Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тверской государственный университет» Факультет прикладной математики и кибернетики В.Л. Волушкова Архитектурные решения Java для доступа к данным Учебное пособие ТВЕРЬ 2019 -018.1 Б68 Волушкова В.Л. Б68 Архитектурные решения java для доступа к данным: учеб. пособие. – Тверь: Твер. гос. ун-т, 2019. – 137 с. Рассматриваются технологии программирования на примере языка java. Многие программисты решают идентичные задачи и находят похожие решения. Для того, чтобы не создавать проблем при проектировании, можно воспользоваться уже готовыми решениями – фреймворками и шаблонами проектирования. В книге приведены описание и примеры использования фреймворка Spring для реализации доступа к данным. Книга предназначена для магистров направления « Прикладная математика и информатика», изучающих курс «Технологии разработки программного обеспечения». Книга может быть полезна для тех, кто впервые столкнулся с трудностями проектирования корпоративных приложений. -018.1 © Волушкова В.Л., 2019 © Тверской государственный университет, 2019 Оглавление Введение ......................................................................................................... 5 Паттерн стратегия ................................................................................ 7 Задания к гл.1 ........................................................................................... 13 Паттерн IоC (Inversion of Control) .................................................... 14 Задания к гл.2 ........................................................................................... 22 Многоуровневая архитектура приложения ..................................... 24 Задания к гл.3 ........................................................................................... 27 Паттерн DAO (data access object)...................................................... 28 Задания к гл.4 ........................................................................................... 36 Паттерны доступа к данным (Data Source Architectural patterns) .. 37 5.1 Table Data Gateway ............................................................................ 37 5.2 Row Data Gateway .............................................................................. 37 5.3 Active Recorg ...................................................................................... 40 5.4 Data Maper .......................................................................................... 40 5.5 Фреймворки для доступа к данным ................................................. 41 Задания к гл. 5 .......................................................................................... 44 Доступ к данным с использованием Hibernate и Spring ................. 45 6.1 Spring JDBC Template ........................................................................ 45 6.2 Доступ к данным с Hibernate ............................................................ 53 6.3 Комбинация Spring Hibernate ........................................................... 60 6.4 Spring Data JPA .................................................................................. 64 6.5 Spring Data JPA vs Spring JDBC. ...................................................... 70 Задания к гл. 6 .......................................................................................... 70 Сервлеты и JSP ................................................................................... 71 7.1 Web server ........................................................................................... 71 7.2 Контейнер сервлетов ......................................................................... 72 7.3 Сервер приложений ........................................................................... 72 7.4 Сервлеты ............................................................................................. 73 7.5 Java server page JSP. ........................................................................... 76 7.6 Простые примеры с использованием сервлетов и JSP .................. 76 Задания к гл. 7 .......................................................................................... 82 Spring MVC ......................................................................................... 83 8.1 Spring MVC Hello Word .................................................................... 84 8.2 RestServicies........................................................................................ 91 8.3 Spring MVC с доступом к БД derby ................................................. 95 Задания к гл. 8 ........................................................................................ 109 Spring boot ......................................................................................... 109 9.1 Spring MVC Hello Word .................................................................. 109 9.2 Создание CRUD приожения для БД Postgres .............................. 112 Задания к гл. 9 ........................................................................................ 124 Заключение ................................................................................................ 126 Литература ................................................................................................. 127 Приложение 1. Глоссарий ........................................................................ 128 Приложение 2. Информация о стандартном ПО проектов. .................. 130 2.1 Некоторые сведения о Tomcat ...................................................... 130 2.2 О запуске приложений с доступом к derby. ................................ 131 Приложение 3. Проекты на bitbucket.org ................................................ 132 Приложение 4. UML диаграммы классов ............................................... 134 Введение Данное учебное пособие не претендует на полное освещение технологий java для доступа к данным. Под технологиями в данном случае имеется в виду комбинация паттернов проектирования и фреймворков. Целью работы является демонстрация применения технологий для тех, кто впервые столкнулся с проблемами доступа к данным из java-приложений. В книге описаны паттерны доступа к данным, на которых построены фреймворки, применяемые для создания корпоративных приложений. Паттерн - это архитектурная конструкция, помогающая описать и решить некую задачу проектирования. Ко времени представления паттернов разработка программного обеспечения (ПО) стала индустриальной задачей. Многие программисты понимали, что не стоит изобретать велосипед при создании нового ПО. Использование паттернов часто помогает решить эту задачу и бывает полезным, как отдельному разработчику, так и целой команде. Кэнт Бэк Вард Каннингем представили первые шаблоны проектирования для языка Smalltalk в 1987 г. Э. Гамма, Р. Хелм, Р. Джонсон и Дж. Влиссидес опубликовали книгу «Приемы объектно– ориентированного проектирования. Паттерны проектирования» [1], в которой были представлены 23 шаблона, которые стали сейчас основными. Эта книга и многие другие издания, посвященные шаблонам проектирования, рассчитаны на разработчиков программ, имеющих опыт программирования. Существует необходимость в изданиях, рассматривающих паттрны проектирования, которые будут по силам неопытным пользователям. Одной из таких книг является книга Э. Фримен, Э. Фримен, К. Сьерра, Б. Бейтс «Паттерны проектирования» [2]. Можно рассмотреть также предыдущую книгу автора «Технологии программирования. Введение в паттерны проектирования java» [3], в которой автор попытался соединить простое изложение шаблонов проектирования, присущее книге [2] с описанием конкретного применения этих шаблонов на практическом примере. Что такое фреймворк (framework)? Словарное определение фреймворка — «необходимая несущая конструкция». Фреймворки регулируют абстрактные вещи, такие как организация кода и уменьшение сложности кода. Корпоративные приложения создаются командами программистов, в которых могут быть как хорошие, так и плохие программисты. Нужна некоторая парадигма, которая не позволит плохим программистам нанести слишком большой ущерб. Обезопасить разработку от такого ущерба не могут объектно-ориентированное программирование, шаблоны программирования. Существует мнение, что хороший код может быть написан только с использованием сильного фреймворка [4]. В пособии рассматриваются фреймворки Spring и Hibernate, как наиболее часто используемые. Эти фреймвоки работают с сервером приложений, который уменьшает сложность разработки. С этим сервером программисту нет необходимости знать, какая БД используется, по какому протоколу к серверному приложению обращаются пользователи, думать, где продакшен сервер, а где сервер разработчика. Программист просто занят бизнес логикой. Но, это только если все заранее настроено, и работает как часы. В команде разработчиков, более опытные программисты настраивают сервер приложений, а менее опытные вообще не знают, что там происходит. В данном пособии как раз и рассматривается то, что происходит на сервере приложений при использовании Spring framework и Hibernate. Сначала мы рассмотрим паттерны проектирования, использующиеся в этих фреймворках, а затем сами фреймворки. Вы увидите, что Spring Framework это не боль и мучительное преодоление web.xml, persistence.xml, beans.xml, а сборка приложения как карточного домика по кусочкам, что является достаточно быстрым и комфортным процессом. 1. Паттерн стратегия Для знакомства с паттернами, выберем для обсуждения наиболее употребляемый паттерн, например, паттерн «стратегия». Это паттерн поведения объектов, инкапсулирующий отдельные алгоритмы. Попробуем разобраться в старом вопросе - что лучше отношение «содержит» или отношение «является». Иными словами - что применять наследование или композицию. Разберемся в терминологии. Если между объектами существует отношение «является», то каждый объект подкласса является объектом суперкласса. В языке java объектные переменные являются полиморфными, т.е. объект подкласса можно присвоить переменной суперкласса. Автоматический замещение (перегрузка) метода суперкласса методом подкласса во время выполнения программы называется динамическим связыванием (аналог – виртуальный метод с++). Рассмотрим пример с использованием полиморфизма. Допустим, имеется класс список. Каждый узел есть экземпляр вложенного класса Node. Необходимо создать класс стек и очередь, используя класс список. Первое решение – использовать наследование, т.е. отношение «является». Классы «стек» и «очередь» отличаются только методом «добавить элемент» при условии, что извлекается элемент всегда из головы списка. Правила построения UML-диаграмм приведены в приложение 4. UML-диагрмма такого решения показана на рис.1. Рисунок 1. UML-диаграмма, реализующая отношение "является" MyList public class MyList { class Node { E item; Node next; public Node() { public Node(E item, Node next) { this.item = item; this.next = next; Node head; Node tail; public MyList() { head = null; tail = null; public void addBegin(E item) { Node h = new Node<>(item, null); if (head == null) tail = head=h; else { h.next = head; head = h; public void addEnd(E item) { Node h = new Node<>(item, null); if (head == null) tail = head = h; else { tail.next = h; tail = h; public E getItemBegin(){ if(head==null)return null; else return head.item; public E pop(){ if(head==null)return null; else { E h = head.item; head = head.next; return h; public void push(E item){ addEnd(item); public boolean isEmpty(){ return (head==null)? true: false; @Override public String toString() { String s = ""; for(Node h = head; h!=null; h = h.next){ s+=" "+ h.item; return s; В приведенном примере класс MyList работает как «очередь», т.к. метод push добавляет элемент списка в конец. В классе «стек» элемент добавляется в начало списка. Queue и Stack public class Queue extends MyList { public class Stack extends MyList { public void push(E item) { super.addBegin(item); В методе main создадим экземпляр класса «стек» и проверим его работу. Добавим целые числа от 0 до 9 в стек, а затем извлечем их. Фрагмент main MyList list = new Stack<>(); for (int i = 0; i < 10; i++) list.push(i); System.out.println(list); while(!list.isEmpty()){ list.pop(); System.out.println(list); Результат работы получится следующим. Результат В первой строчке выводятся, начиная с головы списка, все элементы, попавшие в стек. Далее из стека извлекается по одному элементу и выводится содержимое стека, до тех пор, пока содержимое стека не закончится. Результат работы соответствует принципу LIFO (last in — first out, «последним пришёл — первым вышел»). Выполним тоже самое с очередью, предварительно создав экземпляр класса Queue. MyList list = new Queue<>(); В силу полиморфизма переменной типа MyList можно присваивать объекты типа Stack и Queue. Результаты работы выше приведенной программы будет соответствовать принципу работы FIFO (first in— first out, «первым пришёл — первым вышел»). Результат В приведенном примере нельзя динамически изменить объект list с очереди на стек и наоборот. Обязательно надо создавать новый объект. Рассмотрим пример, в котором отношение между списком, очередью и стеком будет отношением «содержит». UML- диаграмма такого отношения показана на рис 2. Рисунок 2. UML- диаграмма, реализующая отношения "содержит"