Aplicativo Java para conectar-se e executar comandos SQL no Azure Cosmos DB for PostgreSQL

Artigo
08/15/2024

APLICA-SE AO: Azure Cosmos DB for PostgreSQL (da plataforma da extensão de dados Citus para PostgreSQL)

Este início rápido mostra como usar o código Java para se conectar a um cluster e usar instruções SQL para criar uma tabela. Em seguida, você vai inserir, consultar, atualizar e excluir dados no banco de dados. As etapas neste artigo pressupõem que você esteja familiarizado com o desenvolvimento Java e com o JDBC e não esteja familiarizado com o Azure Cosmos DB for PostgreSQL.

Configurar o projeto Java e a conexão

Crie um projeto Java e um arquivo de configuração para se conectar ao Azure Cosmos DB for PostgreSQL.

Criar um projeto Java

Com seu IDE (ambiente de desenvolvimento integrado) preferencial, crie um projeto Java com a groupId test e a artifactId crud. No diretório raiz do projeto, adicione um arquivo pom.xml com o conteúdo a seguir. Esse arquivo configura o Apache Maven para usar o Java 8 e um driver do PostgreSQL recente para 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>

Configurar a conexão de banco de dados

Em src/main/resources/, crie um arquivo application.properties com o conteúdo a seguir. Substitua <cluster> para o nome do seu cluster, e substitua <senha> para sua senha administrativa ou token do Microsoft Entra ID.

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>

A cadeia de caracteres ?ssl=true&sslmode=require na propriedade db.url informa ao driver JDBC para usar o TLS (Transport Layer Security) ao se conectar ao banco de dados. O uso do TLS com o Azure Cosmos DB for PostgreSQL é obrigatório e uma boa prática de segurança.

Criar tabelas

Configure um esquema de banco de dados com tabelas distribuídas. Conecte-se ao banco de dados para criar o esquema e as tabelas.

Gerar o esquema de banco de dados

Em src/main/resources/, crie um arquivo schema.sql com o seguinte conteúdo:

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);

Distribuir tabelas

O Azure Cosmos DB for PostgreSQL oferece a superpotência da distribuição de tabelas entre vários nós, permitindo a escalabilidade. O comando abaixo permite a distribuição de uma tabela. Saiba mais sobre create_distributed_table e a coluna de distribuição aqui.

Observação

A distribuição de tabelas permite que elas cresçam em todos os nós de trabalho adicionados ao cluster.

Para distribuir tabelas, acrescente a linha a seguir no arquivo schema.sql criado na seção anterior.

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

Conectar-se ao banco de dados e criar o esquema

Em seguida, adicione o código Java que usará o JDBC para armazenar e recuperar dados do cluster. O código acima usará os arquivos application.properties e schema.sql para se conectar ao cluster e criar o esquema.

Crie um arquivo DButil.java com o código a seguir, que contém a classe DButil. A classe DBUtil configura um pool de conexão para PostgreSQL usando HikariCP. Use essa classe para se conectar ao PostgreSQL e iniciar a consulta.

Dica

O código de exemplo abaixo usa um pool de conexões para criar e gerenciar conexões com o PostgreSQL. O pool de conexões do lado do aplicativo é altamente recomendado porque:

Ele garante que o aplicativo não gere muitas conexões com o banco de dados e, portanto, evita exceder os limites de conexão.
Isso pode ajudar a aprimorar drasticamente o desempenho, tanto de latência quanto de taxa de transferência. O processo do servidor PostgreSQL precisa ser bifurcado para gerenciar cada nova conexão e reutilizar uma conexão evita essa sobrecarga.

//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;
    }
}

Em src/main/java/, crie um arquivo DemoApplication.java com o seguinte código:

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();
    }

}

Observação

As credenciais user e password do banco de dados são usadas durante a execução de DriverManager.getConnection(properties.getProperty("url"), properties);. Elas são armazenadas no arquivo application.properties, que é trasmitido como um argumento.

Agora, você pode executar esta classe principal com a sua ferramenta favorita:
- Usando o IDE, você deve clicar com o botão direito do mouse na classe DemoApplication e executá-la.
- Com o Maven, é possível executar o aplicativo por meio da execução do seguinte:
  mvn exec:java -Dexec.mainClass="com.example.demo.DemoApplication".

O aplicativo deve se conectar ao Azure Cosmos DB for PostgreSQL, criar um esquema de banco de dados e encerrar a conexão, como visto nos logs do console:

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

Criar uma classe de domínio

Crie uma classe Java Pharmacy, ao lado da classe DemoApplication e adicione o seguinte código:

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 + '\'' +
               '}';
    }
}

Essa classe é um modelo de domínio mapeado na tabela Pharmacy que você criou ao executar o script schema.sql.

Inserir dados

No arquivo DemoApplication.java, após o método main, adicione o seguinte método que usa a instrução SQL INSERT INTO para inserir dados no banco de dados:

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();
}

Adicione as duas seguintes linhas no método principal:

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

A execução da classe principal deve produzir a seguinte saída:

[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

Ler dados

Leia os dados inseridos anteriormente para validar se o código funciona corretamente.

No arquivo DemoApplication.java, após o método insertData, adicione o seguinte método que usa a instrução SQL SELECT para ler dados no banco de dados:

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;
}

Adicione as seguintes linhas no método principal:

todo = readData(connection);

A execução da classe principal deve produzir a seguinte saída:

[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

Atualizar dados

Atualize os dados inseridos anteriormente.

Ainda no arquivo DemoApplication.java, após o método readData, adicione o seguinte método para atualizar os dados do banco de dados utilizando a instrução 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);
}

Adicione as duas seguintes linhas no método principal:

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

A execução da classe principal deve produzir a seguinte saída:

[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

Excluir dados

Por fim, atualize os dados inseridos anteriormente. Ainda no arquivo DemoApplication.java, após o método updateData, adicione o seguinte método para excluir os dados do banco de dados utilizando a instrução 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);
}

Agora adicione a seguinte linha ao método principal:

deleteData(todo, connection);

A execução da classe principal deve produzir a seguinte saída:

[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 para ingestão rápida

O comando COPY pode gerar uma taxa de transferência enorme ao ingerir dados no Azure Cosmos DB for PostgreSQL. O comando COPY pode ingerir dados em arquivos ou de microlotes de dados na memória para ingestão em tempo real.

Comando COPY para carregar dados de um arquivo

O código a seguir copia dados de um arquivo CSV para uma tabela de banco de dados. O exemplo de código requer o arquivo 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;
}

Agora adicione a seguinte linha ao método principal:

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

A execução da classe main agora produzirá a seguinte saída:

[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 para carregar dados na memória

O código a seguir copia dados na memória em uma tabela.

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);
    }
}

Agora adicione a seguinte linha ao método principal:

inMemory(connection);

A execução da classe principal deve produzir a seguinte saída:

[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

Repetição de aplicativo para falhas de solicitação de banco de dados

Às vezes, as solicitações de banco de dados do aplicativo podem falhar. Esses problemas podem ocorrer em diferentes cenários, como falha de rede entre o aplicativo e o banco de dados, senha incorreta etc. Alguns problemas podem ser transitórios e serem resolvidos em alguns segundos ou minutos. Você pode configurar a lógica de repetição no aplicativo para corrigir os erros transitórios.

A configuração da lógica de repetição no aplicativo ajuda a aprimorar a experiência do usuário final. Em cenários de falha, os usuários vão apenas esperar um pouco mais para que o aplicativo atenda às solicitações, em vez de receber erros.

O exemplo abaixo mostra como implementar a lógica de repetição no aplicativo. O snippet de código de exemplo tenta uma solicitação de banco de dados a cada 60 segundos (até cinco vezes) até que ela seja bem-sucedida. O número e a frequência de repetições podem ser configurados com base nas necessidades do aplicativo.

No código, substitua <cluster> pelo nome do cluster e <senha> pela senha do administrador.

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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