comandi SQL Oltre alle librerie proprietarie dei vari DBMS, esistono anche librerie standard, che garantiscono interoperabilità (es. ODBC, JDBC) 12

13 SQL ospitato I comandi SQL vengono utilizzati direttamente all interno di un linguaggio di programmazione Uno speciale pre-compilatore, dato un programma nel linguaggio esteso, produce un programma interamente scritto nel linguaggio ospite In genere, i comandi SQL vengono sostituiti con chiamate al DBMS tramite interfacce di connessione standard o proprietarie 13

14 Approcci all integrazione L accoppiamento esterno (più diffuso) è scelta ovvia quando applicazioni esistenti devono essere estese per interagire con un DBMS Accoppiamente interno utilizzato da nuove applicazioni che richiedono una forte interazione con il DBMS Approccio più diffuso: combinazione dei due Con soluzione ad accoppiamento interno, si definiscono procedure e funzioni relative alle operazioni più frequenti sulla base di dati Tali procedure e funzioni sono poi richiamate da applicazioni sviluppate con approccio ad accoppiamento esterno 14

15 Accoppiamento esterno L accoppiamento esterno richiede l integrazione di due linguaggi: SQL ed linguaggio di programmazione generico Impedance mismatch dovuto alle differenze tra i due linguaggi Due differenze principali: Differenze nei tipi di dato: necessità di binding tra i tipi di dato del linguaggio e quelli di SQL (es. VARCHAR String per Java) Differenze nella modalità di elaborazione: setoriented per SQL, tuple-oriented per linguaggi di programmazione 15

16 Accoppiamento esterno È necessario tradurre il risultato di un interrogazione SQL (relazione) in una struttura dati del linguaggio di programmazione Se l interrogazione restituisce solo una tupla: Il numero di informazioni da analizzare è noto a tempo di compilazione e pari al numero degli attributi della relazione E possibile definire variabili di comunicazione da utilizzare per inserire i valori degli attributi della tupla restituita Se l interrogazione restituisce più tuple: La dimensione del risultato può non essere nota o troppo grande per essere memorizzata in memoria principale E necessario un meccanismo (cursore) che permetta di muoversi sulle tuple del risultato, una ad una, e manipolarle 16

17 Cursore Un cursore è un puntatore ad una tupla contenuta nel risultato di un interrogazione SQL Un cursore è quindi associato alla valutazione di un interrogazione In ogni momento, la tupla puntata dal cursore, e quindi i valori degli attributi di tale tupla, possono essere letti ed inseriti in una struttura dati del linguaggio ospite I cursori sono utilizzati anche nelle soluzioni ad accoppiamento interno quando è necessario iterare sulle tuple risultato di un interrogazione 17

18 Cursore 18

19 Cursore Operazioni sui cursori: Dichiarazione: associa un cursore ad un interrogazione Apertura: esegue l interrogazione associata al cursore e lo inizializza Posizionamento: sposta il cursore sulla tupla successiva o precedente rispetto a quella correntemente puntata (o sulla prima o sull ultima tupla del risultato) Chiusura: disabilita il cursore 19

20 Flusso di esecuzione Qualunque sia l approccio scelto, il programma deve eseguire i seguenti passi fondamentali: 1. Connessione alla base di dati 2. Esecuzione dei comandi SQL 3. Chiusura della connessione 20

21 Connessione Affinché un'applicazione possa utilizzare una base di dati, deve aprire una connessione verso il DBMS su cui la base di dati risiede Nelle soluzioni ad accoppiamento interno, tale connessione è già implicitamente aperta (l'applicazione viene eseguita direttamente da un DBMS server) Nelle soluzioni ad accoppiamento esterno, è necessario specificare il server con cui vogliamo aprire la connessione, fornendo: Stringa di locazione Credenziali di accesso (nome utente e password) 21

22 Chiusura della connessione Quando l'interazione con la base di dati è terminata, la connessione con il DBMS dovrebbe essere chiusa I DBMS ammettono infatti un numero massimo di connessioni contemporaneamente attive Chiudere una connessione dà la possibilità ad altre applicazioni di accedere al DBMS In genere, la terminazione di un'applicazione comporta la chiusura automatica di tutte le connessioni aperte 22

23 Esecuzione di comandi SQL Per ogni comando SQL, l'interazione tra il linguaggio di programmazione ed il DBMS coinvolge tre passi: Preparazione del comando: generazione delle strutture dati necessarie per la comunicazione con il DBMS ed eventuale compilazione ed ottimizzazione del comando da parte del DBMS Esecuzione del comando: il comando viene eseguito utilizzando le strutture dati e le informazioni generate durante la fase di preparazione Manipolazione del risultato: il risultato del comando, tradotto nelle strutture del linguaggio di programmazione, viene manipolato secondo la logica dell applicazione 23

24 Esecuzione di comandi SQL Il risultato dell esecuzione di un comando SQL è: Un insieme di tuple per le interrogazioni Un valore numerico per INSERT/UPDATE/DELETE e comandi del DDL Spesso la fase di preparazione e la fase di esecuzione di un comando SQL sono disaccoppiate Un comando SQL può essere preparato, in modo separato dalla sua esecuzione, durante la compilazione o l'esecuzione dell'applicazione che lo contiene Il disaccoppiamento è molto utile nel caso in cui lo stesso comando SQL debba essere eseguito più volte, magari cambiando solo i valori di alcuni parametri 24

25 Esempio Applicazione che vuole determinare più volte il numero medio dei noleggi per un particolare genere di film, preso in input: Il comando SQL da eseguire è sempre lo stesso La fase di preparazione permette di determinare il piano più efficiente per l'esecuzione dell'operazione, indipendentemente dal valore del parametro Tale piano di esecuzione può poi essere utilizzato in tutte le elaborazioni del comando nel contesto della stessa esecuzione dell'applicazione 25

26 SQL statico e dinamico SQL statico: Uso di comandi SQL noti a tempo di compilazione SQL dinamico: Uso di comandi SQL noti solo a tempo di esecuzione Esempio: clausola WHERE in un comando SELECT che cambia (ad es. contiene o meno un determinato congiunto) in relazione al fatto che una certa condizione (che può dipendere da valori presi in input) sia vera o falsa Facilita lo sviluppo di applicazioni on-line 26

27 Esempio Applicazione che: Prende in input il titolo ed il regista di un film Se la valutazione del film è minore od uguale a 1, allora ritira dal noleggio (e quindi cancella dalla base di dati) tutti i video relativi al film Se la valutazione del film è maggiore od uguale a 4, rimpiazza i video di tipo vhs con video di tipo dvd Negli altri casi, seleziona il titolo, il regista e la valutazione di tutti i film 27

28 SQL dinamico Se le richieste che possono essere immesse da terminale sono poche e note a priori, è possibile ``cablarle'' nel programma applicativo, utilizzando una logica a casi Il comando SQL che verrà ``effettivamente'' eseguito sarà noto solo al momento dell'esecuzione, quando l'utente preciserà la sua richiesta Non sempre è però possibile prevedere tutte le possibili richieste in ingresso (o il loro insieme può essere molto grande): Ad esempio lo stesso comando SQL, o parte di esso, può essere fornito direttamente in input 28

29 SQL dinamico I comandi SQL dinamici comportano maggiori problemi in termini di ottimizzazione, compilazione ed esecuzione Per questo motivo alcuni approcci di accoppiamento non ne permettono l'esecuzione Un comando SQL statico può essere preparato durante la compilazione del programma ed il risultato della preparazione può essere utilizzato un numero arbitrario di volte, nel contesto di esecuzioni distinte Un comando SQL dinamico può invece essere preparato soltanto durante l'esecuzione del programma, con un conseguente aumento del tempo di risposta 29

30 Libreria di funzioni 30

31 Librerie di funzioni L accesso alla base di dati avviene tramite un interfaccia chiamata Call Level Interface (CLI) Ogni CLI è una libreria per uno specifico linguaggio La maggioranza dei DBMS offre soluzioni di questo tipo, che però sono proprietarie e quindi vanno bene solo per uno specifico DBMS Lo standard SQL prevede SQL/CLI Standard de facto: ODBC, JDBC 31

32 JDBC/ODBC La portabilità a livello di eseguibile è ottenuta attraverso driver Un driver è un programma che traduce tutte le chiamate ODBC/JDBC in chiamate specifiche per un DBMS Nel seguito ci concentreremo su JDBC 32

33 JDBC: Architettura di riferimento 33

34 Driver Manager È una classe che gestisce la comunicazione tra applicazione e driver Risolve problematiche comuni a tutte le applicazioni: Quale driver caricare, basandosi sulle informazione fornite dall applicazione Caricamento driver Chiamate alle funzioni dei driver L applicazione interagisce solo con il driver manager 34

35 DBMS Il DBMS sostanzialmente rimane inalterato nel suo funzionamento Riceve sempre e solo richieste nel linguaggio supportato Esegue il comando SQL ricevuto dal driver e invia i risultati 35

36 JDBC JDBC è una API Java standard per interagire con basi di dati da Java Cerca di essere il più semplice possibile rimanendo al contempo flessibile Permette di ottenere una soluzione pure Java per l interazione con DBMS Indipendenza dalla piattaforma 36

37 Driver JDBC Esistono quattro tipi di driver I driver si differenziano per come interagiscono con la base di dati Il più semplice è il JDBC-ODBC Bridge che utilizza ODBC per connettersi alla base di dati 37

38 Applicazione Un applicazione è un programma che chiama specifiche funzioni API per accedere ai dati gestiti da un DBMS Flusso tipico: Caricamento driver Selezione sorgente dati (DBMS e specifico database) e connessione Invio statement SQL Recupero risultati e elaborazione Disconnessione 38

39 Esempio 1 39

40 import java.sql.*; import java.io.*; class examplejdbc {public static void main (String args []) { Connection con = null; try{ String my_department = "research"; Class.forName ("sun.jdbc.odbc.jdbcodbcdriver"); con =DriverManager.getConnection("jdbc:odbc:my_DB", "my_login", "my_password"); Statement st = con.createstatement(); Esempio 2 ResultSet rs = st.executequery("select AVG(salary) FROM employee"); 40

41 rs.next(); if (rs.getbigdecimal(1) < 1000) st.executeupdate("update employee SET salary = salary*1,05"); else st.executeupdate("update employee SET salary = salary*0,95"); PreparedStatement pst = con.preparestatement("select name,salary FROM employee WHERE department =?"); pst.setstring(1,my_department); rs = pst.executequery(); while (rs.next()) System.println("Name: "+rs.getstring(1)+ "Salary:"+rs.getInt(2)); con.close(); } 41

42 catch(java.lang.classnotfoundexception e) { System.err.print("ClassNotFoundException: "); System.err.println(e.getMessage());} catch (SQLException e) {while( e!=null) { System.out.println("SQLState: " + e.getsqlstate()); System.out.println(" Code: " + e.geterrorcode()); System.out.println(" Message: " + e.getmessage()); e = e.getnextexception(); }}}}} 42

43 SQL Ospitato 43

44 Concetti di base I comandi SQL vengono direttamente inseriti in programmi scritti in un estensione di un linguaggio di programmazione, chiamato linguaggio ospite Il linguaggio ospite permette di utilizzare SQL senza il bisogno di funzioni di interfaccia I comandi SQL (embedded SQL) possono apparire in ogni punto in cui può comparire un istruzione del linguaggio ospite 44

45 Concetti di base Lo standard SQL definisce come SQL possa essere ospitato in un insieme di linguaggi di programmazione, tra cui: C, COBOL Pascal, Fortran Anche se Java non è incluso nei linguaggi previsti, dopo lo sviluppo di JDBC è stata proposta una specifica ANSI/ISO per incapsulare comandi SQL in programmi Java: SQLJ (SQL Java) sviluppato dall SQLJGroup 45

46 Concetti di base Ogni istruzione SQL deve essere chiaramemente identificabile nel testo del programma: Preceduta da un prefisso e seguita da un terminatore Per molti linguaggi (C, Pascal, Fortran, Cobol): Prefisso = EXEC SQL Terminatore = ; SQLJ: Prefisso = #sql Terminatore = ; 46

47 Architettura di riferimento L esecuzione dei programmi avviene in tre passi: precompilazione, compilazione, esecuzione Precompilazione: Il programma viene passato ad un precompilatore (specifico del linguaggio ospite) Il precompilatore elimina i comandi SQL sostituendoli con chiamate al DBMS espresse nella sintassi del linguaggio ospite Il risultato è un programma scritto completamente nel linguaggio ospite Compilazione: Il programma risultato della fase precedente viene compilato utilizzando un compilatore per il linguaggio ospite 47

48 Esempio 1 48

49 import java.sql.*; import java.io.*; import java.math.*; import sqlj.runtime.*; import sqlj.runtime.ref.*; import oracle.sqlj.runtime.*; import java.sql.*; Esempio 2 class examplesqlj { #sql iterator Name_Salary_Iter(String name, int salary); public static void main (String args []) { try{ BigDecimal avg_sal; String my_department = "research"; oracle.connect("jdbc:odbc:my_db","my_login", "my_password", false); 49

50 #sql{select AVG(salary) INTO :avg_sal FROM employee}; if (avg_sal > 1000) #sql{update employee SET salary = salary*1,05}; else #sql{update employee SET salary = salary*0,95}; Name_Salary_Iter my_iter = null; #sql my_iter ={SELECT name,salary FROM employee WHERE department = :my_department}; while (my_iter.next()) System.println("Name: "+my_iter.name()+ "Salary:"+my_iter.salary()); } 50

51 catch(java.lang.classnotfoundexception e) { System.err.print("ClassNotFoundException: "); System.err.println(e.getMessage());} catch (SQLException e) { while( e!=null){ System.out.println("SQLState: " + e.getsqlstate()); System.out.println(" Code: " + e.geterrorcode()); System.out.println(" Message: " + e.getmessage()); e = e.getnextexception();}}}}} 51