Lekce 1 - Úvod do databází v C# .NET

Vítám vás u první lekce kurzu o programování databázových aplikací v C# .NET. Kurz zpracovává pokročilou problematiku co možná nejjednodušeji a s co nejvíce příklady a ilustracemi. Probereme v něm teorii i praxi a několik přístupů, které se v C# .NET pro práci s databází používají. Kurz popisuje práci s MS-SQL databází v jazyce C# .NET. Na síti se nachází také podrobnější kurz jen o MS-SQL databázi (nezávisle na jazyce).

K čemu databázi?

Možná vás napadlo, k čemu vlastně potřebujeme nějakou databázi. Data bychom stejně dobře mohli ukládat do nějakých textových souborů, binárek, XML nebo něčeho podobného. Určitě by to nějak fungovalo, nebo ne?

RDBMS

Označení databáze je vlastně nepřesné a v odborné literatuře se setkáme s označením RDBMS (Relation DataBase Management System). Česky je to přeloženo jako "systém řízení báze dat", což zní opravdu hrozně a proto budeme dále používat označení databázový stroj nebo RDBMS. Databázový stroj (tedy zde MS-SQL) není jen úložiště dat. Jedná se o velmi sofistikovaný a odladěný nástroj, který za nás řeší spoustu problémů a zároveň je extrémně jednoduchý k použití. S databází totiž komunikujeme jazykem SQL, kterým jsou v podstatě lidsky srozumitelné věty. Nad tímto jazykem vzniklo mnoho nadstaveb a někdy se už dokonce s SQL vůbec nesetkáme. My si v kurzu ukážeme různé přístupy a budeme s databází komunikovat jak pomocí SQL, tak jen jako s objekty pomocí technologie LINQ.

Spolu s ukládáním dat je ale třeba dále řešit mnoho dalších věcí. Asi by nás napadlo např. zabezpečení nebo optimalizace výkonu. RDBMS toho ale dělá ještě mnohem více, řeší za nás problém současné editace stejné položky několika uživateli ve stejný okamžik, který by jinak mohl zapříčinit nekonzistenci databáze. RDBMS data v tomto případě zamkne a odemkne až po vykonání zápisu. Dále umožňuje spojovat několik dotazů do transakcí, kdy se série dotazů vykoná vždy celá nebo vůbec. Nestane se, že by se vykonala jen část. Tyto vlastnosti databázového stroje jsou shrnovány zkratkou ACID, pojďme si ji vysvětlit.

ACID

ACID je akronym slov Atomicity (nedělitelnost), Consistency (validita), Isolation (izolace) a Durability (trvanlivost). Jednotlivé složky mají následující význam:

• Atomicity - Operace v transakci se provedou jako jedna atomická (nedělitelná) operace. Tzn., že pokud nějaká část operace selže, vrátí se databáze do původního stavu a žádné části transakce nebudou provedeny. Reálný příklad je např. převod peněz na bankovním účtu. Pokud se nepodaří peníze odečíst z jednoho účtu, nebudou ani připsány na účet druhý. Jinak by byla databáze v nekonzistentním stavu. Pokud bychom si práci s daty řešili sami, mohlo by se nám toto velmi jednoduše stát.
• Consistency - Stav databáze po dokončení transakce je vždy konzistentní, tedy validní podle všech definovaných pravidel a omezení. Nikdy nenastane situace, že by se databáze nacházela v nekonzistentním stavu.
• Isolation - Operace jsou izolované a navzájem se neovlivňují. Pokud se sejde v jeden okamžik více dotazů na zápis do stejného řádku, jsou vykonávány postupně, jako ve frontě.
• Durability - Všechna zapsaná data jsou okamžitě zapsána na trvanlivá úložiště (na pevný disk), v případě výpadku el. energie nebo jiného přerušení provozu RDBMS vše zůstane tak, jak bylo těsně před výpadkem.

Databáze (přesněji databázový stroj) je tedy černá skříňka, se kterou naše aplikace komunikuje a do které ukládá veškerá data. Její použití je velmi jednoduché a je odladěna tak, jak bychom si sami zápis dat v programu asi těžko udělali. Vůbec se nemusíme starat o to, jak jsou data fyzicky uložena, s databází komunikujeme pomocí jednoduchého dotazovacího jazyka SQL, viz dále. V dnešní době se vůbec nevyplatí zatěžovat se otázkou ukládání dat, jednoduše sáhneme po hotové databázi, kterých je obrovský výběr a jsou většinou zadarmo. O databázi občas hovoříme jako o 3. vrstvě aplikace (1. vrstva je uživatelské rozhraní, 2. vlastní logika aplikace, 3. je právě datová vrstva).

MS-SQL Server

V C# se pracuje téměř výhradně s databází MS-SQL (někdy se technologie označuje jako T-SQL jako Transact SQL). Teoreticky lze v C# pracovat s libovolnou databází (např. SQLite, MySQL a podobně.) Prakticky jsou však všechny nástroje a technologie optimalizovány pro MS-SQL (jak jinak, když je od Microsoftu ) a naopak nástroje pro jiné databáze moc lidí nepoužívá, jejich vývoj skončil nebo jsou v alfaverzích a podobně. Výjimkou jsou databáze Oracle, se kterými Microsoft počítá, ale které jsou určené pro velké podniky. MS-SQL není špatná databáze a lze ji používat zadarmo. Když si vybereme právě tu, vyhneme se mnoha problémům a vývoj aplikace půjde relativně snadno.

LocalDB vs. MS-SQL Server

V tomto kurzu budeme pracovat s tzv. lokální databází (LocalDB), kterou si lze přidat do projektu přes samotné Visual Studio a bude uložena v jednom souboru. Lze ji tak snadno přenášet a nemusí nám na daném stroji běžet komplexní služba. V minulosti byla tato verze MS-SQL databáze označována jako Express, občas se pro tyto typy databází obecně také používá označení embedded nebo portable. Tato databáze se nejčastěji používá buďto při vývoji aplikace a ve finální verzi je nahrazena, anebo v kombinaci s technologií Entity Framework jako lokální uložiště dat.

Alternativně lze použít také plnohodnotný MS-SQL Server, ke kterému si lze doinstalovat ještě administrační nástroj SQL Server Management Studio pro tvorbu samotné databáze. Toto řešení se ovšem používá spíše na serverech.

Příprava Visual Studia

Pro práci s localDB je nutné mít ve Visual Studiu nainstalovanou sadu funkcí "Ukládání a zpracování dat" (Data storage and processing), která spolu s nástroji pro práci s databází také obsahuje odlehčenou verzi MS-SQL Server Express 2016 LocalDB.

Jestli danou sadu máme nainstalovanou, ověříme kliknutím na položku Tools v aplikačním menu Visual Studia, poté zvolíme položku "Get Tools and Features". Otevře se nám Visual Studio Installer, pomocí kterého se instaluje nejen Visual Studio, ale také pomocí něj můžeme doinstalovat sady funkcí. Ujistěte se, že máte zaškrtnutou sadu "Ukládání a zpracování dat", případně ji zaškrtněte a klikněte na "Změnit":

Relační databáze

MS-SQL je tzv. relační databáze. Tento pojem označuje databázi založenou na tabulkách. Každá tabulka obsahuje položky jednoho typu. Můžeme mít tedy tabulku uzivatele, další tabulku clanky a další třeba komentare.

Databázovou tabulku si můžeme představit třeba jako tabulku v Excelu. Tabulka uzivatele by mohla vypadat asi takto:

Položky (konkrétně zde uživatelé) ukládáme na jednotlivé řádky, sloupce pak označují atributy (vlastnosti, chcete-li), které položky mají. MS-SQL databáze je typovaná, to znamená, že každý sloupec má pevně stanovený datový typ (číslo, znak, krátký text, dlouhý text, ...) a může obsahovat hodnoty jen tohoto typu. Pokud chceme s relační databází rozumně pracovat, každý řádek v tabulce by měl být opatřený unikátním identifikátorem. U uživatelů by to mohlo být třeba rodné číslo, mnohem častěji se však používají identifikátory umělé a to tak, že uživatele prostě očíslujeme. K tomu se dostaneme později.

Slovo relační označuje vztah (anglicky relation). Ten je mezi tabulkami nebo mezi entitami v jedné tabulce. To si ale necháme na později a zatím budeme pracovat jen s jednou tabulkou zároveň.

ADO.NET

ADO.NET je knihovna, která zastřešuje technologie pro přístup k datům a práci s nimi. Je součástí .NET frameworku. Obsahuje poskytovatele dat, kteří jsou navržení vždy pro konkrétní typ datového zdroje. Nejprve tedy musíme vybrat vhodného poskytovatele dat pro naši databázi. My již víme, že budeme pracovat s databází MS-SQL, ale měli byste vědět, že stejným způsobem umí C# pracovat třeba s databázemi MS Access nebo Oracle.

Přehled poskytovatelů dat

Další poskytovatele si můžete stáhnout a doinstalovat sami (např. MySQL ze stránek http://dev.mysql.com/…nnector/net/)

Dnešní lekci ponechme jako úvodní a nainstalujte si výše zmíněnou sadu funkcí do Visual Studia.

V příští lekci, Vytvoření lokální databáze ve Visual Studio, si vytvoříme databázi, ke které se budeme z C# připojovat.