Datenbankzugriff mit Java

Bislang haben wir Datenbanken aus einer sehr technischen Sicht betrachtet: Mit phpmyadmin konnten wir SQL-Befehle ausführen, um MySQL/MariaDB Datenbanken abzufragen, Tabellen zu erstellen oder Daten zu verändern.

Dazu war die Kenntnis von SQL unerlässlich. Die meisten Anwendungen, die auf Datenbanken operieren sind jedoch für Endanwender ohne detaillierte Kenntnisse von SQL gedacht - diese sollen sich um SQL-Statements keine Gedanken machen, sondern in einer verständlichen Benutzeroberfläche mit der Datenbank interagieren.

Viele Programmiersprachen bieten Bibliotheken an, mit Hilfe derer man auf Datenbanken zugreifen kann. Damit wird das Programm von der Datenbank abstrahiert - es spielt keine Rolle, welches Datenbankmanagementsystem zum Einsatz kommt, man muss lediglich mit Hilfe der passenden Bibliothek eine Vebindung zum DBMS herstellen und kann dann aus dem Programm heraus Abfragen auf der Datenbank ausführen.

Java verwendet hier JDBC ("Java Database Connectivity"), für JDBC gibt es Treiber für alle gängigen DMBS. Wir verwenden zunächst SQlite als DMBS, da man dafür keinen gesonderten Datenbankserver benötigt - die Datenbanken liegen bei SQLite einfach als Dateien vor.

Im ersten Beispiel werden wir ohne grafische Benutzerschnittstelle (GUI) auf eine SQLite Datenbank zugreifen, um uns zunächst auf die Datenbankfunktionalität zu konzentrieren.

Du findest das BlueJ-Projekt auf Codeberg. Klone das Projekt mit git - du benötigst später auch die anderen Branches. git clone https://codeberg.org/info-bw-wiki/bluej-db-adressen. Öffne es mit BlueJ.

Das Beispiel bringt eine SQLite Datenbank schueler.db mit.

Untersuche die Datenbank, indem du die Datei mit dem DB Browser for SQLite öffnest. Notiere für die Schülerdatenbank die Namen der Tabelle(n) sowie Namen und Typen der Attribute.

Lösung

Die Bibliotheken für den Datenbankzugriff befinden sich im Unterverzeichnis +libs des BlueJ Projekts. Es sind die Bibliotheken für mysql und sqlite im Projekt dabei: mysql-connector-java-8.0.29.jar und sqlite-jdbc-3.49.1.0.jar.

Der Ordner +libs' ist bei PlueJ Projekten automatisch im Suchpfad für Bibliotheksfunktionen - um auf SQL Datenbanken zuzugreifen kann man am Beginn der Java-Klassendatei die nötigen Bibliotheken importieren und diese werden dann gefunden:

import java.sql.Connection;
import java.sql.DriverManager;
import java.sql.Statement;
import java.sql.ResultSet;
import java.sql.SQLException;

Das sieht so ähnlich aus, wie wenn wir Array-Lists verwenden wollen, nur dass die Bibliothektsfunktionen für SQL eben nicht (wie ArrayList) mit Java "mitgeliefert" werden, sondern gesondert in +libs zur Verfügung gestellt werden.

Der gesamte Code sieht so aus:

import java.sql.Connection;
import java.sql.DriverManager;
import java.sql.Statement;
import java.sql.ResultSet;
import java.sql.SQLException;
 
public class Adressen
{
    Connection DBConnection;
    public Adressen()
    {
        System.out.print('\u000C');
        String uri = "jdbc:sqlite:schueler.db";
        connect(uri);
 
        try {
            Statement statement = DBConnection.createStatement();
            ResultSet result = statement.executeQuery("SELECT * FROM schueler");
            while(result.next()) {
                String nachname = result.getString("SNachname");
                String vorname = result.getString("SVorname");
                System.out.print(String.format("%-12s", nachname) + "\t");
                System.out.print(String.format("%-12s", vorname) + "\t");
                System.out.println();
            }
        } catch (SQLException e) {
            System.out.println(e.getMessage());
 
        }
 
    }
 
    public void connect(String DBUri) {
        try {
            DBConnection = DriverManager.getConnection(DBUri);
            System.out.println("Verbindung mit " + DBUri + " erfolgreich hergestellt");
 
        } catch (SQLException e) {
            System.out.println(e.getMessage());
        }
    }
}

Alle Datenbankoperationen müssen in try-catch-Blöcken ausgeführt werden. Das ist ein Mechanismus zur Fehlerbehandlung, im Code kann man gut erkennen, was dabei passiert. Zunächst wird im try-Block die gewünschte Operation programmiert. Wenn diese fehlerfrei dürchgeführt wird, wird der catch-Block übersprungen. Tritt jedoch bei den Operationen im try-Block ein Fehler auf, etwas weil das SQL-Statement fehlerhaft ist, eine Datenbank oder Tabelle nicht existiert o.ä. wird der catch-Block ausgeführt. Im einfachsten Fall, so wie hier, wird einfach der Fehler ausgegeben.

Compiliere das Programm und erzeuge eine Instanz der Klasse Adresse. Mach dir klar, was auf der Java Konsole ausgegeben wird. Informiere dich selbst über die String.format() Methoden und mach dir klar, was sie in unserem Beispiel machen, einen Einstieg findest du hier.

baue Fehler ein und teste, wie sich das Programm verhält:

• Ändere den Dateiverweis jdbc:sqlite:schueler.db, der auf die Datenbank schuler.db zeigt so ab, dass die Datei nicht existiert - an welcher Stelle des Ablaufs tritt ein Fehler auf?
• Baue Fehler in die SQL-Abfrage in Zeile 18 ein
• Probiere weitere Fehler aus.

Der Zugriff auf die Datenbank erfolgt in mehreren Schritten:

• Datenbankverbindung herstellen
• Auf dieser Verbindung ein Statement oder ein Prepared Statement instanziieren
• Mit Hilfe des Statements kann eine SQL Abfrage an die Datenbank gesendet werden
• Das Ergebnis ist vom Typ ResultSet und kann mit Hilfe eines Iterators verarbeitet werden.

• Die Klasse hat ein Attribut DBConnection. In der NMethode connect(String DBUri) wird versucht, eine Vebindung zu der in der Variablen DBUri übergebenen Datenbank herzustellen. Wenn das gelingt, ist der erste Schritt abgeschlossen, über DBConnection besteht jetzt eine Verbindung zur Datenbank.
• Unter Verwendung dieser Verbindung kann jetzt ein Objekt des Typs Statement erzeugt werden:

Statement statement = DBConnection.createStatement();

• Auf diesem Statement-Object kann jetzt eine Abfrage ausgeführt werden, wobei das Ergebnis vom Typ ResultSet ist:

ResultSet result = statement.executeQuery("SELECT * FROM schueler");

• Über die Elemente des ResultSets kann mit einem Iterator iteriert werden, das entspricht in etwa einem "foreach" für die Zeilen des Abfrageergebnisses:

while(result.next()) {
 
}

• Der Zugriff auf die Spalten eines Ergebnis-Datensatzes kann entweder über den Feldnamen oder die laufende Nummer¹⁾ erfolgen:

String nachname = result.getString("SNachname");
Integer klasse = result.getInt("SKlasse");

Einen Überblick über die Methoden findest du in der Java-Dokumentation: https://docs.oracle.com/en/java/javase/11/docs/api/java.sql/java/sql/ResultSet.html

Ergänze das Programm so, dass außer Nach- und Vorname der Schülerinnen auch die Klasse abgefragt und ausgegeben wird. Verwende für die Abfrage der Klasse als Java-Variablentyp Integer und als Methode result.getInt(…). Gib zwei weitere Spalten aus, einmal die Klasse in diesem Schuljahr und um eins erhöht die Klasse des kommenden Schuljahrs.

Lösungsvorschlag

[....]
while(result.next()) {
                String nachname = result.getString("SNachname");
                String vorname = result.getString("SVorname");
                Integer klasse = result.getInt("SKlasse");
                System.out.print(String.format("%-12s", nachname) + "\t");
                System.out.print(String.format("%-12s", vorname) + "\t");
                System.out.print(klasse + "\t");
                System.out.print(klasse + 1 + "\t");
                System.out.println();
            }
[....]

Ändere den Code aus Aufgabe 3 so ab, dass du die KLasse in eine Java-Variable des Typs String ausliest und dazu die Methode result-getString(…) verwendest, lass den restlichen Code unverändert. Was fällt dir auf?

Lösungshinweis

Was passiert, wenn du versuchst, den Vor oder Nachnamen in eine Java-Variable des Typs Integer auszulesen?

Lösungshinweis