High-Performance Java Persistence

245 Pages·2016·15.593 MB·English

by  Vlad Mihalcea

High-Performance Java Persistence
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Vlad Mihalcea
© 2015 - 2016 Vlad Mihalcea
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Contents
I Introduction
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1. Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.1 Thedatabaseserverandtheconnectivitylayer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2 Theapplicationdataaccesslayer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2.1 TheORMframework . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2.2 Thenativequerybuilderframework . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2. PerformanceandScaling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.1 Responsetimeandthroughput . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2 Databaseconnectionsboundaries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.3 Scalingupandscalingout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.3.1 Master-Slavereplication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.3.2 Multi-Masterreplication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.3.3 Sharding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
II JDBC and Database Essentials
. . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3. JDBCConnectionManagement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.1 DriverManager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.2 DataSource . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.2.1 Whyispoolingsomuchfaster? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.3 Queuingtheorycapacityplanning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.4 Practicaldatabaseconnectionprovisioning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.4.1 Areal-lifeconnectionpoolmonitoringexample . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.4.1.1 Concurrentconnectionrequestcountmetric . . . . . . . . . . . . . . 28
3.4.1.2 Concurrentconnectioncountmetric . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.4.1.3 Maximumpoolsizemetric . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.4.1.4 Connectionacquisitiontimemetric . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.4.1.5 Retryattemptsmetric . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.4.1.6 Overallconnectionacquisitiontimemetric . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.4.1.7 Connectionleasetimemetric . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4. BatchUpdates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
CONTENTS
4.1 BatchingStatements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.2 BatchingPreparedStatements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
4.2.1 Choosingtherightbatchsize . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
4.2.2 Bulkoperations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.3 Retrievingauto-generatedkeys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.3.1 Sequencestotherescue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
5. StatementCaching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
5.1 Statementlifecycle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
5.1.1 Parser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
5.1.2 Optimizer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
5.1.2.1 Executionplanvisualization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
5.1.3 Executor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
5.2 Cachingperformancegain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
5.3 Server-sidestatementcaching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
5.3.1 Bind-sensitiveexecutionplans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
5.4 Client-sidestatementcaching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
6. ResultSetFetching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
6.1 ResultSetscrollability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
6.2 ResultSetchangeability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
6.3 ResultSetholdability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
6.4 Fetchingsize . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
6.5 ResultSetsize . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
6.5.1 Toomanyrows . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
6.5.1.1 SQLlimitclause . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
6.5.1.2 JDBCmaxrows . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
6.5.1.3 Lessismore . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
6.5.2 Toomanycolumns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
7. Transactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
7.1 Atomicity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
7.2 Consistency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
7.3 Isolation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
7.3.1 Concurrencycontrol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
7.3.1.1 Two-phaselocking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
7.3.1.2 Multi-VersionConcurrencyControl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
7.3.2 Phenomena . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
7.3.2.1 Dirtywrite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
7.3.2.2 Dirtyread . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
7.3.2.3 Non-repeatableread . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
7.3.2.4 Phantomread . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
7.3.2.5 Readskew . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
CONTENTS
7.3.2.6 Writeskew . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
7.3.2.7 Lostupdate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
7.3.3 Isolationlevels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
7.3.3.1 ReadUncommitted . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
7.3.3.2 ReadCommitted . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
7.3.3.3 RepeatableRead . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
7.3.3.4 Serializable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
7.4 Durability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
7.5 Read-onlytransactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
7.5.1 Read-onlytransactionrouting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
7.6 Transactionboundaries . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
7.6.1 Distributedtransactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
7.6.1.1 Two-phasecommit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
7.6.2 Declarativetransactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
7.7 Application-leveltransactions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
7.7.1 Pessimisticandoptimisticlocking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
7.7.1.1 Pessimisticlocking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
7.7.1.2 Optimisticlocking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
III JPA and Hibernate
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
8. WhyJPAandHibernatematter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
8.1 Theimpedancemismatch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
8.2 JPAvsHibernate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
8.3 Schemaownership . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
8.4 Write-basedoptimizations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
8.5 Read-basedoptimizations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
8.6 Wrap-up . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
9. ConnectionManagementandMonitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
9.1 JPAconnectionmanagement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
9.2 Hibernateconnectionproviders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
9.2.1 DriverManagerConnectionProvider . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
9.2.2 C3P0ConnectionProvider . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
9.2.3 HikariConnectionProvider . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
9.2.4 DatasourceConnectionProvider . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
9.2.5 Connectionreleasemodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
9.3 Monitoringconnections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
9.3.1 Hibernatestatistics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
9.3.1.1 Customizingstatistics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
9.4 Statementlogging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
9.4.1 Statementformatting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
CONTENTS
9.4.2 Statement-levelcomments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
9.4.3 Loggingparameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
9.4.3.1 DataSource-proxy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
9.4.3.2 P6Spy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
10. MappingTypesandIdentifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
10.1 Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
10.1.1 Primitivetypes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
10.1.2 Stringtypes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
10.1.3 DateandTimetypes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
10.1.4 Numerictypes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
10.1.5 Binarytypes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
10.1.6 UUIDtypes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
10.1.7 Othertypes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
10.1.8 Customtypes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
10.2 Identifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
10.2.1 UUIDidentifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
10.2.1.1 Theassignedgenerator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
10.2.2 ThelegacyUUIDgenerator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
10.2.2.1 ThenewerUUIDgenerator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
10.2.3 Numericalidentifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
10.2.3.1 Identitygenerator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
10.2.3.2 Sequencegenerator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
10.2.3.3 Tablegenerator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
10.2.3.4 Optimizers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
10.2.3.4.1 Thehi/loalgorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
10.2.3.4.2 Thedefaultsequenceidentifiergenerator . . . . . . . . . . . 176
10.2.3.4.3 Thedefaulttableidentifiergenerator . . . . . . . . . . . . . . 177
10.2.3.4.4 Thepooledoptimizer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
10.2.3.4.5 Thepooled-looptimizer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
10.2.3.5 Optimizergain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
10.2.3.5.1 Sequencegeneratorperformancegain . . . . . . . . . . . . . 181
10.2.3.5.2 Tablegeneratorperformancegain . . . . . . . . . . . . . . . 182
10.2.3.6 Identifiergeneratorperformance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
11. Relationships . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
11.1 Relationshiptypes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
11.2 @ManyToOne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
11.3 @OneToMany . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
11.3.1 Bidirectional@OneToMany . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
11.3.2 Unidirectional@OneToMany . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
11.3.3 Orderedunidirectional@OneToMany . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
11.3.3.1 @ElementCollection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
CONTENTS
11.3.4 @OneToManywith@JoinColumn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
11.4 @OneToOne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
11.4.1 Unidirectional@OneToOne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
11.4.2 Bidirectional@OneToOne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
11.5 @ManyToMany . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
11.5.1 Unidirectional@ManyToMany . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
11.5.2 Bidirectional@ManyToMany . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
11.5.3 The@OneToManyalternative . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
12. Inheritance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
12.1 Singletable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
12.2 Jointable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
12.3 Table-per-class . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
12.4 Mappedsuperclass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
CONTENTS i
Publisher:
VladMihalcea
Jupiter9/27
900492Cluj-Napoca
Romania
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