Teória 27: Databázy¶

Databázy patria medzi najdôležitejšie technológie pri vývoji moderných aplikácií. Umožňujú trvalé uchovávanie údajov, ich efektívne vyhľadávanie, úpravu a správu. Príkladmi údajov ukladaných do databázy sú:

používateľské účty, objednávky v e-shope,
knižničné katalógy,
výsledky meraní, údaje zo senzorov.

Prečo databázy v Jave?¶

Väčšina reálnych Java aplikácií potrebuje perzistenciu dát. Hlavné dôvody sú:

Dlhodobé uloženie dát (aj po reštarte aplikácie)
Súbežný prístup viacerých používateľov/procesov
ACID vlastnosti (Atomicity, Consistency, Isolation, Durability)
Výkonné dotazovanie a reporting

ACID je skratka pre 4 vlastnosti databáz:

Atomicita - Viaceré zmeny v databáza sa vykonajú ako jedna tranzakcia, buď sa vykonajú všetky, alebo ani jedna
Konzistencia - Zmeny v databáze neporušia databázový invariant, napr. nepovolenie duplicitných hodnôt
Izolácia - Pri súčasnom prístupe k databáze od viacerých užívateľov títo nebudú nikdy vidieť nedokončené zmeny od ostatných
Durability - Po úspešnom prevedení zmeny sa táto zmena zachová aj pri reštarte aleo chybe systému

Relačné databázy¶

Najčastejšie sa v Jave pracuje s relačnými databázami. Údaje sú organizované do tabuliek pozostávajúcich z riadkov a stĺpcov.

Príklad tabuľky Kniha

id	nazov	autor	rok
1	Java Programovanie	Ján Novák	2023
2	Databázy	Peter Horváth	2022

Každý riadok predstavuje jeden záznam a každý stĺpec určitý atribút záznamu. Medzi najznámejšie relačné databázy patria:

PostgreSQL
SQLite
MySQL / MariaDB
Oracle Database
Microsoft SQL Server

SQL Jazyk¶

Na komunikáciu s relačnými databázami sa používa jazyk SQL (Structured Query Language). Najčastejšie príkazy:

Vytvorenie tabuľky

CREATE TABLE kniha (
    id INTEGER PRIMARY KEY,
    nazov TEXT,
    autor TEXT,
    rok INTEGER
);

Vloženie údajov

INSERT INTO kniha(nazov, autor, rok)
VALUES ('Java Programovanie', 'Ján Novák', 2023);

Výber údajov

SELECT * FROM kniha;

Aktualizácia údajov

UPDATE kniha
SET rok = 2024
WHERE id = 1;

Odstránenie údajov

DELETE FROM kniha
WHERE id = 1;

Spôsoby prístupu k databázam¶

V Jave existujú tri hlavné druhy prístupu k databázam:

JDBC - nízkoúrovňový, plná kontrola nad SQL
ORM (Object-Relational Mapping) - automatické mapovanie Java objektov na tabuľky
Vyššie abstrakcie - Spring Data JPA, jOOQ, Querydsl (nad ORM)

JDBC¶

JDBC je štandardné API jazyka Java určené na komunikáciu s databázami. Predstavuje vrstvu medzi Java aplikáciou a databázovým serverom. Vďaka JDBC môže programátor používať rovnaké rozhranie pre rôzne databázové systémy.

Každá databáza poskytuje vlastný JDBC ovládač (driver), ktorý zabezpečuje komunikáciu medzi aplikáciou a databázou. JDBC driver je teda knižnica implementujúca JDBC rozhranie pre konkrétnu databázu. O pripojenie ku konkrétnej databáza sa v JDBC stará trieda DriverManager.

Pri práci s databázou sa v JDBC najčastejšie používajú tieto triedy:

Trieda `Connection`¶

Objekt triedy Connection reprezentuje otvorené spojenie s databázou.

Príklad vytvorenia spojenia so SQLite:

Connection conn =
    DriverManager.getConnection("jdbc:sqlite:knihy.db");

Po úspešnom vytvorení spojenia môže aplikácia vykonávať SQL príkazy.

Trieda `Statement`¶

Objekt triedy Statement slúži na vykonávanie jednoduchých SQL príkazov.

Statement stmt = conn.createStatement();

ResultSet rs =
    stmt.executeQuery("SELECT * FROM kniha");

Používa sa najmä v jednoduchých príkladoch a pri SQL príkazoch bez parametrov.

Trieda `PreparedStatement`¶

PreparedStatement je rozšírením triedy Statement. Výhody:

vyššia bezpečnosť,
ochrana proti SQL Injection (little bobby tables),
lepší výkon pri opakovanom vykonávaní,
automatické ošetrenie (escapovanie) špeciálnych znakov.

Príklad:

String sql =
    "SELECT * FROM kniha WHERE id = ?";

PreparedStatement pstmt =
    conn.prepareStatement(sql);

pstmt.setInt(1, 5);

ResultSet rs = pstmt.executeQuery();

Vo väčšine reálnych aplikácií sa odporúča používať práve PreparedStatement.

Trieda `ResultSet`¶

Objekt triedy ResultSet obsahuje výsledok SQL dotazu.

while (rs.next()) {
    int id = rs.getInt("id");
    String nazov = rs.getString("nazov");

    System.out.println(id + " " + nazov);
}

Metóda next() posúva kurzor na ďalší riadok výsledku. Najčastejšie používané metódy tejto triedy:

getInt()
getLong()
getDouble()
getString()
getBoolean()
getDate()

SQLite¶

SQLite je najrozšírenejšia embedovaná relačná databáza na svete. Embedovaná znamená, že nepotrebujeme žiaden samostatný server, ale databáza beží priamo v našom programe.

Celá databáza je jeden súbor na disku. SQLite je napísaná v jazyku C, je veľmi rýchla a malá. Podporuje väčšinu SQL-92 + niektoré rozšírenia.

Architektúra JDBC + SQLite:

graph TD
    A[Java aplikácia] -->|JDBC API| B[sqlite-jdbc Driver]
    B --> C[SQLite C engine]
    C --> D[library.db<br/>alebo :memory:]

Kedy SQLite používať?:

Desktopové aplikácie
Mobilné aplikácie (Android používa SQLite natívne)
IoT / embedded systémy
Lokálne úložisko v desktopových nástrojoch
Testovanie a prototypovanie (rýchle vytvorenie DB v pamäti)
Aplikácie s nízkou až strednou záťažou

Kedy SQLite nepoužívať?:

Vysoká konkurencia zápisov (SQLite zamyká celú databázu pri zápise)
Veľké dáta a komplexná analytika
Distribuované systémy s viacerými nodmi

Túto databázu budeme používať aj my v našich ďalších úlohách.

Teória 27: Databázy¶

Prečo databázy v Jave?¶

Relačné databázy¶

SQL Jazyk¶

Spôsoby prístupu k databázam¶

JDBC¶

Trieda Connection¶

Trieda Statement¶

Trieda PreparedStatement¶

Trieda ResultSet¶

SQLite¶

Zhrnutie teórie¶

Trieda `Connection`¶

Trieda `Statement`¶

Trieda `PreparedStatement`¶

Trieda `ResultSet`¶