Effiziente datenpersistierung mit JPA 2.1 und Hibernate

Effiziente Datenpersistierungmit JPA 2.1

www.thoughts-on-java.org

Thorben Janssen

• Senior Entwickler und Architekt @ Qualitype GmbH

• CDI 2.0 (JSR 365) Expert Group Mitglied

• Twitter: @thjanssen123

• Blog: www.thoughts-on-java.org


Beispielanwendung



An

wen

du

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Was bedeutet Effizienz?


Performance

SpeicherplatzProduktivität Xwww.thoughts-on-java.org

X

Effi

zien

z

Performance


• Frühzeitiges Erkennen von Performanceproblemen

• Typische Ursachen von Performanceproblemen

• Performanceprobleme beheben und vermeiden


Perf

orm

ance

Auftreten von Performanceproblemen


• Ein Kunde meldet ein langsames System

• Der DBA fragt nach dem Grund für sehr viele (ähnliche) Abfragen

• Schlechte Performance beim Test der Anwendung

• Entwickler sieht auffällige Statistiken im Log


Perf

orm

ance

pro

ble

me

Hibernate Statistics


• Über Systemproperty aktivieren:

hibernate.generate_statistics = true

• Logging konfigurieren:

org.hibernate.stat = DEBUG


Hib

ern

ate

Stat

isti

cs

Demo (Projekt Model)


Ursachen von Performanceproblemen


• Langsame Select-Statements

• Falsche Fetch-Strategie

• Fehlendes Caching

• Laden nicht benötigter Daten

• Datensätze einzeln löschen oder ändern

• Logik in der Anwendung anstatt der Datenbank/Abfrage


Häu

fige

Urs

ach

en

1. Langsame Select-Statements


• Meistens kein „echtes“ JPA- oder Hibernateproblem

• Erzeugtes SQL überprüfen

• Indexe überprüfen

• Ausführungsplan des Statements überprüfen

• Ggf. Ergebnismenge beschränken (paging)

• Statement optimieren

• Native SQL-Statements verwenden, wenn JPQL nicht ausreicht


Lan

gsam

e Se

lect

s

• Schnellere Abfragen durch echtes SQL

• JPQL unterstützt nur ein Subset von SQL

• Datenbankspezifische SQL-Features

• Native Query liefert Object[] für jede Ergebniszeile

• Erfordert programmatisches oder deklaratives Mapping


Nat

ive

Qu

ery

• Deklaratives Mapping für Abfrageergebnisse

• Unterstützte Zieltypen:

• Entities

• Value Objekte

• Skalare


Res

ult

SetM

app

ing

Demo (Projekt NativeQuery)


2. Fetch-Strategien


• Statische Definition im Mapping

• Fragestellungen

• Wann soll geladen werden? FetchType

• Wie soll geladen werden? FetchMode


Fetc

h-S

trat

gien

2.1 FetchType


• Lazy

• Relation wird bei erstem Zugriff geladen

• Default für to-many Relationen

• Verwendet Proxies für to-one Relationen

• Eager

• Relation wird sofort geladen

• Default für to-one Relationen


Fetc

hTy

pe

• Hibernate erzeugt Proxy für lazy to-one-Relationen

• Proxy ist Subklasse der Entity

• Instanceof möglich

• Typecast auf Subklasse nicht möglich

• Alternative: bytecode enhancement ohne Proxy


To-o

ne

mit

Pro

xy

Demo (Projekt EagerLoading)


2.2 FetchMode


• Hibernate spezifisch

• Definiert wie Relationen geladen werden

• JOIN = im selben SELECT

• SELECT = 1 SELECT je Entity der Relation

• SUBSELECT = 1 SELECT für alle Entities der Relation

• BATCH = mehrere Entities der Relation je SELECT


Fetc

hM

od

e

Demo (Projekt EagerLoading)


• To-many-Relationen

• Default in Annotationen belassen (meist FetchType.LAZY)

• Eager fetching, wenn benötigt für Query definieren

• To-one-Relationen

• Einzeln prüfen, meist ist der default OK


Emp

feh

lun

g

2.3 QueryspezifischesFetching


• Entsteht, wenn lazy Relationen beim Zugriff nachgeladen werden

List<Author> authors = this.em.createQuery("SELECT a FROM Author a",

Author.class).getResultList();

for (Author a : authors) {

System.out.println("Author " + a.getFirstName() + " " + a.getLastName() + " wrote " + a.getBooks().stream().map(b -> b.getTitle()).collect(Collectors.joining(", ")));

}


N+1

Sel

ects

Demo (Projekt LazyLoading)


• Besser, benötigte Relationen direkt mit laden:

• (FetchType.EAGER)

• Fetch Join

• @NamedEntityGraph

• EntityGraph


N+1

Sel

ects

• Verwendung von JOIN FETCH anstatt JOIN in Abfrage

List<Author> authors = this.em.createQuery("SELECT DISTINCT a FROM Author a JOIN FETCH a.books b", Author.class).getResultList();

for (Author a : authors) {

System.out.println("Author " + a.getFirstName() + " " + a.getLastName() + " wrote " + a.getBooks().stream().map(b -> b.getTitle()).collect(Collectors.joining(", ")));

}


Fetc

hJo

in

• Vorteile:

• EntityManager lädt Relation in der selben Abfrage

• Nachteile:

• Spezielle Abfrage für jeden Use Case erforderlich

• Bildet kartesisches Produkt


Fetc

hJo

in

• Neu in JPA 2.1

• Definiert einen zu ladenden Entitätsgraphen

• @NamedEntityGraph

• @NamedAttributeNode

• @NamedSubGraph


Nam

edEn

tity

Gra

ph

• Fetchgraph

• Elemente des Graphen werden EAGER geladen

• Alle anderen werden LAZY geladen

• Loadgraph

• Elemente des Graphen werden EAGER geladen

• Alle anderen werden mit ihrem jeweiligen FetchType geladen

• ACHTUNG: Hibernate behandelt beides gleich!• HHH-8776


Nam

edEn

tity

Gra

ph

https://hibernate.atlassian.net/browse/HHH-8776

• Vorteile:

• Queryspezifisches EAGER-loading

• Definition des Graphen unabhängig von der Abfrage

• Nachteile:



Nam

edEn

tity

Gra

ph

• Neu in JPA 2.1

• Dynamische Variante des @NamedEntityGraph

• Definition mittels Java API

• EntityManager.createEntityGraph(Class entity)

• EntityGraph

• SubGraph


Enti

tyG

rap

h

• Vorteile:

• Queryspezifisches EAGER-loading

• Definition des Graphen unabhängig von der Abfrage

• Graph kann zur Laufzeit definiert werden

• Nachteile:



Enti

tyG

rap

h

3. Caching



DB

2nd Level Cache

1st Level Cache

HibernateSession

QueryCache

1st Level Cache

HibernateSession

Cac

hes

• 1st Level Cache

• An Session gebunden

• Per default aktiviert

• 2nd Level Cache

• Sessionübergreifend

• Konfiguration erforderlich

• Query Cache

• Sessionübergreifend

• Konfiguration erforderlich


Cac

hes

3.1 1st Level Cache


• Automatisch aktiviert

• Sessioninterner Speicher verwendeter Entities

• Zugriff erfolgt transparent


1st

Lev

el C

ach

e

Demo (Projekt 1stLevelCaching)


3.2 2nd Level Cache


• Sessionübergreifender Speicher für Entities

• Im default deaktiviert

• persistence.xml oder EntityManagerFactory

• Zugriff erfolgt transparent

• Muss nicht durch den Persistence Provider bereitgestellt werden

• u.U. nicht portierbar


2n

d L

evel

Cac

he

• Shared Cache Mode

• ALL alle Entities werden gecached

• NONE keine Entities werden gecached

• ENABLE_SELECTIVE Caching muss für Entities aktiviert werden

• DISABLE_SELECTIVE Caching kann für Entities deaktiviert werden

• UNSPECIFIED Verwendet das default caching des PersistenceProviders


2n

d L

evel

Cac

he

• Speichert die Entities in ‚dehydrated‘-Form

• Nur die Eigenschaften der Entity, nicht die Entity selbst

• 1 [„Joshua“, „Bloch“, 0]

• Relationen werden nicht mit gespeichert

• Caching mit @org.hibernate.annotations.Cache möglich


2n

d L

evel

Cac

he

Demo (Projekt 2ndLevelCaching)


• Verwendung des Cache konfigurieren

• Cache Retrieve Mode

• Definiert wie Daten aus dem Cache gelesen werden

• Cache Store Mode

• Definiert wie Daten in den Cache geschrieben werden


2n

d L

evel

Cac

he

• Cache Retrieve Mode

• CacheRetrieveMode.USE (default)

• Daten werden aus Cache gelesen

• CacheRetrieveMode.BYPASS

• Daten werden aus DB gelesen


2n

d L

evel

Cac

he

• Cache Store Mode

• CacheStoreMode.USE (default)

• Cache wird beim commit erzeugt oder aktualisiert

• Aktualisierung wird bei nur lesendem Zugriff nicht erzwungen

• CacheStoreMode.BYPASS

• Cache wird nur aktualisiert, nicht angelegt

• CacheStoreMode.REFRESH

• Cache wird beim commit erzeugt oder aktualisiert

• Aktualisierung wird bei nur lesendem Zugriff erzwungen


2n

d L

evel

Cac

he

Demo (Projekt 2ndLevelCaching)


• Concurrency Strategy

• JPA: Definition erfolgt global

• Hibernate: Definition erfolgt spezifisch für jede Entity

• @org.hibernate.annotations.Cache


2n

d L

evel

Cac

he

• Concurrency Strategy

• Read-only

• Read-write• Nicht für serializable transaction isolation verwendbar

• Nonstrict-read-write• Keine strict transaction isolation

• Transactional• Benötigt JTA• Z.B. Infinispan, EHCache


2n

d L

evel

Cac

he

3.3 Query Cache


• Hibernate spezifisch

• Sessionübergreifender Speicher von Abfrageergebnissen

• Im default deaktiviert

• persistence.xml: hibernate.cache.use_query_cache = true

• Caching muss für Query aktiviert werden• org.hibernate.Query.setCacheable(true)

• @NamedQuery(… hints = @QueryHint(name="org.hibernate.cacheable", value="true"))


Qu

ery

Cac

he

• Speichert Ergebnis für Abfrage mit Parametern

• [„FROM Author WHERE id=?“, 1] [1]

• Speichert nur Referenzen auf Entitäten oder Skalare

• Immer mit 2nd Level Cache kombinieren


Qu

ery

Cac

he

Demo (Projekt QueryCaching)


• Nur Daten mit geringer Änderungsrate cachen

• Cache nicht ohne Benchmark einführen

• Query Cache und 2nd Level Cache gemeinsam nutzen

• Konfigurationen aufeinander abstimmen


Emp

feh

lun

g

• JSR 338: JavaTM Persistence API, Version 2.1 http://download.oracle.com/otndocs/jcp/persistence-2_1-fr-eval-spec/index.html

• Hibernate Reference Documentationhttp://docs.jboss.org/hibernate/orm/4.3/manual/en-US/html/

• Hibernate Developer Guide http://docs.jboss.org/hibernate/orm/4.3/devguide/en-US/html/

• Hibernate ORM: Tips, Tricks and Performance Techniques by Brett Meyer http://de.slideshare.net/brmeyer/hibernate-orm-performance-31550150

• Java Persistence with Hibernate Second Edition by Christian Bauer, Gaving King, Gary Gregory


Qu

elle

n

http://download.oracle.com/otndocs/jcp/persistence-2_1-fr-eval-spec/index.html

http://docs.jboss.org/hibernate/orm/4.3/manual/en-US/html/

http://docs.jboss.org/hibernate/orm/4.3/devguide/en-US/html/

http://de.slideshare.net/brmeyer/hibernate-orm-performance-31550150

• Java Platform, Enterprise Edition: The Java EE Tutorial https://docs.oracle.com/javaee/7/tutorial/index.html

• Hibernate: Truly Understanding the Second-Level and Query Caches http://www.javalobby.org/java/forums/t48846.html


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https://docs.oracle.com/javaee/7/tutorial/index.html

http://www.javalobby.org/java/forums/t48846.html

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