App Java per connettersi ed eseguire comandi SQL in Azure Cosmos DB for PostgreSQL

Articolo
08/15/2024

SI APPLICA A: Azure Cosmos DB for PostgreSQL (con tecnologia basata su estensione di database Citus per PostgreSQL)

Questa guida di avvio rapido illustra come usare il codice Java per connettersi a un cluster e usare istruzioni SQL per creare una tabella. Si inseriranno dati su cui eseguire query per poi aggiornarli ed eliminarli nel database. I passaggi descritti in questo articolo presuppongono che si abbia familiarità con lo sviluppo Java e JDBC, ma non con Azure Cosmos DB for PostgreSQL.

Configurare il progetto Java e la connessione

Creare un nuovo progetto Java e un file di configurazione per connettersi ad Azure Cosmos DB for PostgreSQL.

Creare un nuovo progetto Java

Usando l'ambiente di sviluppo integrato (IDE) preferito, creare un nuovo progetto Java con groupId test e artifactId crud. Nella directory radice del progetto aggiungere un file pom.xml con il contenuto seguente. Questo file configura Apache Maven per l'uso di Java 8 e di un driver PostgreSQL recente per Java.

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>

<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
  <modelVersion>4.0.0</modelVersion>

  <groupId>test</groupId>
  <artifactId>crud</artifactId>
  <version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
  <packaging>jar</packaging>

  <name>crud</name>
  <url>http://www.example.com</url>

  <properties>
    <project.build.sourceEncoding>UTF-8</project.build.sourceEncoding>
    <maven.compiler.source>1.8</maven.compiler.source>
    <maven.compiler.target>1.8</maven.compiler.target>
  </properties>

  <dependencies>
    <dependency>
      <groupId>org.junit.jupiter</groupId>
      <artifactId>junit-jupiter-engine</artifactId>
      <version>5.7.1</version>
      <scope>test</scope>
    </dependency>
    <dependency>
      <groupId>org.postgresql</groupId>
      <artifactId>postgresql</artifactId>
      <version>42.2.12</version>
    </dependency>
    <!-- https://mvnrepository.com/artifact/com.zaxxer/HikariCP -->
    <dependency>
      <groupId>com.zaxxer</groupId>
      <artifactId>HikariCP</artifactId>
      <version>5.0.0</version>
    </dependency>
    <dependency>
      <groupId>org.junit.jupiter</groupId>
      <artifactId>junit-jupiter-params</artifactId>
      <version>5.7.1</version>
      <scope>test</scope>
    </dependency>
  </dependencies>

  <build>
    <plugins>
      <plugin>
        <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
        <artifactId>maven-surefire-plugin</artifactId>
        <version>3.0.0-M5</version>
      </plugin>
    </plugins>
  </build>
</project>

Configurare la connessione al database

In src/main/resources/ creare un file application.properties con il contenuto seguente. Sostituire <il cluster> con il nome del cluster e sostituire <la password> con la password amministrativa o il token ID Microsoft Entra.

driver.class.name=org.postgresql.Driver
db.url=jdbc:postgresql://c-<cluster>.<uniqueID>.postgres.cosmos.azure.com:5432/citus?ssl=true&sslmode=require
db.username=citus
db.password=<password>

La stringa ?ssl=true&sslmode=require nella proprietà db.url indica al driver JDBC di usare Transport Layer Security (TLS) per la connessione al database. È obbligatorio usare TLS con Azure Cosmos DB for PostgreSQL ed è una valida procedura di sicurezza.

Creare tabelle

Configurare uno schema del database con tabelle distribuite. Connettersi al database per creare lo schema e le tabelle.

Generare lo schema del database

In src/main/resources/ creare un file schema.sql con il contenuto seguente:

DROP TABLE IF EXISTS public.pharmacy;
CREATE TABLE  public.pharmacy(pharmacy_id integer,pharmacy_name text ,city text ,state text ,zip_code integer);
CREATE INDEX idx_pharmacy_id ON public.pharmacy(pharmacy_id);

Distribuire le tabelle

Azure Cosmos DB for PostgreSQL offre la super potenza di distribuzione delle tabelle tra più nodi per la scalabilità. Il comando seguente consente di distribuire una tabella. Per altre informazioni su create_distributed_table e sulla colonna di distribuzione, vedere qui.

Nota

La distribuzione delle tabelle consente di aumentare le dimensioni in tutti i nodi di lavoro aggiunti al cluster.

Per distribuire le tabelle, aggiungere la riga seguente al file schema.sql creato nella sezione precedente.

select create_distributed_table('public.pharmacy','pharmacy_id');

Connettersi al database per creare lo schema

Aggiungere quindi il codice Java che usa JDBC per archiviare e recuperare i dati dal cluster. Il codice usa i file application.properties e schema.sql per connettersi al cluster e creare lo schema.

Creare un file DButil.java con il codice seguente, che contiene la classe DButil. La classe DBUtil configura un pool di connessioni a PostgreSQL usando HikariCP. Usare questa classe per connettersi a PostgreSQL e avviare l'esecuzione di query.

Suggerimento

Il codice di esempio seguente usa un pool di connessioni per creare e gestire le connessioni a PostgreSQL. Il pool di connessioni sul lato applicazione è fortemente consigliato perché:

Garantisce che l'applicazione non generi troppe connessioni al database e quindi eviti di superare i limiti di connessione.
Può contribuire a migliorare drasticamente le prestazioni, sia in termini di latenza che di velocità effettiva. Il processo del server PostgreSQL deve creare una copia tramite fork per gestire ogni nuova connessione e il riutilizzo di una connessione evita tale sovraccarico.

//DButil.java
package test.crud;

import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.sql.SQLException;
import java.util.Properties;

import javax.sql.DataSource;

import com.zaxxer.hikari.HikariDataSource;

public class DButil {
    private static final String DB_USERNAME = "db.username";
    private static final String DB_PASSWORD = "db.password";
    private static final String DB_URL = "db.url";
    private static final String DB_DRIVER_CLASS = "driver.class.name";
    private static Properties properties =  null;
    private static HikariDataSource datasource;

    static {
        try {
            properties = new Properties();
            properties.load(new FileInputStream("src/main/java/application.properties"));

            datasource = new HikariDataSource();
            datasource.setDriverClassName(properties.getProperty(DB_DRIVER_CLASS ));
            datasource.setJdbcUrl(properties.getProperty(DB_URL));
            datasource.setUsername(properties.getProperty(DB_USERNAME));
            datasource.setPassword(properties.getProperty(DB_PASSWORD));
            datasource.setMinimumIdle(100);
            datasource.setMaximumPoolSize(1000000000);
            datasource.setAutoCommit(true);
            datasource.setLoginTimeout(3);
        } catch (IOException | SQLException  e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    public static DataSource getDataSource() {
        return datasource;
    }
}

In src/main/java/ creare un file DemoApplication.java contenente il codice seguente:

package test.crud;
import java.io.IOException;
import java.sql.*;
import java.util.*;
import java.util.logging.Logger;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream;
import org.postgresql.copy.CopyManager;
import org.postgresql.core.BaseConnection;
import java.io.IOException;
import java.io.Reader;
import java.io.StringReader;

public class DemoApplication {

    private static final Logger log;

    static {
        System.setProperty("java.util.logging.SimpleFormatter.format", "[%4$-7s] %5$s %n");
        log =Logger.getLogger(DemoApplication.class.getName());
    }
    public static void main(String[] args)throws Exception
    {
        log.info("Connecting to the database");
        Connection connection = DButil.getDataSource().getConnection();
        System.out.println("The Connection Object is of Class: " + connection.getClass());
        log.info("Database connection test: " + connection.getCatalog());
        log.info("Creating table");
        log.info("Creating index");
        log.info("distributing table");
        Scanner scanner = new Scanner(DemoApplication.class.getClassLoader().getResourceAsStream("schema.sql"));
        Statement statement = connection.createStatement();
        while (scanner.hasNextLine()) {
            statement.execute(scanner.nextLine());
        }
        log.info("Closing database connection");
        connection.close();
    }

}

Nota

Le credenziali di user e password del database vengono usate durante l'esecuzione di DriverManager.getConnection(properties.getProperty("url"), properties);. Le credenziali vengono archiviate nel file application.properties, che viene passato come argomento.

È ora possibile eseguire questa classe main con lo strumento preferito:
- Usando l'IDE, dovrebbe essere possibile fare clic con il pulsante destro del mouse sulla classe DemoApplication ed eseguirla.
- Con Maven è possibile eseguire l'applicazione eseguendo:
  mvn exec:java -Dexec.mainClass="com.example.demo.DemoApplication".

L'applicazione dovrà connettersi ad Azure Cosmos DB for PostgreSQL, creare uno schema del database e quindi chiudere la connessione, come si vedrà nei log della console:

[INFO   ] Loading application properties
[INFO   ] Connecting to the database
[INFO   ] Database connection test: citus
[INFO   ] Create database schema
[INFO   ] Closing database connection

Creare una classe di dominio

Creare una nuova classe Java Pharmacy accanto alla classe DemoApplication e aggiungere il codice seguente:

public class Pharmacy {
    private Integer pharmacy_id;
    private String pharmacy_name;
    private String city;
    private String state;
    private Integer zip_code;
    public Pharmacy() { }
    public Pharmacy(Integer pharmacy_id, String pharmacy_name, String city,String state,Integer zip_code)
    {
        this.pharmacy_id = pharmacy_id;
        this.pharmacy_name = pharmacy_name;
        this.city = city;
        this.state = state;
        this.zip_code = zip_code;
    }

    public Integer getpharmacy_id() {
        return pharmacy_id;
    }

    public void setpharmacy_id(Integer pharmacy_id) {
        this.pharmacy_id = pharmacy_id;
    }

    public String getpharmacy_name() {
        return pharmacy_name;
    }

    public void setpharmacy_name(String pharmacy_name) {
        this.pharmacy_name = pharmacy_name;
    }

    public String getcity() {
        return city;
    }

    public void setcity(String city) {
        this.city = city;
    }

    public String getstate() {
        return state;
    }

    public void setstate(String state) {
        this.state = state;
    }

    public Integer getzip_code() {
        return zip_code;
    }

    public void setzip_code(Integer zip_code) {
        this.zip_code = zip_code;
    }
    @Override
    public String toString() {
        return "TPharmacy{" +
               "pharmacy_id=" + pharmacy_id +
               ", pharmacy_name='" + pharmacy_name + '\'' +
               ", city='" + city + '\'' +
               ", state='" + state + '\'' +
               ", zip_code='" + zip_code + '\'' +
               '}';
    }
}

Questa classe è un modello di dominio mappato alla tabella Pharmacy creata durante l'esecuzione dello script schema.sql.

Inserire i dati

Nel file DemoApplication.java, dopo il metodo main, aggiungere il metodo seguente che usa l'istruzione SQL INSERT INTO per inserire i dati nel database:

private static void insertData(Pharmacy todo, Connection connection) throws SQLException {
    log.info("Insert data");
    PreparedStatement insertStatement = connection
        .prepareStatement("INSERT INTO pharmacy (pharmacy_id,pharmacy_name,city,state,zip_code)  VALUES (?, ?, ?, ?, ?);");

    insertStatement.setInt(1, todo.getpharmacy_id());
    insertStatement.setString(2, todo.getpharmacy_name());
    insertStatement.setString(3, todo.getcity());
    insertStatement.setString(4, todo.getstate());
    insertStatement.setInt(5, todo.getzip_code());

    insertStatement.executeUpdate();
}

Aggiungere le due righe seguenti nel metodo main:

Pharmacy todo = new Pharmacy(0,"Target","Sunnyvale","California",94001);
insertData(todo, connection);

Se si esegue la classe main, si dovrebbe ottenere l'output seguente:

[INFO   ] Loading application properties
[INFO   ] Connecting to the database
[INFO   ] Database connection test: citus
[INFO   ] Creating table
[INFO   ] Creating index
[INFO   ] distributing table
[INFO   ] Insert data
[INFO   ] Closing database connection

Leggere i dati

Leggere i dati inseriti in precedenza e verificare che il codice funzioni correttamente.

Nel file DemoApplication.java, dopo il metodo insertData, aggiungere il metodo seguente che usa l'istruzione SQL SELECT per leggere i dati dal database:

private static Pharmacy readData(Connection connection) throws SQLException {
    log.info("Read data");
    PreparedStatement readStatement = connection.prepareStatement("SELECT * FROM Pharmacy;");
    ResultSet resultSet = readStatement.executeQuery();
    if (!resultSet.next()) {
        log.info("There is no data in the database!");
        return null;
    }
    Pharmacy todo = new Pharmacy();
    todo.setpharmacy_id(resultSet.getInt("pharmacy_id"));
    todo.setpharmacy_name(resultSet.getString("pharmacy_name"));
    todo.setcity(resultSet.getString("city"));
    todo.setstate(resultSet.getString("state"));
    todo.setzip_code(resultSet.getInt("zip_code"));
    log.info("Data read from the database: " + todo.toString());
    return todo;
}

Aggiungere la riga seguente nel metodo main:

todo = readData(connection);

Se si esegue la classe main, si dovrebbe ottenere l'output seguente:

[INFO   ] Loading application properties
[INFO   ] Connecting to the database
[INFO   ] Database connection test: citus
[INFO   ] Creating table
[INFO   ] Creating index
[INFO   ] distributing table
[INFO   ] Insert data
[INFO   ] Read data
[INFO   ] Data read from the database: Pharmacy{pharmacy_id=0, pharmacy_name='Target', city='Sunnyvale', state='California', zip_code='94001'}
[INFO   ] Closing database connection

Aggiornamento dei dati

Aggiornare i dati inseriti in precedenza.

Sempre nel file DemoApplication.java, dopo il metodo readData, aggiungere il metodo seguente per aggiornare i dati all'interno del database usando l'istruzione SQL UPDATE:

private static void updateData(Pharmacy todo, Connection connection) throws SQLException {
    log.info("Update data");
    PreparedStatement updateStatement = connection
        .prepareStatement("UPDATE pharmacy SET city = ? WHERE pharmacy_id = ?;");

    updateStatement.setString(1, todo.getcity());

    updateStatement.setInt(2, todo.getpharmacy_id());
    updateStatement.executeUpdate();
    readData(connection);
}

Aggiungere le due righe seguenti nel metodo main:

todo.setcity("Guntur");
updateData(todo, connection);

Se si esegue la classe main, si dovrebbe ottenere l'output seguente:

[INFO   ] Loading application properties
[INFO   ] Connecting to the database
[INFO   ] Database connection test: citus
[INFO   ] Creating table
[INFO   ] Creating index
[INFO   ] distributing table
[INFO   ] Insert data
[INFO   ] Read data
[INFO   ] Data read from the database: Pharmacy{pharmacy_id=0, pharmacy_name='Target', city='Sunnyvale', state='California', zip_code='94001'}
[INFO   ] Update data
[INFO   ] Read data
[INFO   ] Data read from the database: Pharmacy{pharmacy_id=0, pharmacy_name='Target', city='Guntur', state='California', zip_code='94001'}
[INFO   ] Closing database connection

Eliminare dati

Infine, eliminare i dati inseriti in precedenza. Sempre nel file DemoApplication.java, dopo il metodo updateData, aggiungere il metodo seguente per eliminare i dati all'interno del database usando l'istruzione SQL DELETE:

private static void deleteData(Pharmacy todo, Connection connection) throws SQLException {
    log.info("Delete data");
    PreparedStatement deleteStatement = connection.prepareStatement("DELETE FROM pharmacy WHERE pharmacy_id = ?;");
    deleteStatement.setLong(1, todo.getpharmacy_id());
    deleteStatement.executeUpdate();
    readData(connection);
}

È ora possibile aggiungere la riga seguente nel metodo main:

deleteData(todo, connection);

Se si esegue la classe main, si dovrebbe ottenere l'output seguente:

[INFO   ] Loading application properties
[INFO   ] Connecting to the database
[INFO   ] Database connection test: citus
[INFO   ] Creating table
[INFO   ] Creating index
[INFO   ] distributing table
[INFO   ] Insert data
[INFO   ] Read data
[INFO   ] Data read from the database: Pharmacy{pharmacy_id=0, pharmacy_name='Target', city='Sunnyvale', state='California', zip_code='94001'}
[INFO   ] Update data
[INFO   ] Read data
[INFO   ] Data read from the database: Pharmacy{pharmacy_id=0, pharmacy_name='Target', city='Guntur', state='California', zip_code='94001'}
[INFO   ] Delete data
[INFO   ] Read data
[INFO   ] There is no data in the database!
[INFO   ] Closing database connection

Comando COPY per l'inserimento rapido

Il comando COPY può produrre una velocità effettiva elevata durante l'inserimento di dati in Azure Cosmos DB for PostgreSQL. Il comando COPY può inserire dati in file o da micro batch di dati in memoria per l'inserimento in tempo reale.

Comando COPY per caricare dati da un file

Il codice seguente copia i dati da un file CSV a una tabella del database. L'esempio di codice richiede il file pharmacies.csv.

public static long
copyFromFile(Connection connection, String filePath, String tableName)
throws SQLException, IOException {
    long count = 0;
    FileInputStream fileInputStream = null;

    try {
        Connection unwrap = connection.unwrap(Connection.class);
        BaseConnection  connSec = (BaseConnection) unwrap;

        CopyManager copyManager = new CopyManager((BaseConnection) connSec);
        fileInputStream = new FileInputStream(filePath);
        count = copyManager.copyIn("COPY " + tableName + " FROM STDIN delimiter ',' csv", fileInputStream);
    } finally {
        if (fileInputStream != null) {
            try {
                fileInputStream.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    return count;
}

È ora possibile aggiungere la riga seguente nel metodo main:

int c = (int) copyFromFile(connection,"C:\\Users\\pharmacies.csv", "pharmacy");
log.info("Copied "+ c +" rows using COPY command");

Se si esegue la classe main, si dovrebbe ottenere l'output seguente:

[INFO   ] Loading application properties
[INFO   ] Connecting to the database
[INFO   ] Database connection test: citus
[INFO   ] Creating table
[INFO   ] Creating index
[INFO   ] distributing table
[INFO   ] Insert data
[INFO   ] Read data
[INFO   ] Data read from the database: Pharmacy{pharmacy_id=0, pharmacy_name='Target', city='Sunnyvale', state='California', zip_code='94001'}
[INFO   ] Update data
[INFO   ] Read data
[INFO   ] Data read from the database: Pharmacy{pharmacy_id=0, pharmacy_name='Target', city='Guntur', state='California', zip_code='94001'}
[INFO   ] Delete data
[INFO   ] Read data
[INFO   ] There is no data in the database!
[INFO ] Copied 5000 rows using COPY command
[INFO   ] Closing database connection

Comando COPY per caricare i dati in memoria

Il codice seguente copia i dati in memoria in una tabella.

private static void inMemory(Connection connection) throws SQLException,IOException
    {
    log.info("Copying inmemory data into table");
            
    final List<String> rows = new ArrayList<>();
    rows.add("0,Target,Sunnyvale,California,94001");
    rows.add("1,Apollo,Guntur,Andhra,94003");
        
    final BaseConnection baseConnection = (BaseConnection) connection.unwrap(Connection.class);
    final CopyManager copyManager = new CopyManager(baseConnection);

    // COPY command can change based on the format of rows. This COPY command is for above rows.
    final String copyCommand = "COPY pharmacy FROM STDIN with csv";        
       
    try (final Reader reader = new StringReader(String.join("\n", rows))) {
        copyManager.copyIn(copyCommand, reader);
    }
}

È ora possibile aggiungere la riga seguente nel metodo main:

inMemory(connection);

Se si esegue la classe main, si dovrebbe ottenere l'output seguente:

[INFO   ] Loading application properties
[INFO   ] Connecting to the database
[INFO   ] Database connection test: citus
[INFO   ] Creating table
[INFO   ] Creating index
[INFO   ] distributing table
[INFO   ] Insert data
[INFO   ] Read data
[INFO   ] Data read from the database: Pharmacy{pharmacy_id=0, pharmacy_name='Target', city='Sunnyvale', state='California', zip_code='94001'}
[INFO   ] Update data
[INFO   ] Read data
[INFO   ] Data read from the database: Pharmacy{pharmacy_id=0, pharmacy_name='Target', city='Guntur', state='California', zip_code='94001'}
[INFO   ] Delete data
[INFO   ] Read data
[INFO   ] There is no data in the database!
5000
[INFO   ] Copying in-memory data into table
[INFO   ] Closing database connection

Retry dell'app per gli errori delle richieste di database

A volte è possibile che le richieste di database eseguite dall'applicazione non riescano. Tali problemi possono verificarsi in scenari diversi, ad esempio errori di rete tra app e database, password non corretta e così via. Alcuni problemi possono essere temporanei e risolversi in pochi secondi o pochi minuti. È possibile configurare la logica di retry nell'app per risolvere gli errori temporanei.

La configurazione della logica di retry nell'app consente di migliorare l'esperienza dell'utente finale. In scenari di errore gli utenti attenderanno semplicemente un po' più a lungo per consentire all'applicazione di gestire le richieste, anziché riscontrare errori.

L'esempio seguente illustra come implementare la logica di retry nell'app. Il frammento di codice di esempio tenta una richiesta di database ogni 60 secondi (fino a cinque volte) fino a quando non riesce. Il numero e la frequenza dei tentativi possono essere configurati in base alle esigenze dell'applicazione.

In questo codice sostituire <cluster> con il nome del cluster e <password> con la password amministratore.

package test.crud;

import java.sql.Connection;
import java.sql.PreparedStatement;
import java.sql.ResultSet;
import java.sql.ResultSetMetaData;
import java.util.logging.Logger;
import com.zaxxer.hikari.HikariDataSource;

public class DemoApplication
{
    private static final Logger log;

    static
    {
        System.setProperty("java.util.logging.SimpleFormatter.format", "[%4$-7s] %5$s %n");
        log = Logger.getLogger(DemoApplication.class.getName());
    }
    private static final String DB_USERNAME = "citus";
    private static final String DB_PASSWORD = "<password>";
    private static final String DB_URL = "jdbc:postgresql://c-<cluster>.<uniqueID>.postgres.cosmos.azure.com:5432/citus?sslmode=require";
    private static final String DB_DRIVER_CLASS = "org.postgresql.Driver";
    private static HikariDataSource datasource;

    private static String executeRetry(String sql, int retryCount) throws InterruptedException
    {
        Connection con = null;
        PreparedStatement pst = null;
        ResultSet rs = null;
        for (int i = 1; i <= retryCount; i++)
        {
            try
            {
                datasource = new HikariDataSource();
                datasource.setDriverClassName(DB_DRIVER_CLASS);
                datasource.setJdbcUrl(DB_URL);
                datasource.setUsername(DB_USERNAME);
                datasource.setPassword(DB_PASSWORD);
                datasource.setMinimumIdle(10);
                datasource.setMaximumPoolSize(1000);
                datasource.setAutoCommit(true);
                datasource.setLoginTimeout(3);
                log.info("Connecting to the database");
                con = datasource.getConnection();
                log.info("Connection established");
                log.info("Read data");
                pst = con.prepareStatement(sql);
                rs = pst.executeQuery();
                StringBuilder builder = new StringBuilder();
                int columnCount = rs.getMetaData().getColumnCount();
                while (rs.next())
                {
                    for (int j = 0; j < columnCount;)
                    {
                        builder.append(rs.getString(j + 1));
                        if (++j < columnCount)
                            builder.append(",");
                    }
                    builder.append("\r\n");
                }
                return builder.toString();
            }
            catch (Exception e)
            {
                Thread.sleep(60000);
                System.out.println(e.getMessage());
            }
        }
        return null;
    }

    public static void main(String[] args) throws Exception
    {
        String result = executeRetry("select 1", 5);
        System.out.print(result);
    }
}

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