[NoSQL] Implementare un Document Store NoSQL con Oracle 12c e le SODA API

Avete intenzione di implementare una schemaless application, memorizzando le informazioni in modo “dinamico” e flessibile, secondo il cosiddetto paradigma “NoSQL style document store”?

Anche Oracle DB, a partire dalla versione 12.1.0.2, fornisce il supporto per la memorizzazione, l’indicizzazione e la ricerca di documenti in formato JSON.

Oracle12c

Più dettagliatamente, Oracle DB 12c permette, senza necessità di installare plugin aggiuntivi, l’implementazione di un Document Store e fornisce il seguente set di API, progettate per garantire il supporto allo sviluppo di schemaless application:

  • SODA for Java: interfaccia di programmazione document-store per sviluppatori Java che usano JDBC per comunicare con il database. SODA for Java consiste di un set di semplici classi che rappresentano il database, una collezione di documenti e un documento. I metodi di queste classi forniscono tutte le funzionalità richieste per gestire ed interrogare documenti e collezioni di documenti memorizzati in un database Oracle;
  • SODA for REST: interfaccia REST-based document-store implementata come Java servlet e distribuita come parte dell’Oracle REST Data Services (ORDS) 3.0. Le applicazioni basate su SODA for REST usano il protocollo HTTP per comunicare con la Java Servlet. SODA for REST Servlet può anche essere eseguito su un HTTP Server nativo del database (esistono versioni “bundle” di Web Server, come TomCat e JBoss opportunamente configurati per accedere al DB Oracle tramite API SODA). I metodi HTTP come PUT, POST, GET e DELETE mappano le operazioni eseguite sui documenti JSON. Fornendo API di tipo REST è possibile integrare la soluzione con web application esterne per esporre i dati memorizzati nella base dati Oracle.

Riferimento: http://www.oracle.com/technetwork/database/appdev-with-soda-2606220.pdf

Modello relazionale VS. Modello No-SQL. Volendo comparare un database relazionale con un DB NoSQL “document-store”, è possibile dire che:

  • Una collezione di documenti è una tabella
  • Un documento è una riga di una tabella
  • Un campo del documento è una colonna della tabella

I documenti in formato JSON vengono memorizzati con un ID univoco all’interno di una collezione. Per ciascun documento è possibile recuperare metadati, come data di creazione, dati di aggiornamento, owner e versione del documento, ecc.

Le funzionalità offerte da un document store includono:

  • Creazione e cancellazione di una collezione
  • Creazione, ricerca, aggiornamento o cancellazione di un singolo documento in base al suo ID
  • Recupero dei documenti in una collezione
  • Ricerca di una collezione, tipicamente utilizzando Query By Example (QBE) metaphor
  • Creazione e cancellazione di indici

Dato questo semplice livello di funzionalità fornito da un document store, l’API diventa semplice, particolarmente quando comparato con le tradizionali API SQL-based come JDBC.

Il DBMS Oracle già forniva dalla versione 9 il supporto alla memorizzazione, alla ricerca e all’indicizzazione di documenti XML. Oracle Database 12c estende tale funzionalità ai documenti JSON, introducendo le due implementazioni dell’interfaccia SODA, denominate, come suddetto, SODA for REST e SODA for JAVA, e ponendosi sul mercato come valida alternativa tra i NoSQL-style Document Store.

Oracle NoSQL-style Document Store Capabilities. In Oracle DB 12c, i documenti vengono memorizzati, indicizzati e ricercati senza che il database ne conosca la struttura (schemaless). Ciò lascia agli sviluppatori la libertà di modificare la struttura dei documenti JSON in base alle esigenze. Non esiste un datatype dedicato per memorizzare i documenti JSON, ma gli stessi vengono memorizzati con i tipi standard VARCHAR2, CLOB e BLOB. Viene introdotto il nuovo constraint “IS JSON”, utilizzato per assicurare che il contenuto di una colonna sia un JSON valido, fornendo pieno supporto al trattamento avanzato dei JSON, come disaster recovery, replication, compression ed encryption.

Inoltre, è possibile eseguire delle query SQL direttamente sulle tabelle di documenti JSON del database utilizzando le JSON Path Expressions. Tali espressioni sono equivalenti al linguaggio xPath in XML e sono sintatticamente simili a JavaScript. Si riportano di seguito degli esempi:

JsonPathExpressions.png

SODA API. SODA fornisce un set di API semplice da utilizzare per lavorare con i documenti memorizzati in un Oracle Database. L’oggetto Database, che è richiesto per interagire con le Collections, viene istanziato usando un database connection con le API SQL standard di Oracle. La versione corrente di SODA adotta una strategia di optimistic locking, ma quella di pessimistic locking èsarà probabilmente disponibile nelle future release.

La specifica SODA definisce un set di metodi che forniscono le seguenti funzionalità:

  • Stabilire una connessione ad un Oracle Database Document Store
  • Creare e cancellare una collezione
  • Creare, ricerca, aggiornare e cancellare un documento
  • Elencare i contenuti di una collezione
  • Ricercare una collezione di documenti che “matchino” una espressione Query By Example (QBE)
  • Operazioni di “bulk insert” in una collezione
  • Creazione e cancellazione di indici

Di seguito, riporto alcune caratteristiche dell’implementazione “SODA for JAVA”, tralasciando “SODA for REST” (utile nel caso ci si voglia interfacciare direttamente con il Document Store con il paradigma REST).

SODA for JAVA. Consiste di un set di semplici classi che rappresentano un database, una collezione di documenti e il documento stesso. I metodi che queste classi forniscono permettono di gestire e ricercare le collezioni e i documenti JSON memorizzati. Utilizza una connessione JDBC standard e SQL*NET per comunicare con il database: ciò significa che le API sono transazionali e una serie di operazioni SODA può generare una singola transazione. Poiché SODA utilizza una connessione JDBC, è possibile utilizzare sia le API di SODA for JAVA che quelle tradizionali JDBC.

Di seguito, si riportano le principali classi di “SODA for JAVA” con relativa descrizione:

Classe Descrizione Commenti
OracleClient Classe client generica SODA. L’entry point di SODA per i JSON.
OracleRDBMSClient La classe Client dell’Oracle Database Usata per recuperare l’oggetto OracleDatabase
OracleDatabase Rappresenta un Document Store, il quale consiste di uno o più collezioni. Usato per accedere alle collezioni.
OracleDatabaseAdmin Usato per creare e cancellare collezioni
OracleCollection Rappresenta una collezione di un Document Store
OracleCollectionAdmin Usato per creare e cancellare indici
OracleDocument Rappresenta un documento in un Document Store Aggiorna (o crea) il documento con un dato ID

Struttura di un documento di una collezione. Di seguito, si riporta la struttura SQL di una collezione rappresentata su una tabella Oracle e contenente il JSON in corrispondenza di una colonna CLOB:

Name                                             Null?   Type

—————————————– ——– —————————-

ID                                              NOT NULL VARCHAR2(255)

CREATED_ON                                      NOT NULL TIMESTAMP(6)

LAST_MODIFIED                                   NOT NULL TIMESTAMP(6)

VERSION                                         NOT NULL VARCHAR2(255)

JSON_DOCUMENT                                     CLOB

Le colonne della tabella rappresentano quanto segue:

 ID ID autogenerato del singolo record
 JSON_DOCUMENT Contenuto del documento in JSON
 CREATED_ON Timestamp (autogenerato) di inserimento del record
 LAST_MODIFIED Timestamp (autogenerato) di modifica del record
 VERSION Versione del documento (incrementato automaticamente quando viene modificato)

Per dettagli sulle API di SODA e sulla potenza espressiva delle Query By Example per la ricerca dei documenti di una collezione: http://docs.oracle.com/cd/E63251_01/doc.12/e58124/soda.htm#ADSDA107

Memorizzazione dei documenti JSON (codifica e datatype). Un documento JSON può essere considerato un dato semi-strutturato, ossia non conforme alla struttura formale dei modelli di dato associato con le basi di dati relazionali. Esso, comunque, contiene etichette o altri marcatori per separare gli elementi semantici e rafforzare le gerarchie di record e campi all’interno del dato. E’ anche conosciuto come “dato senza schema” o “dato con struttura autodescritta”.

Oracle raccomanda di memorizzare tali dati utilizzando datatype di tipo LOB, in quanto la quantità di caratteri può essere elevata (maggiore di 4000 byte e, dunque, della massima capacità di un datatype VARCHAR2). I datatype raccomandati per i contenuti testuali sono Characted Large Object (CLOB) e National Character Large Object (NCLOB).

Il datatype CLOB è raccomandato per la memorizzazione di stringhe o documenti di lunghezza fissa. Invece, il datatype NCLOB è raccomandato per quelli a lunghezza variabile.

Riferimento: https://docs.oracle.com/database/121/ADXDB/json.htm#ADXDB6252

Per quanto riguarda il character encoding, conviene adottare quello AL16UTF16 o AL32UTF8. In particolare, Oracle raccomanda l’uso di AL32UTF8 per memorizzare i dati con caratteri Unicode.

Riferimenti:
https://docs.oracle.com/cd/E11882_01/appdev.112/e18294.pdf
https://docs.oracle.com/database/121/NLSPG/ch2charset.htm#NLSPG179

Sicurezza dei dati. Al fine di salvaguardare la sicurezza e l’integrità dei dati,è possibile sfruttare il meccanismo di Oracle Secure Files, il quale consente anche le compressione dei dati memorizzati all’interno di datatype LOB.

Riferimento: https://docs.oracle.com/database/121/ADLOB/toc.htm

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