JSON Type in der Oracle-Datenbank und Autonomous JSON Database - DOAG
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Datenbank
JSON Type in der Oracle-Datenbank
und Autonomous JSON Database
Beda Hammerschmidt, Oracle Deutschland
JSON wird bei der Entwicklung von neuen Anwendungen immer beliebter; was als Datenaustauschformat
zwischen Webserver und Browser begann, findet immer häufiger den Weg in die Datenbank. Dieser Artikel
beleuchtet, welche Anforderungen, Vorteile und Probleme sich daraus ergeben, Daten nicht normalisiert
in Tabellen, sondern stattdessen im JSON-Format zu speichern und abzufragen.
JSON ist ein einfaches Format, um Ob- Was ist JSON? Wert 25). Keys sind immer String, ihnen
jekte einer Programmiersprache in ei- folgt ein Doppelpunkt und ein dem Key
nen String zu serialisieren. JSON ist zwar Wir beschreiben JSON an folgendem Bei- zugeordneter Wert – dieser ist entweder
syntaktisch anders als XML, diesem aber spiel (siehe Listing 1). Wer JSON kennt, skalar oder komplex (Objekt oder Array).
nicht unähnlich: Beides sind hierarchi- kann diesen Absatz gerne überspringen. Bei skalaren Werten wird der Datentyp
sche Datenmodelle, menschenlesbar und JSON basiert auf zwei Strukturen: dem durch die Syntax festgelegt (25 ist eine
selbstbeschreibend. JSON gilt jedoch als Objekt {…} und dem Array […]. In einem Nummer, „25“ ein String). Die Datentypen
wesentlich einfacher und ersetzt somit Objekt werden Key-Value-Paare ohne sind auf Nummer, String, Boolean und
XML in vielen Bereichen (z.B. JSON REST Reihenfolge zusammengefasst, der Key null reduziert. Leider gibt es kein Datum
statt XML Webservice). identifiziert den Wert (z.B. ‚age‘ hat den oder Timestamp, sodass diese in der Re-
44 www.aoug.at • www.doag.org • www.soug.ch
gel als String abgebildet werden müssen plex wahrgenommen wird. ORM-Tools oder analytische Anfragen sein. Gerade
(siehe ‚lastUpdated‘). Innerhalb eines Ar- wie Hibernate mögen das Mapping ver- bei NoSQL-Datenbanken kann das dazu
rays definiert die Position den Wert. Das einfachen, werden jedoch auch oft als führen, dass Daten jetzt in ein anderes
Array gleicht somit einer Liste, das Object Hindernis und inflexibel empfunden. System geladen werden müssen.
einer Hashtable/Map. Arrays und Objekte JSON zur Vermeidung von Normalisie- • JSON kennt keine Referenzen – Pri-
lassen sich schachteln, um beliebig kom- rung kann auch zu Performanz-Verbes- mary/Foreign-Key-Constraints gibt es
plizierte Hierarchien zu bilden. serungen führen, wenn ein JSON-Zugriff erst mal nicht, können in Oracle durch
Anders als bei XML gibt es in der Re- Joins über viele Tabellen erspart. Virtual Columns jedoch nachgebildet
gel kein Schema, das JSON-Daten defi- werden. In einer NoSQL-Datenbank
niert. Auch bietet die JSON-Syntax mehr 3. Einfache APIs: Entwickler mögen Daten- hat man diese Lösung nicht und muss
Informationen als XML. Der Wert [„1“] be- bank-Operationen direkt von der Pro- versuchen, die Daten-Integrität im Ap-
schreibt eine Liste mit einem String. Beim grammiersprache aufrufen, ohne erst plikationscode zu gewährleisten.
XML-Äquivalent 1 müsste man ins SQL Strings zusammenzubauen. Diese • NoSQL-Datenbanken haben oft wei-
XML-Schema schauen, um dieselben In- sogenannten ‚JSON Document Store‘ tere Einschränkungen: So fehlen oft
formationen zu bestimmen. APIs stammen von NoSQL-Produkten, Transaktionen, Joins und andere Da-
die ihren Mangel einer deklarativen tenbank-Basics, die dann von Hand im
Anfragesprache wie SQL so erfolgreich Applikationscode nachgebaut werden
Warum JSON in der als Vorteil verkaufen konnten. müssen.
Datenbank?
Das Speichern von JSON wurde durch
NoSQL-Produkte wie MongoDB populär. {
"firstName":"John",
Heute unterstützen viele relationale Da-
"lastName":"Smith",
tenbanken ebenfalls JSON, wenn auch in "age":25,
einem unterschiedlichen Maß. Die folgen- "address":{"street":"21 2nd Street",
den Gründe sprechen für JSON: "city":"New York", "state":"NY",
"postalCode":"10021", "isBusiness":false},
"phoneNumbers":[{"type":"home","number":"212 555-1234"},
1. Schema-Flexibilität: Änderungen der
{"type":"mobile","number":"646 555-4567"}],
Anwendung lassen sich leicht mit JSON "lastUpdated":"2019-05-13T13:03:35+0000"
realisieren: So lässt sich etwa ein ‚midd- }
leName‘ als Beispiel einfügen. Dies
wäre mit einem Alter Table Add Listing 1: JSON-Objekt mit Daten einer Person
Column relational noch leicht durchzu-
führen – aber oft muss der Entwickler
solch eine Änderung mit einem DBA Wenngleich hier eine Menge Vorteile von Was bietet Oracle?
koordinieren. JSON ermöglicht auch JSON gegenüber klassischen Tabellen
Kardinalitäts-Änderungen – sollen im genannt wurden, so müssen die Konse- Oracle hat erkannt, dass JSON bei Ent-
Beispiel mehrere Adressen pro Person quenzen und Nachteile jedoch auch klar wicklern sehr beliebt ist, aber dass es we-
unterstützt werden, so wird aus dem benannt werden. Diese sind häufig dem nig Sinn ergibt, sich die Flexibilität von
Wert für ‚address‘ einfach ein Array, Entwickler nicht umfänglich bewusst (oder JSON mit dem Verlust von wichtigen re-
das beliebig viele Adressen beinhalten zu Beginn der Entwicklung noch nicht rele- lationalen Features zu erkaufen. Bereits
kann. Dies wäre relational vermutlich vant), können jedoch zu gravierenden Pro- 2013 haben Oracle und IBM den offe-
mit einer neuen Tabelle verbunden, blemen im späteren Betrieb führen: nen SQL/JSON-Standard entworfen, der
sodass Anfragen und Updates ange- später im SQL-2016-Standard aufging.
passt werden müssten. JSON entkop- • Die Schema-Flexibilität von JSON be- Oracle brachte 2014 mit Release 12.1.0.2
pelt somit Änderungen an der Anwen- deutet nicht, dass kein Schema vor- die erste Datenbank mit SQL/JSON-Funk-
dung vom Datenbankschema. handen ist, sondern eher, dass das tionen heraus. (Der Autor hatte nicht nur
Schema implizit im Applikationscode die Ehre am Standard mitzuarbeiten, son-
2. Keine Normalisierung: Der Entwickler verteilt ist. Schema-Änderungen wer- dern auch – wie es bei Oracle üblich ist
‚denkt‘ häufig in Objekten der Anwen- den jetzt nicht mehr von der Daten- – die neuen Funktionen wie JSON_VALUE
dung, zum Beispiel ‚Kunde‘, ‚Vertrag‘, ‚Be- bank zentral ‚kontrolliert‘, sondern Ap- oder JSON_TABLE in C zu implementie-
stellung‘. Diese lassen sich meist leicht in plikationscode muss gegebenenfalls ren und die Bugs zu beheben.) In der ak-
ein JSON-Objekt überführen, während angepasst werden, was Wartung nicht tuellen Datenbankversion 19c gehen die
bei einer Normalisierung oft mehrere vermeidet, sondern nur verschiebt. Funktionalitäten weit über die SQL/JSON-
Tabellen benötigt werden. Folglich invol- • Ein Schema, das gut für einen Anwen- Funktionen hinaus:
vieren selbst einfache Operationen SQL dungsfall geeignet ist (zum Beispiel Oracles Ansatz ist es, JSON nicht als Al-
über mehrere Tabellen, was von (jünge- alle Daten eines Kunden finden), mag ternative zum relationalen Modell zu etab-
ren) Entwicklern häufig als unnötig kom- schlecht für andere Fälle wie Reporting lieren, sondern die Vorteile beider Model-
Red Stack Magazin 01/2021 45Datenbank
le je nach Bedarf kombinieren zu können. select id, jt.*
Konkret bedeutet dies, a) dass JSON in from custData, JSON_TABLE(jcol, '$' columns (
normalen Tabellen gespeichert wird, b) "first" path '$.firstName',
"age" number path '$.age',
dass relationale Spalten und JSON-Spal-
"state" varchar2(2) path '$.address.state',
ten beliebig kombinierbar sind und c) dass NESTED PATH ‘$.phoneNumbers[*] columns(
sich JSON-Daten ins relationale Modell phone" path '$.number') )) jt;
umwandeln lassen und sich umgekehrt
aus relationalen Daten JSON generieren
ID first age state phone
lässt. Listing 2 zeigt, wie das JSON-Beispiel
--------------------------
mittels JSON_TABLE ins relationale Modell 1 John 25 NY 212-555-1234
überführt wird. Man beachte, dass aus ei- 1 John 25 NY 646-555-4567
ner JSON-Eingabe zwei Zeilen generiert
werden, da über das Array mit den Tele- Listing 2: JSON_Table mit Ergebnis
fonnummern iteriert wird (Nested Path)
Wie leicht es ist, aus relationalen Daten
JSON zu erzeugen, illustriert Listing 3, das SELECT JSON_ARRAYAGG (JSON_OBJECT (*))
from emp WHERE empno > 7900;
zwei Zeilen der emp-Tabelle als zwei JSON-
Objekte in einem Array zurückliefert: [{"EMPNO":7902,"ENAME":"FORD","JOB":"ANALYST","MGR":7566,…},
JSON und Tabellen lassen sich also {"EMPNO":7934,"ENAME":"MILLER","JOB":"CLERK","MGR":7782,…}]
leicht von einer Darstellung in die andere
und zurück verwandeln, sodass man von Listing 3: JSON-Erzeugung aus relationalen Daten
verschiedenen Sichten auf dieselben Da-
ten sprechen kann. JSON und relational
sind somit kein Entweder-oder, sondern wissen Document Store APIs zu schät- DA-Treiber ersetzt diese dann mit einem
lassen sich bedarfsgerecht kombinieren. zen – insbesondere MongoDB hat hier das äquivalenten SQL Statement, das an die
Insbesondere ist der volle Umfang von Bewusstsein für eine einfach zu nutzen- Datenbank gesendet wird. SODA ist also
SQL auf JSON-Daten anwendbar. de Datenbank-Schnittstelle geschaffen. ein NoSQL-API auf einer SQL- Datenbank.
Oracle hat mit SODA (Simple Oracle Do- Listing 4 zeigt, wie eine JSON-Collec-
cument Access) ein ähnliches API geschaf- tion mit dem Namen ‚cities‘ ange-
SODA Document Store API fen, das direkt in Java, Python, JavaScript legt wird und wie zwei JSON-Daten-
(nodeJs), PL/SQL, aber auch REST und Sql- sätze eingefügt werden. Die ‚soda
Die im SQL/JSON-Standard definierten Cl verfügbar ist. Die Idee von SODA ist get‘-Operation hat einen Filterausdruck
Funktionen wie JSON_TABLE oder JSON_ es, einfache Operationen (Finden, Ein- ({„population“:{„$gt“:250000}})
OBJECT sind Erweiterungen der SQL-Spra- fügen, Löschen, Ersetzen) direkt von der und selektiert alle Städte, deren Einwoh-
che. Entwickler mit NoSQL-Hintergrund Programmiersprache aufzurufen – der SO- nerzahl größer als 250.000 ist.
46 www.aoug.at • www.doag.org • www.soug.chsoda create cities;
soda insert cities {"name":"San Jose","population":1021795,"county":"Santa Clara"}
soda insert cities {"name":"Atlanta","population":506811,"county":["Fulton", "DeKalb"]}
soda get cities -f {"population":{"$gt":250000}}
Listing 4: SODA-Operationen zum Erzeugen einer Collection, Einfügen von JSON-Daten und Suche mit JSON-Filterausdruck
Hervorzuheben ist, dass SODA all die- neue Entwickler anzuziehen. Im Gegen- Über den Autor
se Operationen automatisch in äquiva- zug ist AJD auf 20GB Nicht-JSON-Daten
lente SQL Statements übersetzt (CREATE begrenzt, sodass rein relationale Wor- Beda Hammerschmidt ist seit 2006 Ent-
TABLE, INSERT, SELECT.. WHERE). Das Bei- kloads weiterhin ATP oder ADW nutzen. wickler im Oracle-Datenbank-Team und
spiel nutzt SqlCl, die Syntax ist in anderen Details und auch Performance-Verglei- beschäftigt sich seit 2013 mit verschiede-
Sprachen wie Java oder JavaScript sehr che mit MongoDB Atlas finden sich in [2], nen JSON-Funktionalitäten und dem SQL/
ähnlich, sodass sich SODA-Kenntnisse [3] und [4]. JSON-Standard.
leicht übertragen lassen. Die JSON-Coll-
ection ‚cities‘ ist nichts anderes als eine
System-generierte Tabelle mit einer JSON- Fazit
Spalte – sie lässt sich ohne Weiteres mit
SQL (z.B. JSON_TABLE) abfragen. Während gerade (jüngere) Entwickler
sich von Tabellen abwenden und JSON
als primäres Datenmodell bevorzugen
JSON-Type mit Binärformat (JavaScript im Brower, NodeJs im Ser-
ver und JSON in der Datenbank), so geht
JSON ist in der Regel ein String (UTF8 es hingegen bei erfolgreichen Projek-
Unicode), der bei Datenbank-Zugriffen ten vielmehr darum, die Stärken beider
erst geparst werden muss. Es gibt keine Modelle zu kombinieren. SQL mag für
Möglichkeit, irrelevante Werte zu über- einfache Operationen den Document
springen. Updates erfordern, dass der Store APIs unterlegen sein, spätestens
JSON-String neu erstellt werden muss. bei komplexeren Anfragen ist es jedoch
Aus diesem Grund hat Oracle in neue- eindeutig besser (und dank Optimizer
ren Releases ein binäres JSON-Format auch schneller). Bewährte relationa-
und einen neuen SQL-Datentyp ‚JSON‘ le Konzepte wie (Materialized) Views,
erstellt. Das Binärformat ist für schnel- Partitionen, Transaktionen, Stored Pro-
le Anfragen und Updates optimiert: Off- cedures sind natürlich auch relevant,
sets erlauben es, direkt zu selektierten wenn die Daten im JSON-Format vorlie-
Daten zu springen; Updates können gen. Mit Oracle als führende relationale
partiell durchgeführt werden und re- JSON-Datenbank ist der Nutzer auf der
duzieren so IO und Logs. Aus Benut- sicheren Seite: SQL und NoSQL-API las-
zersicht ändert sich wenig, da alle Opti- sen sich gemeinsam mit denselben Da-
mierungen transparent stattfinden. Das ten nutzen – ein von SODA eingefügtes
Binärformat (Format OSON) ist in al- JSON-Dokument kann sofort mit SQL re-
len 19c-Cloud-Datenbanken verfügbar. lational weiterverarbeitet werden und
JSON Type kann im 20c Preview Release relationale Ergebnisse lassen sich per
evaluiert werden [1]. JSON-Erzeugung auch SODA-Clients zur
Verfügung stellen. Ein Oracle-DBA kann
gesammeltes Wissen auch mit JSON
Autonomous JSON Database weiter anwenden.
Als neuestes Mitglied der Oracle Autono-
mous Databases gibt es seit August 2020 Quellen
die Autonomous JSON Database (AJD) – [1] https://blogs.oracle.com/jsondb/20cpreview
einen für JSON Workloads optimierten [2] https://www.oracle.com/autonomous-
Cloud-Service. AJD hat denselben Funk- database/autonomous-json-database/
[3] https://blogs.oracle.com/jsondb/
tionsumfang wir Autonomous Transac- autonomous-json-database
tion Processing (ATP), wird jedoch preis- [4] https://wikibon.com/oracle-autonomous- Beda Hammerschmidt
lich deutlich günstiger angeboten, um json-takes-on-document-dbs/ beda.hammerschmidt@oracle.com
Red Stack Magazin 01/2021 47Sie können auch lesen
