Bases de Dados II 6638: BSc in Information Systems and Technologies. Cap. 2 Desenvolvimento de Aplicações em Bases de Dados. Module Introduction

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1 Bases de Dados II 6638: BSc in Information Systems and Technologies Cap. 2 Desenvolvimento de Module Introduction

2 Sumário SQL em aplicações Embedded SQL Cursores Dynamic SQL JDBC SQLJ ODBC Procedimentos (stored procedures)

3 Porquê aceder a bases de dados através de linguagens de programação de alto-nível? SQL é uma linguagem de inquirições (queries( queries); ; como tal, tem limitações ões. A utilização de linguagens de programação justifica-se por : às vezes, ser necessário um processamento mais complexo dos dados; ser necessário construir interfaces especializadas com o utilizador; ser necessário aceder a mais do que uma base de dados.

4 SQL em aplicações As instruções SQL podem ser invocadas a partir de um programa escrito em linguagem hospedeira (e.g., C++ or Java). As instruções SQL podem mencionar host variables (incluindo variáveis especiais para devolver estado). Existe uma instrução para ligar à base de dados pretendida. Desajustamento de Tipos de Dados (Impedance( Mismatch). As relações (ou tabelas) SQL são (multi-) conjuntos de registos (records), com nenhum limite a priori relativamente ao número de registos. Tradicionalmente, não existe nenhuma estrutura de dados com estas características em linguagens de programação imperativa (e.g. C ou Pascal), embora a biblioteca STL da linguagem C++ já o permita. SQL suporta um mecanismo designado por cursor para manipular estas tabelas.

5 Características desejáveis em soluções ou aplicações de bases de dados Facilidade de utilização Estandartização / Normalização Soluções desenvolvidas em conformidade com as normas existentes para linguagens de programação, linguagens de inquirições de bases de dados, e ambientes de desenvolvimento. Interoperabilidade Tem que ver com a capacidade de usar uma interface comum a diversos sistemas de bases de dados em diferentes sistemas operativos.

6 Soluções proprietárias (soluções dependentes do proprietário de DBMS) Exemplo: Oracle PL/SQL linguagem proprietária semelhante à PL/1 que suporta a execução de inquirições SQL. Vantagens: Muitas características específicas da Oracle não são suportadas por outros sistemas de base de dados. Desempenho pode ser optimizado em sistemas baseados na Oracle. Desvantagens: As aplicações ficam dependentes dum DBMS específico. O programador de aplicações fica dependente do fornecedor proprietário do DBMS no que respeita ao ambiente de desenvolvimento de aplicações. Pode não estar disponível em todas as plataformas.

7 Soluções não-proprietárias e baseadas em SQL Há á 3 estratégias básicas que podemos considerar: Embeber SQL num programa em linguagem hospedeira (Embedded SQL, SQLJ) SQL modules SQL call level interfaces

8 1ª Solução não-proprietária: Embedded SQL Estratégia égia: : embeber SQL na linguagem hospedeira. Um preprocessador converte as instruções SQL em chamadas API especiais. Depois, um compilador regular é usado para compilar o código escrito em linguagem hospedeira. Construções essenciais da linguagem: Ligação a uma base de dados: EXEC SQL CONNECT Declaração de variáveis: EXEC SQL BEGIN (END) DECLARE SECTION Instruções: EXEC SQL Statement; Two special error variables: SQLCODE (long, is negative if an error has occurred) SQLSTATE (char[6], predefined codes for common errors) EXEC SQL BEGIN DECLARE SECTION char c_sname[20]; long c_sid; short c_rating; float c_age; EXEC SQL END DECLARE SECTION

9 Embedded SQL: example Estratégia égia: : embeber SQL na linguagem hospedeira. Um preprocessador converte as instruções SQL em chamadas API especiais. Depois, um compilador regular é usado para compilar o código escrito em linguagem hospedeira. Construções essenciais da linguagem: Ligação a uma base de dados: EXEC SQL CONNECT Declaração de variáveis: EXEC SQL BEGIN (END) DECLARE SECTION Instruções: EXEC SQL Statement; Two special error variables: SQLCODE (long, is negative if an error has occurred) SQLSTATE (char[6], predefined codes for common errors) EXEC SQL BEGIN DECLARE SECTION char c_sname[20]; long c_sid; short c_rating; float c_age; EXEC SQL END DECLARE SECTION

10 Embedded SQL: cursores Podemos declarar um cursor sobre uma relação (tabela) ou inquirição (que produz uma relação): Podemos abrir (open( open) ) um cursor e, repetidamente, procurar (fetch( fetch) ) um tuplo e mover (move( move) ) o cursor até é que todos os tuplos tenham sido processados. Podemos usar uma cláusula especial, designada por ORDER BY, em inquirições que são acedidas através de um cursor, para controlar a ordem de processamento dos tuplos. campos na cláusula ORDER BY têm também de aparecer na cláusula SELECT. A cláusula ORDER BY, que ordena os tuplos da tabela resultante, só é permitida no contexto do cursor. Podemos modificar/eliminar o tuplo apontado pelo cursor. Exemplo: Usar um cursor para obter, por ordem alfabética, os marinheiros que reservaram um barco vermelho. EXEC SQL DECLARE sinfo CURSOR FOR SELECT S.sname FROM Sailors S, Boats B, Reserves R WHERE S.sid=R.sid AND R.bid=B.bid AND B.color= red ORDER BY S.sname Note-se que é ilegal substituir S.sname por, diga-se, S.sid na cláusula ORDER BY. (Porquê?) Podemos adicionar S.sid à cláusula SELECT e substituir S.sname por S.sid na cláusula ORDER BY?

11 Embedded SQL: exemplo em C char SQLSTATE[6]; EXEC SQL BEGIN DECLARE SECTION char c_sname[20]; short c_minrating; float c_age; EXEC SQL END DECLARE SECTION c_minrating = random(); EXEC SQL DECLARE sinfo CURSOR FOR SELECT S.sname, S.age FROM Sailors S WHERE S.rating > :c_minrating ORDER BY S.sname; do { EXEC SQL FETCH sinfo INTO :c_sname, :c_age; printf( %s is %d\n,c_sname,c_age); } while (SQLSTATE!= ); EXEC SQL CLOSE sinfo;

12 6638 Bases de Dados II Embedded SQL: exemplo completo em C #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> EXEC SQL INCLUDE SQLCA; #define CHECKERR(CE_STR) if (sqlca.sqlcode!= 0) { printf("%s failed. Reason %ld\n", CE_STR, sqlca.sqlcode); exit(1); } int main(int argc, char *argv[]) { EXEC SQL char short char char EXEC SQL BEGIN DECLARE SECTION; pname[10]; dept; userid[9]; passwd[19]; END DECLARE SECTION; printf( "Sample C program: OPENFTCH\n" ); if (argc == 1) { EXEC SQL CONNECT TO sample; CHECKERR ("CONNECT TO SAMPLE"); } else if (argc == 3) { strcpy (userid, argv[1]); strcpy (passwd, argv[2]); EXEC SQL CONNECT TO sample USER :userid USING :passwd; CHECKERR ("CONNECT TO SAMPLE"); } else { printf ("\nusage: openftch [userid passwd]\n\n"); return 1; } /* endif */ EXEC SQL DECLARE c1 CURSOR FOR (1) SELECT name, dept FROM staff WHERE job='mgr' FOR UPDATE OF job; EXEC SQL OPEN c1; (2) CHECKERR ("OPEN CURSOR"); do { EXEC SQL FETCH c1 INTO :pname, :dept; if (SQLCODE!= 0) break; (3) if (dept > 40) { printf( "%-10.10s in dept. %2d will be demoted to Clerk\n", pname, dept ); EXEC SQL UPDATE staff SET job = 'Clerk' (4) WHERE CURRENT OF c1; CHECKERR ("UPDATE STAFF"); } else { printf ("%-10.10s in dept. %2d will be DELETED!\n", pname, dept); EXEC SQL DELETE FROM staff WHERE CURRENT OF c1; CHECKERR ("DELETE"); } /* endif */ } while ( 1 ); EXEC SQL CLOSE c1; (5) CHECKERR ("CLOSE CURSOR"); EXEC SQL ROLLBACK; CHECKERR ("ROLLBACK"); printf( "\non second thought -- changes rolled back.\n" ); EXEC SQL CONNECT RESET; CHECKERR ("CONNECT RESET"); return 0; } /* end of program : OPENFTCH.SQC */

13 2ª Solução não-proprietária: SQL modules Estratégia: Em vez de usarmos pré-processamento nas chamadas à SQL, usamos bibliotecas de procedimentos. Interface estandartizada especial: procedimentos/objectos Passa-se strings SQL a partir da linguagem, resultando daí result sets apresentados numa forma amigável à linguagem de alto nível É suposto ser neutral em relação ao DBMS um driver intercepta as chamadas SQL e traduz as respectivas instruções em código específico do DBMS A base de dados pode estar situada numa rede de computadores Example: Sun s JDBC: Java API Parte do java.sql package Vantagens sobre o Embedded SQL: Clara separação entre o código SQL e a linguagem hospedeira. Debugging (depuração) é muito mais fácil visto não haver qualquer pré-processador envolvido. Desvantagens: As bibliotecas de módulos são específicas da linguagem de alto-nível e do IDE. Portanto, a portabilidade está, à partida, comprometida.

14 Arquitectura JDBC Tem 4 componentes: Aplicação (inicializa e termina ligações; submete instruções SQL) Gestor de drivers (carrega JDBC driver) Driver (permite a ligação ao data source; transmite pedidos e devolve/traduz resultados e códigos de erro) Data source (processa instruções SQL) JDBC/native bridge Native driver (DBMS specific) Java Application JDBC driver manager JDBC/OBDC bridge OBDC driver JDBC driver (DBMS specific) DBMS JDBC middleware (various DBMS) Translates JDBC function calls (with SQL commands) to native API of data source. Need OS-specific binary on each client. Translates JDBC calls (with SQL commands) into non-native API. Example: JDBC-ODBC bridge. Code for ODBC and JDBC driver needs to be available on each client. Converts JDBC calls directly to network protocol used by DBMS. Needs DBMS-specific Java driver at each client. The JDBC driver talks over a network to a middleware server that translates JDBC requests into DBMS-specific method invocations, i.e. the middleware server talks to the data source. Needs only small JDBC driver at each client.

15 6638 Bases de Dados II Submissão duma inquirição SQL via JDBC Tem 3 passos essenciais: Carregamento do driver JDBC Ligação ao data source Execução de instrução SQL Carregamento dum driver JDBC: Em código Java: Class.forName( oracle/jdbc.driver.orac ledriver ); Ligação ao data source: Interagimos com um data source através de sessões, uma sessão por ligação. JDBC URL: jdbc:<subprotocol>:<otherparameters> Exemplo: String url= jdbc:oracle:www.bookstore.com:3083 ; Connection con; try{ con = DriverManager.getConnection(url,usedId, password); } catch SQLException excpt { } Quando se inicia uma aplicação Java: Djdbc.drivers=oracle/jdbc.driver Todos os drivers são geridos pela classe DriverManager Execução de uma instrução SQL: Statement (both static and dynamic SQL statements) PreparedStatement (semi-static SQL statements) CallableStatment (stored procedures) DriverManager

16 Execução duma instrução SQL: PreparedStatement PreparedStatement Instruções SQL pré-compiladas e parametrizadas: Exemplo: Estrutura fixa Valores dos parâmetros são determinados em run-time String sql = INSERT INTO Sailors VALUES(?,?,?,?) ; PreparedStatement pstmt = con.preparestatement(sql); pstmt.clearparameters(); pstmt.setint(1,sid); pstmt.setstring(2,sname); pstmt.setint(3, rating); pstmt.setfloat(4,age); //we know no. rows are returned, thus we use executeupdate() // int numrows = pstmt.executeupdate(); ResultSet rs=pstmt.executequery(sql); while (rs.next()) { // process the data } Só devolve o nº de records afectados Devolve dados encapsulados num objecto ResultSet (um cursor) // rs is now a cursor Um ResultSet é um cursor: - previous(): move para linha anterior - absolute(int n): move para linha n - relative (int num): move para frente e para trás - first() e last()

17 Correspondência entre tipos de dados em SQL e Java SQL Type BIT CHAR VARCHAR DOUBLE FLOAT INTEGER REAL DATE TIME TIMESTAMP Java class Boolean String String Double Double Integer Double java.sql.date java.sql.time java.sql.timestamp ResultSet get method getboolean() getstring() getstring() getdouble() getdouble() getint() getfloat() getdate() gettime() gettimestamp()

18 Exemplo (semi-completo) em Java/SQL import java.sql sql.*; /* This is a sample program with jdbc odbc Driver */ public class localdemo { public static void main(string[] args) ) { try { // Register JDBC/ODBC Driver in jdbc DriverManager // On some platforms with some java VMs, newinstance() is needed Class.forName forname("sun. ("sun.jdbc.odbc.jdbcodbcdriver" JdbcOdbcDriver"). ).newinstance(); // Test with MS Access database (sailors ODBC data source) String url = "jdbc:odbc odbc:mysailors" mysailors"; java.sql sql.connection c = DriverManager.getConnection getconnection(url); java.sql sql.statement st = c.createstatement createstatement(); java.sql sql.resultset rs = st.executequery executequery("select * from Sailors"); java.sql sql.resultsetmetadata md = rs.getmetadata getmetadata(); while(rs.next()) { System.out.print("\nTUPLE: "); for(int i=1; i<= md.getcolumncount(); i++) { System.out.print(rs.getString(i) + " "); } } rs.close(); } catch(exception e) { e.printstacktrace();} } };

19 6638 Bases de Dados II 3ª Solução não-proprietária: SQL call-level interfaces Estratégia: Uma call-level interface fornece uma biblioteca de funções para aceder a vários DBMS. Os drivers dos DBMS são armazenados separadamente; portanto, a biblioteca usada pela linguagem de programação é independente do DBMS. As funções da linguagem de programação fornecem somente uma interface para os drivers dos DBMS. Vantagens: O ambiente de desenvolvimento não está dependente dum DBMS particular, nem do sistema operativo. Desvantagens: Algumas optimizações de baixo-nível podem ser mais difíceis ou mesmo impossíveis de fazer. ODBC (Open Database Connectivity): É um método estandartizado de acesso a bases de dados. Objectivo: tornar possível o acesso a quaisquer dados a partir de qualquer aplicação, independentemente do DBMS. ODBC consegue este objectivo pela inserção duma camada intermédia, designada por database driver, entre a aplicação e o DBMS. O propósito desta camada é traduzir inquirições lançadas pela aplicação em comandos que o DBMS entende. Para isso, quer a aplicação quer o DBMS têm de ser both the application and the DBMS must be ODBC-compatíveis, i.e. a aplicação tem de ser capaz de emitir comandos ODBC e o DBMS tem de ser capaz de responder-lhes.

20 Exemplo: C/MySQL #include<windows.h> #include <mysql.h> #include <stdio.h> int main() { MYSQL *conn; MYSQL_RES *res; MYSQL_ROW row; //char *server = "mysql-server.ucl.ac.uk"; char *server = "localhost"; char *user = "root"; char *password = "gggag"; char *database = "sakila"; conn = mysql_init(null); /* Connect to database */ if (!mysql_real_connect(conn, server, user, password, database, 0, NULL, 0)) { fprintf(stderr, "%s\n", mysql_error(conn)); return(0); } /* send SQL query */ if (mysql_query(conn, "SELECT * FROM people WHERE age > 30")) { fprintf(stderr, "%s\n", mysql_error(conn)); return(0); }

21 Exemplo: C/MySQL (cont.) res = mysql_use_result(conn); /* output fields 1 and 2 of each row */ while ((row = mysql_fetch_row(res))!= NULL) printf("%s %s\n", row[1], row[2]); /* Release memory used to store results and close connection */ mysql_free_result(res); mysql_close(conn); }

22 Sumário: Definição de objectivos. Conceitos básicos: : base de dados e DBMS. Desenho de bases de dados. Arquitectura ANSI-SPARC. Esquemas e instâncias. Independência de dados. Data Definition Language (DDL). Data Manipulation Language (DML). Structured Query Language (SQL). Linguagens 4G. Modelos de dados. Funções/serviços dum DBMS. Componentes dum DBMS. Topologias da arquitectura dum DBMS multi-utilizador.

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