Aplicação Java para ligar e executar comandos SQL no Azure Cosmos DB para PostgreSQL

Artigo
06/05/2023

APLICA-SE A: Azure Cosmos DB para PostgreSQL (com tecnologia da extensão da base de dados Citus para PostgreSQL)

Este início rápido mostra-lhe como utilizar código Java para ligar a um cluster e utilizar instruções SQL para criar uma tabela. Em seguida, irá inserir, consultar, atualizar e eliminar dados na base de dados. Os passos neste artigo partem do princípio de que está familiarizado com o desenvolvimento java e o JDBC e que nunca trabalhou com o Azure Cosmos DB para PostgreSQL.

Configurar o projeto Java e a ligação

Crie um novo projeto Java e um ficheiro de configuração para ligar ao Azure Cosmos DB para PostgreSQL.

Criar um novo projeto Java

Com o seu ambiente de desenvolvimento integrado (IDE) favorito, crie um novo projeto Java com groupId test e artifactId crud. No diretório de raiz do projeto, adicione um ficheiro pom.xml com os seguintes conteúdos. Este ficheiro configura o Apache Maven para utilizar o Java 8 e um controlador 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 ligação à base de dados

Em src/main/resources/, crie um ficheiro application.properties com os seguintes conteúdos. Substitua cluster <> pelo nome do cluster e substitua <a palavra-passe> pela palavra-passe administrativa.

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 ?ssl=true&sslmode=require cadeia na db.url propriedade indica ao controlador JDBC para utilizar o Transport Layer Security (TLS) ao ligar à base de dados. É obrigatório utilizar o TLS com o Azure Cosmos DB para PostgreSQL e é uma boa prática de segurança.

Criar tabelas

Configure um esquema de base de dados que tenha tabelas distribuídas. Ligue-se à base de dados para criar o esquema e as tabelas.

Gerar o esquema da base de dados

Em src/main/resources/, crie um ficheiro schema.sql com os seguintes conteúdos:

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 para PostgreSQL dá-lhe a capacidade de distribuir tabelas por vários nós para escalabilidade. O comando abaixo permite-lhe distribuir uma tabela. Pode saber mais sobre create_distributed_table e a coluna de distribuição aqui.

Nota

A distribuição de tabelas permite-lhes crescer em todos os nós de trabalho adicionados ao cluster.

Para distribuir tabelas, acrescente a seguinte linha ao ficheiro schema.sql que criou na secção anterior.

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

Ligar à base de dados e criar o esquema

Em seguida, adicione o código Java que utiliza JDBC para armazenar e obter dados do cluster. O código utiliza os ficheiros application.properties e schema.sql para ligar ao cluster e criar o esquema.

Crie um ficheiro DButil.java com o seguinte código, que contém a DButil classe . A DBUtil classe configura um conjunto de ligações para PostgreSQL com HikariCP. Utilize esta classe para ligar ao PostgreSQL e iniciar a consulta.

Dica

O código de exemplo abaixo utiliza um conjunto de ligações para criar e gerir ligações ao PostgreSQL. O conjunto de ligações do lado da aplicação é altamente recomendado porque:

Garante que a aplicação não gera demasiadas ligações à base de dados, pelo que evita exceder os limites de ligação.
Pode ajudar a melhorar drasticamente o desempenho, tanto a latência como o débito. O processo do servidor PostgreSQL tem de fork para processar cada nova ligação e reutilizar uma ligação 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 ficheiro DemoApplication.java que contenha 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();
    }

}

Nota

A base de dados user e password as credenciais são utilizadas ao executar DriverManager.getConnection(properties.getProperty("url"), properties);. As credenciais são armazenadas no ficheiro application.properties , que é transmitido como um argumento.

Agora pode executar esta classe principal com a sua ferramenta favorita:
- Com o IDE, deverá conseguir clicar com o botão direito do DemoApplication rato na classe e executá-la.
- Com o Maven, pode executar a aplicação ao executar:
  mvn exec:java -Dexec.mainClass="com.example.demo.DemoApplication".

A aplicação deve ligar-se ao Azure Cosmos DB para PostgreSQL, criar um esquema de base de dados e, em seguida, fechar a ligação, como deverá ver nos registos da consola:

[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 nova Pharmacy classe Java, junto à DemoApplication classe 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 + '\'' +
               '}';
    }
}

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

Inserir dados

No ficheiro DemoApplication.java , depois do main método , adicione o seguinte método que utiliza a instrução SQL INSERT INTO para inserir dados na base 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 linhas seguintes no método principal:

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

Executar a classe principal deve agora produzir o seguinte resultado:

[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 que inseriu anteriormente para confirmar que o código funciona corretamente.

No ficheiro DemoApplication.java , depois do insertData método , adicione o seguinte método que utiliza a instrução SQL SELECT para ler dados da base 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 a seguinte linha no método principal:

todo = readData(connection);

Executar a classe principal deve agora produzir o seguinte resultado:

[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 que inseriu anteriormente.

Ainda no ficheiro DemoApplication.java , após o readData método , adicione o seguinte método para atualizar dados dentro da base de dados com 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 linhas seguintes no método principal:

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

Executar a classe principal deve agora produzir o seguinte resultado:

[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

Eliminar dados

Por fim, elimine os dados que inseriu anteriormente. Ainda no ficheiro DemoApplication.java , após o método , adicione o updateData seguinte método para eliminar dados dentro da base de dados com 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, pode adicionar a seguinte linha no método principal:

deleteData(todo, connection);

Executar a classe principal deve agora produzir o seguinte resultado:

[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 um débito tremendo ao ingerir dados no Azure Cosmos DB para PostgreSQL. O comando COPY pode ingerir dados em ficheiros ou a partir de micro lotes de dados na memória para ingestão em tempo real.

Comando COPY para carregar dados de um ficheiro

O código seguinte copia dados de um ficheiro CSV para uma tabela de base de dados. O exemplo de código requer o ficheiro 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, pode adicionar a seguinte linha no método principal:

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

A execução da main classe deverá agora produzir o seguinte resultado:

[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 dentro da memória

O código seguinte copia dados dentro da memória para 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, pode adicionar a seguinte linha no método principal:

inMemory(connection);

Executar a classe principal deve agora produzir o seguinte resultado:

[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 da aplicação para falhas de pedidos de base de dados

Por vezes, é possível que os pedidos de base de dados da sua aplicação falhem. Estes problemas podem ocorrer em diferentes cenários, como a falha de rede entre a aplicação e a base de dados, palavra-passe incorreta, etc. Alguns problemas podem ser transitórios e resolver-se dentro de alguns segundos a minutos. Pode configurar a lógica de repetição na sua aplicação para ultrapassar os erros transitórios.

Configurar a lógica de repetição na sua aplicação ajuda a melhorar a experiência do utilizador final. Em cenários de falha, os utilizadores apenas aguardarão um pouco mais para que a aplicação sirva pedidos, em vez de deparar-se com erros.

O exemplo abaixo mostra como implementar a lógica de repetição na sua aplicação. O fragmento de código de exemplo tenta um pedido de base de dados a cada 60 segundos (até cinco vezes) até ter êxito. O número e a frequência das repetições podem ser configurados com base nas necessidades da sua aplicação.

Neste código, substitua cluster> pelo <nome do cluster e <palavra-passe pela palavra-passe> de 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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