035.3 Lektion 1

Die Structured Query Language ist spezifisch für Datenbanken. Schreib- und Leseoperationen werden in Sätzen ausgedrückt, die Statements (Anweisungen) und Queries (Abfragen) genannt werden. Sowohl Anweisungen als auch Abfragen bestehen aus Clauses (Klauseln), die die Bedingungen für die Ausführung der Operation festlegen.

Namen und E-Mail-Adressen können zum Beispiel in einer Datenbanktabelle gespeichert werden, die die Felder name und email enthält. Eine Datenbank kann mehrere Tabellen enthalten, so dass jede Tabelle einen eindeutigen Namen haben muss. Wenn wir den Namen contacts für die Tabelle der Namen und E-Mail-Adressen verwenden, kann ein neuer Datensatz mit dem folgenden Statement eingefügt werden:

Diese Einfügeanweisung besteht aus der Klausel INSERT INTO, die die Tabelle und die Felder definiert, in die die Daten eingefügt werden sollen. Die zweite Klausel, VALUES, legt die Werte fest, die eingefügt werden. Es ist nicht notwendig, Klauseln mit Großbuchstaben zu schreiben, aber es ist gängige Praxis, um SQL-Schlüsselwörter innerhalb einer Anweisung oder Abfrage besser zu erkennen.

Eine Abfrage der Tabelle contacts erfolgt auf ähnliche Weise, jedoch unter Verwendung der Klausel SELECT:

In diesem Fall wählt die Klausel SELECT email ein Feld aus den Einträgen in der Tabelle contacts aus. Die WHERE-Klausel schränkt die Abfrage auf bestimmte Zeilen ein:

SQL verfügt über viele weitere Klauseln, von denen wir einige in späteren Abschnitten betrachten werden. Aber zuerst müssen wir die SQL-Datenbank in Node.js integrieren.

SQLite ist wahrscheinlich die einfachste Lösung für die Einbindung von SQL-Datenbankfunktionen in eine Anwendung. Im Gegensatz zu anderen gängigen Datenbankmanagementsystemen ist SQLite kein Datenbankserver, mit dem sich ein Client verbindet. Stattdessen bietet SQLite eine Reihe von Funktionen, mit denen der Entwickler eine Datenbank wie eine herkömmliche Datei erstellt. Im Falle eines mit Node.js Express implementierten HTTP-Servers befindet sich diese Datei normalerweise im selben Verzeichnis wie das Serverskript.

Bevor Sie SQLite in Node.js verwenden, müssen Sie das Modul sqlite3 installieren. Führen Sie den folgenden Befehl im Installationsverzeichnis des Servers aus, d.h. in dem Verzeichnis, in dem sich das Node.js-Skript befindet, das Sie ausführen werden:

Beachten Sie, dass es mehrere Module gibt, die SQLite unterstützen, wie z.B. better-sqlite3, deren Verwendung sich geringfügig von sqlite3 unterscheidet. Die Beispiele in dieser Lektion gelten für das Modul sqlite3, daher könnten sie nicht wie erwartet funktionieren, wenn Sie ein anderes Modul wählen.

Um zu demonstrieren, wie ein Node.js-Express-Server mit einer SQL-Datenbank arbeitet, schreiben wir ein Skript, das Nachrichten speichert und anzeigt, die von einem durch ein Cookie identifizierten Client gesendet werden. Der Client sendet die Nachrichten über die HTTP-POST-Methode, und die Serverantwort kann als JSON oder HTML (aus einem Template) formatiert werden, je nach dem vom Client gewünschten Format. In dieser Lektion wird nicht im Detail auf die Verwendung von HTTP-Methoden, Cookies und Vorlagen eingegangen. Die hier gezeigten Code-Ausschnitte gehen davon aus, dass Sie bereits einen Node.js-Express-Server haben, auf dem diese Funktionen konfiguriert und verfügbar sind.

Am einfachsten lassen sich die vom Client gesendeten Nachrichten in einem globalen Array speichern, in dem jede zuvor gesendete Nachricht mit einem eindeutigen Identifikationsschlüssel für jeden Client verknüpft ist. Dieser Schlüssel wird dem Client als Cookie übermittelt, das dem Server bei künftigen Anfragen zum Abrufen früherer Nachrichten vorgelegt wird.

Dieser Ansatz hat jedoch einen Schwachpunkt: Da die Nachrichten nur in einem globalen Array gespeichert werden, gehen alle Nachrichten verloren, sobald die aktuelle Serversitzung beendet wird. Einer der Vorteile der Arbeit mit Datenbanken besteht darin, dass die Daten dauerhaft gespeichert werden und nicht verloren gehen, wenn der Server neu gestartet wird.

Mit der Datei index.js als Hauptskript des Servers binden wir das Modul sqlite3 ein und geben die Datei an, die als Datenbank dient:

Falls noch nicht vorhanden, wird die Datei messages.sqlite3 im selben Verzeichnis wie die Datei index.js erstellt. In dieser einen Datei werden alle Strukturen und die entsprechenden Daten gespeichert. Alle Datenbankoperationen, die im Skript ausgeführt werden, werden durch die Konstante db vermittelt, die der Name des neuen sqlite3-Objekts ist, das die Datei messages.sqlite3 öffnet.

Es können keine Daten in die Datenbank eingefügt werden, bevor nicht mindestens eine Tabelle erstellt wurde. Tabellen werden mit der Anweisung CREATE TABLE erzeugt:

Die Methode db.run() dient dazu, SQL-Anweisungen in der Datenbank auszuführen. Die Anweisung selbst wird als Parameter für die Methode geschrieben. Obwohl SQL-Anweisungen mit einem Semikolon enden müssen, wenn sie in einem Befehlszeilenprozessor eingegeben werden, ist das Semikolon bei Anweisungen, die als Parameter in einem Programm übergeben werden, optional.

Da die Methode run jedes Mal ausgeführt wird, wenn das Skript mit node index.js ausgeführt wird, enthält die SQL-Anweisung die Bedingungsklausel IF NOT EXISTS, um Fehler bei künftigen Ausführungen zu vermeiden, wenn die Tabelle messages bereits existiert.

Die Felder, aus denen die Tabelle messages besteht, sind id, uuid und message. Das Feld id ist eine eindeutige Ganzzahl, die der Identifizierung jedes Eintrags in der Tabelle dient; daher wird es als PRIMARY KEY angelegt. Primärschlüssel können nicht ungültig sein, und es kann nicht zwei identische Primärschlüssel in derselben Tabelle geben. Daher hat fast jede SQL-Tabelle einen Primärschlüssel, um den Inhalt der Tabelle zu verfolgen. Obwohl es möglich ist, den Wert für den Primärschlüssel eines neuen Datensatzes explizit zu wählen (sofern er noch nicht in der Tabelle existiert), ist es praktisch, wenn der Schlüssel automatisch erzeugt wird. Das AUTOINCREMENT-Flag im id-Feld dient diesem Zweck.

Die Felder uuid und message speichern die Client-Identifikation bzw. den Inhalt der Nachricht. Ein Feld vom Typ CHAR(36) speichert eine feste Anzahl von 36 Zeichen, und ein Feld vom Typ TEXT speichert Texte beliebiger Länge.

Die Hauptfunktion unseres Beispielservers besteht darin, Nachrichten zu speichern, die mit dem Client verknüpft sind, der sie gesendet hat. Der Client sendet die Nachricht im Feld message im Body der mit der HTTP-POST-Methode gesendeten Anfrage. Die Identifikation des Clients befindet sich in einem Cookie namens uuid. Mit diesen Informationen können wir die Express-Route schreiben, um neue Nachrichten in die Datenbank einzufügen:

Dieses Mal führt die Methode db.run() eine Einfügeanweisung aus, aber beachten Sie, dass uuid und req.body.message nicht direkt in die Anweisungszeile geschrieben werden. Stattdessen wurden die Werte durch Fragezeichen ersetzt. Jedes Fragezeichen entspricht einem Parameter, der der SQL-Anweisung in der Methode db.run() folgt.

Die Fragezeichen als Platzhalter in der Anweisung, die in der Datenbank ausgeführt wird, erleichtert es SQLite, zwischen den statischen Elementen der Anweisung und den variablen Daten zu unterscheiden. Diese Strategie ermöglicht es SQLite, den Inhalt der Variablen, die Teil der Anweisung sind, zu übergehen (escape) oder zu entfernen (sanitize), was eine häufige Sicherheitslücke namens SQL Injection schließt. Bei diesem Angriff fügen böswillige Benutzer SQL-Anweisungen in die Variablendaten ein, in der Hoffnung, dass die Anweisungen versehentlich ausgeführt werden. Die Bereinigung vereitelt den Angriff, indem gefährliche Zeichen in den Daten deaktiviert werden.

Wie im Beispielcode gezeigt, wollen wir mit derselben Route neue Nachrichten in die Datenbank einfügen und die Liste der zuvor gesendeten Nachrichten erstellen. Die Methode db.all() gibt die Sammlung aller Einträge in der Tabelle zurück, die den in der Abfrage definierten Kriterien entsprechen.

Im Gegensatz zu den Anweisungen, die von db.run() ausgeführt werden, erzeugt db.all() eine Liste von Datensätzen, die von der im letzten Parameter angegebenen Pfeilfunktion verarbeitet werden:

Diese Funktion benötigt wiederum zwei Parameter: err und rows. Der Parameter err wird verwendet, wenn ein Fehler auftritt, der die Ausführung der Abfrage verhindert. Bei Erfolg sind alle Datensätze im Array rows verfügbar, wobei jedes Element ein Objekt ist, das einem einzelnen Datensatz der Tabelle entspricht. Die Eigenschaften dieses Objekts entsprechen den in der Abfrage angegebenen Feldnamen: uuid und message.

Das Array rows ist eine JavaScript-Datenstruktur. Als solche kann es verwendet werden, um Antworten mit Methoden zu generieren, die von Express bereitgestellt werden, wie res.json() und res.render(). Wird es innerhalb eines EJS-Templates gerendert, kann eine herkömmliche Schleife alle Datensätze auflisten:

Anstatt das Array rows mit allen von der Abfrage zurückgegebenen Datensätzen zu füllen, kann es in manchen Fällen bequemer sein, jeden Datensatz einzeln mit der Methode db.each() zu behandeln. Die Syntax der Methode db.each() ist ähnlich wie die der Methode db.all(), aber der Parameter row in (err, row) => {} entspricht jeweils einem einzelnen Datensatz.

Bislang kann unser Client nur Nachrichten auf dem Server hinzufügen und abfragen. Da der Client nun die id der zuvor gesendeten Nachrichten kennt, können wir eine Funktion zur Änderung eines bestimmten Datensatzes implementieren. Die geänderte Nachricht kann auch an eine HTTP-POST-Methoden-Route gesendet werden, aber diesmal mit einem Routen-Parameter, um die vom Client im Anforderungspfad angegebene id zu erfassen:

Diese Route zeigt, wie Sie mit den Klauseln UPDATE und WHERE einen bestehenden Datensatz ändern. Ein wichtiger Unterschied zu den vorherigen Beispielen sind benannte Parameter, bei denen die Werte in einem einzigen Objekt (param) gebündelt und an die Methode db.run() übergeben werden, anstatt jeden Wert einzeln anzugeben. In diesem Fall sind die Feldnamen (mit vorangestelltem $) die Eigenschaften des Objekts. Benannte Parameter erlauben die Verwendung von Feldnamen (mit vorangestelltem $) als Platzhalter anstelle von Fragezeichen.

Eine Anweisung wie die im Beispiel führt zu keiner Änderung in der Datenbank, wenn die in der WHERE-Klausel genannte Bedingung nicht auf einen Datensatz in der Tabelle zutrifft. Um auszuwerten, ob irgendwelche Datensätze durch die Anweisung geändert wurden, hilft eine Callback-Funktion als letzter Parameter der Methode db.run(). Innerhalb der Funktion kann die Anzahl der geänderten Datensätze aus this.changes abgefragt werden. Beachten Sie, dass Pfeilfunktionen in diesem Fall nicht verwendet werden können, da nur reguläre Funktionen der Form function(){} das this-Objekt definieren.

Das Löschen eines Datensatzes ist dem Ändern eines Datensatzes sehr ähnlich. Wir können zum Beispiel weiterhin den Routenparameter :id verwenden, um die zu löschende Nachricht zu identifizieren, aber dieses Mal in einer Route, die von der HTTP-DELETE-Methode des Clients aufgerufen wird:

Mit der Klausel DELETE FROM löschen Sie Datensätze aus einer Tabelle. Wir nutzen wieder die Callback-Funktion, um zu ermitteln, wie viele Einträge aus der Tabelle entfernt wurden.

Sobald das Objekt db definiert ist, kann während der Skriptausführung jederzeit darauf verwiesen werden, da die Datenbankdatei während der aktuellen Sitzung geöffnet bleibt. Es ist nicht üblich, die Datenbank zu schließen, während das Skript läuft.

Eine Funktion zum Schließen der Datenbank ist jedoch nützlich, um ein abruptes Schließen der Datenbank bei Beendigung des Serverprozesses zu vermeiden. Auch wenn es unwahrscheinlich ist, kann ein abruptes Schließen der Datenbank zu Inkonsistenzen führen, wenn die Daten im Speicher noch nicht in die Datei übertragen wurden. Ein abruptes Herunterfahren der Datenbank mit Datenverlust kann z.B. auftreten, wenn das Skript vom Benutzer durch Drücken der Tastenkombination Strg+C beendet wird.

In dem soeben beschriebenen Szenario Strg+C kann die Methode process.on() die vom Betriebssystem gesendeten Signale abfangen und ein geordnetes Herunterfahren sowohl der Datenbank als auch des Servers durchführen:

Die Tastenkombination Strg+C ruft das Betriebssystemsignal SIGINT auf, das ein Vordergrundprogramm im Terminal beendet. Bevor der Prozess beim Empfang des Signals SIGINT beendet wird, ruft das System die Callback-Funktion auf (der letzte Parameter in der Methode process.on()). In die Callback-Funktion kann beliebiger Aufräumcode eingefügt werden, insbesondere die Methode db.close() zum Schließen der Datenbank und server.close(), mit der die Express-Instanz selbst ordnungsgemäß geschlossen wird.