Použití databází na Webu

4IZ278 – Webové aplikace

Jirka Kosek

Poslední modifikace: 2020-03-25 16:31:03 UTC

Co nás čeká

architektura webových databázových aplikací
k čemu se používají databázové aplikace na Webu
databázové servery
relační model dat
jazyk SQL
spolupráce webové aplikace s databází
problémy webových databázových aplikací

Architektura webových databázových aplikací

typická třívrstvá architektura
webový prohlížeč = velmi tenký klient
webový server + webová aplikace = aplikační logika + generování prezentační vrstvy pro prohlížeč
databázový server = databáze (někdy i část aplikační logiky)
hranice jednotlivých vrstev jsou hodně volné
- díky JS může být klient i „hodně tlustý“
- některé databáze rovnou obsahují REST API, takže webový server jen zajišťuje HTTP komunikaci

K čemu se používají databázové aplikace na Webu

skoro každá webová aplikace používá nějakou databázi – data je potřeba někam ukládat
podnikové informační systémy – nízké TCO, ZAC
vyhledávací služby, katalogy, knihovny
i chat je databázová aplikace – jednotlivé zprávy je potřeba někam uložit
nižší náklady na správu, centralizovaná údržba dat a aplikace je snazší a levnější

Databázové servery

Pár základních pojmů

SŘBD (DBMS), databáze, databázový server, SQL server
přístup datům řídí server (na rozdíl od souborových databází jako MS Access, Paradox, dBase apod.)
- lze zajistit současnou práci více uživatelů
- snese i velmi vysokou zátěž
- komunikace se serverem většinou probíhá po síti (nejčastěji TCP/IP)
Oracle, MS SQL Server, MySQL, PostgreSQL, Sybase, DB/2, PostgreSQL, …

Protokoly pro komunikaci s db serverem

nativní – každá aplikace má svůj protokol
- lze plně využít všechny funkce databáze
- přenos aplikace na jiný databázový server je komplikovaný
standardizovaná rozhraní – ODBC, JDBC, PDO, …
- je přidána vrstva navíc, která odstiňuje nativní protokol
- při změně databázového serveru stačí změnit ovladač
pro předávní příkazů se používá jazyk SQL

Relační model dat

Základy

data jsou ukládána do tabulek (relací)
matematicky je model popsán relační algebrou
pojmy
- tabulka
- položka/atribut/sloupec – má název a typ
- záznam/řádek – je jednoznačně identifikován hodnotou primárního klíče
- primární klíč – nejmenší množina atributů, které jednoznačně identifikují záznam

Vztahy

druhy
- 1:1
- 1:N
- M:N – musí se rozložit na dva vztahy 1:N
v tabulkách se vztahy zaznamenávají pomocí primárních a cizích klíčů

SQL

Úvod

SQL – Structured Query Language
jednoduchý dotazovací jazyk
většina databází implementuje standard plus nějaká rozšíření
výběr dat, přidávání záznamů, mazání záznamů, modifikace záznamů, práce se strukturou databáze, s uživateli a právy, …

SELECT

Výběr dat

příkaz SELECT vybírá data z tabulek
vrací zase tabulku

SELECT seznam výstupních položek
    FROM seznam tabulek
    WHERE podmínka
    GROUP BY seznam položek
    HAVING skupinová podmínka
    ORDER BY kritéria třídění

SELECT – Příklady


SELECT * FROM Zamestnanci;

SELECT Jmeno, Plat FROM Zamestnanci WHERE Plat > 10000;

SELECT * FROM Zamestnanci WHERE Jmeno LIKE 'Nov%';

SELECT * FROM Zamestnanci
WHERE (Plat < 7000) AND NOT (Jmeno LIKE 'Novák %');

SELECT * FROM Zamestnanci
ORDER BY Jmeno;

SELECT Nazev, Jmeno FROM Odberatele, Zamestnanci
WHERE Odberatele.Zastupce = Zamestnanci.OsobniCislo

INSERT INTO

Přidání záznamů

INSERT INTO jméno tabulky
(jméno položky, jméno položky, …)
VALUES (hodnota, hodnota, …)

INSERT INTO jméno tabulky
VALUES (hodnota, hodnota, …)

INSERT INTO Zamestnanci 
VALUES (1023, 'Novák Jan', '561220/0235', 'Levá 13, Praha 4', 12000)

DELETE FROM

Mazání záznamů

DELETE FROM jméno tabulky WHERE podmínka

DELETE FROM jméno tabulky

DELETE FROM Zamestnanci WHERE OsobniCislo = 1023;

UPDATE

Modifikace záznamů

UPDATE jméno tabulky
SET jméno položky = hodnota položky,
    jméno položky = hodnota položky,
    ...
    jméno položky = hodnota položky
WHERE podmínka

UPDATE Zamestnanci
SET Jmeno = 'Procházková Alena'
WHERE OsobniCislo = 1168;

CREATE TABLE

Vytvoření tabulky

CREATE TABLE název tabulky (
název položky typ,
název položky typ,
název položky typ,
název položky typ,
…)

CREATE TABLE Zamestnanci (
    OsobniCislo int NOT NULL PRIMARY KEY,
    Jmeno       varchar(40),
    RC          char(11),
    Adresa      varchar(60),
    Plat        decimal(10,2))

CREATE TABLE Proj_Zam (
    ID_Projektu char(6) NOT NULL,
    OsobniCislo int NOT NULL,
    PRIMARY KEY (ID_Projektu, OsobniCislo))

Využití databáze ve skriptových prostředích

Základní princip

vytvoření připojení k databázi
zaslání SQL příkazu k provedení
zpracování výsledku
odpojení od databáze

Příklad práce s databází v PHP

<?php

try 
{
  // připojení k databázi
  $db = new PDO("mysql:host=localhost;dbname=test", "jméno", "heslo");

  // zaslání dotazu a čtení výsledku
  foreach ($db->query("SELECT * FROM Zamestnanci ORDER BY Jmeno") as $radka)
  {
    // zpracování jednotlivých řádek výsledku
    echo $radka["OsobniCislo"], " ", $radka["Jmeno"], "<br>\n";
  }
}
catch (PDOException $e)
{
  // obsluha případné chyby při práci s databází
  echo "Při práci s databází došlo k chybě: " . $e->getMessage();
}

?>

Další možnosti přístupu k datům

ORM (Object-Relational Mapping)

aplikace nepracuje přímo s databází, ale používá se mezivrstva, která zajišťuje transparentní mapování a perzistenci objektů v paměti na data v databázi
programátor pracuje s objekty, nepíše přímo SQL kód
jednodušší vývoj, menší riziko chyby a překlepu v SQL kódu
v mezních případech může automatické mapování generovat pomalé dotazy a je nutný ruční zásah
příklady: Doctrine (PHP), Hibernate (Java)

Další možnosti přístupu k datům

GraphQL

dotazovací jazyk a runtime určený zejména pro API
GraphQL umožňuje popsat data dostupná přes API a dotaz pak automaticky vybere a vrátí jen potřebná data v požadované struktuře
není tak dopředu potřeba vymýšlet a optimilizovat API na všechny druhy dotazů, které bude potřeba provádět
implementace GraphQL existují pro různá úložiště, velmi často operují nad klasickou relační databází

Alternativní úložiště dat

„NoSQL“ databáze

typicky jednoduché úložiště klíč/hodnota
hodnota může obsahovat cokoliv, například strukrovaný datový záznam zapsaný pomocí JSON
dotazy je potřeba „dělat ručně“, protože NoSQL nepodporuje dotazovací jazyk, spojení tabulek, …
díky jednoduchosti oproti SQL-databázím teoreticky umožňuje lepší škálovatelnost
kromě samostatných produktů tento přístup často používají cloudová úložiště (Amazon S3, Google Storage, …)

XML databáze

relační datový model je umělý, datový model XML je v mnoha případech mnohem bližší modelované realitě
do databáze se ukládají jednotlivé XML dokumenty – např. stránky v CMS, faktury, objednávky, …
k dispozici jsou speciální dotazovací jazyky pro XML – XQuery, XPath, …
hodí se pro aplikace, které pracují se silně strukturovanými daty, pro které se nehodí relační datový model

Objektové databáze

databáze rovnou ukládá objekty, se kterými pracuje aplikace
technologie se nikdy příliš nerozšířila

RDF databáze

sémantický web – databáze ukládá přímo logické výroky
existují speciální dotazovací jazyky – SPARQL
pro produkční nasazení „v internetovém měřítku“ zatím spíše nevyspělá technologie

Problémy

Zvyšování výkonu webových databázových aplikací

perzistentní spojení (connection pooling)
- pozor, může dojít k překročení limitu spojení do databáze
použití databází optimalizovaných na čtení – portály
vyrovnávací paměť (cache) – v případě potřeby předgenerovat co se dá do souborů nebo sdílené paměti
v žádném případě nepoužívat MS Access a podobné „rádoby“ databáze

Řešení simultánního přístupu k datům

nelze použít klasické zamykání záznamů, protože prohlížeč (klient) se po každém požadavku odpojí
problém se řeší jinak
- vítězí, kdo přišel první
  - zamknutí záznamu s identifikací uživatele a časovým limitem
  - vhodné pro systémy, kde je možnost kolize vysoká
- vítězí, kdo první provede změnu
  - kontrola změny dat před jejich konečnou modifikací
  - jednodušší na implementaci
  - vhodné pouze pro případy, kdy je pravděpodobnost kolizí malá

Použití databází na Webu

4IZ278 – Webové aplikace

Co nás čeká

Architektura webových databázových aplikací

K čemu se používají databázové aplikace na Webu

Databázové servery

Pár základních pojmů

Protokoly pro komunikaci s db serverem

Relační model dat

Základy

Vztahy

SQL

Úvod

SELECT

Výběr dat

SELECT – Příklady

INSERT INTO

Přidání záznamů

DELETE FROM

Mazání záznamů

UPDATE

Modifikace záznamů

CREATE TABLE

Vytvoření tabulky

Využití databáze ve skriptových prostředích

Základní princip

Příklad práce s databází v PHP

Další možnosti přístupu k datům

ORM (Object-Relational Mapping)

Další možnosti přístupu k datům

GraphQL

Alternativní úložiště dat

„NoSQL“ databáze

XML databáze

Objektové databáze

RDF databáze

Problémy

Zvyšování výkonu webových databázových aplikací

Řešení simultánního přístupu k datům

Další zdroje informací

Další zdroje informací