Getting started MySQL as Document Data Store

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Getting started MySQL
as Document Data Store
Chihiro Ito (@chiroito)
Technologist & Oracle Groundbreaker Advocate
Oracle Japan
March 26, 2019 @Oracle MySQL Cafe #2
April 19, 2019 @中国地方DB勉強会 in 沖縄
April 20, 2019 @Open Source Conference 2019 OKINAWA

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• Chihiro Ito (@chiroito)
• ex Consultant for App/MW Architect
• Technologist @Oracle Japan
• Oracle Groundbreaker Advocate
• OpenJDK Author
• MySQL Beginner
Speaker
Oracle | OSS

Introduction
3

What's X DevAPI?
• This slide doesn't explain what's X DevAPI.
• If you would like to know it, please google X DevAPI.
• This slide explains X DevAPI using the code.
• NOTICE
– Sample code is focused on understanding X DevAPI.
– Therefore, some code is not suitable for production applications.
4
X DevAPIについての資料はインターネット上にたくさんあるのでそちらをご覧ください。今回はコードで説明します。
このスライドに登場するコードはX DevAPI の理解に焦点をあてているため、実際のアプリケーションには適さないコードを含んでいますのでご注意下さい。

Developers develop as follows, before
String url = "jdbc:mysql://localhost/foo";
Connection con = DriverManager.getConnection(url, "user", "pw");
PreparedStatement stmt =
con.prepareStatement("SELECT * FROM area WHERE id=?");
stmt.setInt(1, 1);
ResultSet resultSet = stmt.executeQuery();
while( resultSet.next() ) {
System.out.println(resultSet.getString("name"));
}
5
以前、開発者はこのコードのように JDBC を使用してMySQLとやりとりしていました。

Now that developers can develop as follows
String url = "mysqlx://user:pw@127.0.0.1:33060/foo";
SessionFactory sf = new SessionFactory();
Session session = sf.getSession(url);
Schema foo = session.getDefaultSchema();
foo.getTable("area").getOne("1").execute()
.forEach(d->System.out.println(d.getString("name")));
6
これからはこのように流れるようなインターフェース（Fluent interface）でアプリケーションを開発できます。

• Bulletin board system
• Each BBS specialized in area
7
Demo scenario
Taro
How is MySQL?
xxxxxxxxxxxxxxxxx
xxxxxxxxxxxxxxxxx
xxxxxxxxxxx Cool !
Hanako
What is green tea?
xxxxxxxxxxxxxxxxx
xxxxxxxxxxxxxxxxx
xxxxxxxxxxx Good !
User Name
Title
Text
本スライドにはいくつかのデモを含みます。デモで使用するシステムは地域を意識した掲示板システムをイメージしてます。

•Contents
–Title
–Text
–User Id
–Area Id
•User
–Name
8
•Area
–ID
–Name
Sample Data on this demo
Collection Table
デモシステムで使用するデータは3種類です。
システムの成長に合わせて型が変りそうなコンテンツとユーザの情報はコレクションとし、変らなさそうな地域のマスタ情報はテーブルとします。
Data models are likely to change in the future. Data model is hard to change.

Memo
• See executed SQL Log
– C:¥ProgramData¥MySQL¥MySQL Server 8.0¥Data¥%HOSTNAME%.log
– MySQL Workbench – [INSTANCE] – [Server Logs] – [General Log File]
• Execute SQL on MySQL Shell
1. Launch MySQL Shell
2. ¥connect --mysqlx <User>@localhost
3. ¥sql;
• Sample source code
– https://github.com/chiroito/msql_document_store
9

Preparation code for use
as a document store
10

Session
• Create/get schema
• Begin/commit/rollback
Schema
• Create/get collection
• Create/get Table
11
Collection
– Manage JSON (Find, Add, etc)
– ID field is created by X DevAPI
Table
• Manage tables (Select, Insert, etc)
• collection can be used as table
What should developers know in X DevAPI
X DevAPIを使う上で覚える必要があるインターフェースはこの4つです。
あとは流れるようなインターフェースでコードを書くためあまりインターフェースやクラスを意識しません。

Relation of classes in X DevAPI
Schema Collection
create/get
Session
Table
create/get
get
先ほどの4つのインターフェースの関係です。
SessionFactoryクラスを使ってSessionオブジェクトを作成し、SessionオブジェクトはSchemaを作成したり取得します。
SchemaオブジェクトはCollectionオブジェクトの作成や取得とTableオブジェクトを取得します。

Connect to MySQL using X DevAPI
String url = "mysqlx://user:pw@127.0.0.1:33060";
SessionFactory sf = new SessionFactory();
Session session = sf.getSession(url);
// code
session.close();
13
Java
X DevAPIを使用してMySQLへ接続します。
プロトコル、ユーザ名、パスワード、ホスト名、ポート番号を組み合わせてURLとしてSessionFactoryオブジェクトのgetSessionメソッドの引数に指定します。
プロトコルはmysqlx、デフォルトのポート番号は33060となり、JDBCでMySQLへ接続するときのプロトコル、ポート番号とは異なるので注意して下さい。

Create and drop schema
14
Schema foo = session.createSchema("foo");
// code
session.dropSchema(foo.getName());
CREATE DATABASE `foo`
DROP DATABASE `foo`
SQL
Java
スキーマを作成し、削除してみます。
SessionオブジェクトのcreateSchemaメソッドを使ってDBのスキーマとSchemaオブジェクトを作成し、dropSchemaメソッドでDBのスキーマを削除します。
どちらのメソッドも引数にはスキーマの名前を指定します。これによりCREATE DATABASEとDROP DATABASEが実行されます。

Create and drop collection
15
Collection contents = foo.createCollection("contents");
// code
foo.dropCollection(contents.getName());
CREATE TABLE `foo`.`contents` (
doc JSON,
_id VARBINARY(32) GENERATED ALWAYS AS(JSON_UNQUOTE(JSON_EXTRACT(doc, '$._id')))
STORED PRIMARY KEY
) CHARSET utf8mb4 ENGINE=InnoDB
DROP TABLE `foo`.`contents`
SQL
Java
コレクションを作成し、削除します。
SchemaオブジェクトのcreateCollectionメソッドでCollectionオブジェクトを作成し、dropCollectionメソッドで削除します。どちらも引数にコレクション名を指定します。
createCollectionを実行するとコレクションに相当する表が作成されます。表はJSON型のdoc列と、docに含まれる$._idから作成された_id列によって構成されます。

Use collection as table
Table contents = foo.getCollectionAsTable("Contents");
16
SELECT T.table_name AS name,
IF(ANY_VALUE(T.table_type) LIKE '%VIEW',IF(COUNT(*)=1 AND COUNT(CASE WHEN (column_name = 'doc' AND
data_type = 'json') THEN 1 ELSE NULL END)=1, 'COLLECTION_VIEW', 'VIEW'), IF(COUNT(*)-2 = COUNT(CASE
WHEN (column_name != '_id' AND column_name != 'doc' AND generation_expression RLIKE
'json_extract¥¥(`doc`,(_[[:alnum:]]+)?¥¥¥¥''¥¥$((¥¥*{2})?(¥¥[([[:digit:]]+|¥¥*)¥¥]|¥¥.([[:alpha:]_¥¥
$][[:alnum:]_¥¥$]*|¥¥*|¥¥".*¥¥")))*¥¥¥¥''¥¥)') THEN 1 ELSE NULL END) AND COUNT(CASE WHEN
(column_name = 'doc' AND data_type = 'json') THEN 1 ELSE NULL END)=1 AND COUNT(CASE WHEN
(column_name = '_id' AND generation_expression RLIKE
'^json_unquote¥¥(json_extract¥¥(`doc`,(_[[:alnum:]]+)?¥¥¥¥''¥¥$¥¥._id¥¥¥¥''¥¥)¥¥)$') THEN 1 ELSE
NULL END)=1, 'COLLECTION', 'TABLE')) AS type
FROM information_schema.tables AS T LEFT JOIN information_schema.columns AS C ON (T.table_schema =
C.table_schema AND T.table_name = C.table_name)
WHERE T.table_schema = 'foo' AND T.table_name LIKE 'fo%' GROUP BY name ORDER BY name
Java
SQL
X DevAPIには、コレクションを表として使う機能があります。
SchemaオブジェクトのgetCollectionAsTableメソッドにコレクション名を指定することでTableオブジェクトを取得します。
これにより、非常に複雑なSELECT文が実行されます。

Demo #1
1. Show all schemas
2. Create schema "foo"
3. Show all schemas again
4. Create Collection "Contents"
5. Show "Contents"
17

Demo #1
Schema foo = session.createSchema("foo", true);
Collection contents = foo.createCollection("contents", true);
1. Show all schemas
2. Create schema "foo"
3. Show all schemas again
4. Create Collection "Contents"
5. Show "Contents"

MySQL as document store
19

Table
• Select
• Insert
• Update
• Delete
Collection
• Find
• Add
• Modify/Replace
• Remove
20
Each Class has similar access methods
TableインターフェースとCollectionインターフェースは同じような機能のメソッドを持っています。
Tableオブジェクトを扱うときは検索にselect、新規作成にinsert、更新にupdate、削除にdeleteのメソッドをそれぞれ使用します。
Collectionオブジェクトを扱うときは検索にfind、新規作成にadd、更新にmodify/replace、削除にremoveのメソッドをそれぞれ使用します。

Relation of classes for query
Collection
execute
replace, removeOne
getOne
DocResult
DbDoc
Result
AddResult
find
add
FindStatement
ModifyStatement
AddStatement
RemoveStatement
modify
remove
execute
execute
execute
流れるようなインターフェースで開発するため、間で生成されるクラスを意識することはあまりないですが、Collectionオブジェクトは以下の2パターンのメソッドを持ちます。
・Collectionオブジェクトのメソッドを用いてクエリに該当する各種Statementを作成し、Statementのexecuteメソッドを実行して結果に該当するResultを得る
・CollectionオブジェクトのメソッドにドキュメントのIDを指定してResultやドキュメントを得る

Sample data
{
"title" :"MySQL Document store",
"text" :"Cool!",
"area" :"1",
"user" :"00005c96cc540000001"
}
String content =
このスライドからいくつかCRUDのサンプルが続きますのでサンプルデータを用意します。
取り扱えるデータ型はJavaの場合、JSONのStringオブジェクト、JSONの各要素をキーバリューで格納したMap、X DevAPI独自のDbDocオブジェクトが扱えます。
今回使用するサンプルデータは掲示板のコンテンツを表す上記のJSONをStringクラスのcontentという変数に格納して使います。

Add a document
23
AddStatement stmt = contents.add(content);
AddResult result = stmt.execute();
INSERT INTO `foo`.`contents` (doc)
VALUES (JSON_SET(
'{¥"area¥":¥"1¥",¥"text¥":¥"Cool!¥",¥"title¥":¥"MySQL Document store¥",
¥"user¥":¥"00005c96cc540000001¥"}', '$._id', '00005c73ba83000000000000004a'
))
SQL
Java
ドキュメントをコンテンツコレクションへ格納します。
Collectionオブジェクトのaddメソッドに格納したいドキュメントを引数として与えAddStatementオブジェクトを作成し、executeで実行します。
これによりJavaでaddしたJSONに_idフィールドが追加されたJSONを格納するINSERT文を実行します。

Find all documents
24
FindStatement stmt = contents.find();
DocResult result = stmt.execute();
SELECT doc
FROM `foo`.`contents`
SQL
Java
コンテンツコレクションに含まれる全てのドキュメントを取得します。
全てのドキュメントを取得するにはCollectionオブジェクトのfindメソッドに引数を与えずFindStatementオブジェクトを作成し、executeを実行します。
これによりWHERE句の無いSELECT文を実行します。

Find document by field
25
FindStatement stmt = contents.find("$.area=:A").bind("A", "1");
DocResult result = stmt.execute();
List<DbDoc> docs = findResult.fetchAll();
SELECT doc FROM `foo`.`contents`
WHERE (JSON_EXTRACT(doc,'$.area') = '1')
SQL
Java
特定の条件に一致したドキュメントを取得します。この例ではコンテンツコレクションに含まれるドキュメントのうち、地域IDが１のドキュメントを取得します。
Collectionオブジェクトのfindメソッドにareaが変数Aと等しいものを取るように指定してFindStatementを作成し、bindメソッドでAに1を指定します。
これによりドキュメントからareaを取り出してその値が1と等しい条件をWHERE句に指定したSELECT文を実行します。

Find document by id
26
String id = "00005c73ba83000000000000004a";
DbDoc doc = contents.getOne(id);
SELECT doc FROM `foo`.`contents`
WHERE (JSON_EXTRACT(doc,'$._id') = '00005c73ba83000000000000004a')
SQL
Java
ドキュメントのIDを指定してドキュメントを取得します。この例ではコンテンツコレクションに含まれるドキュメントのうち、IDが上記のidと等しいドキュメントを取得します。
ドキュメントを取得するためCollectionオブジェクトのgetOneメソッドにドキュメントのIDを指定します。
これによりドキュメントから_idを取りだしてその値が上記のidと等しい条件をWHERE句に指定したSELECT文を実行します。

Modify a document by field
27
ModifyStatement stmt = contents.modify("_id=:A")
.bind("A",id).set("text", "Great");
Result result = stmt.execute();
UPDATE `foo`.`contents`
SET doc=
JSON_SET(JSON_SET(doc,'$.text','Great'),'$._id',JSON_EXTRACT(`doc`,'$._id'))
SQL
Java
特定の条件に一致したドキュメントを対象に、そのドキュメントの一部を変更します。この例ではドキュメントIDが先述のidと等しいドキュメントの文章をGreatに変更します。
Collectionオブジェクトのmodifyメソッドに_idが変数Aと等しいものを取るように指定してModifyStatementを作成し、bindメソッドでAに先述のidを指定します。
ドキュメントの一部を変更するためsetメソッドで変更後の値としてGreatを指定します。これにより条件をWHERE句に指定したUPDATE文を実行します。

New Sample data for next code
{
"text" :"Awesome!",
"area" :"1",
"user" :"00005c96cc540000001"
}
String newContent =
これまでのコンテンツに加えて、このあとは新しいコンテンツを使用します。
新しいサンプルデータは掲示板のコンテンツを表す上記のJSONをStringクラスのnewContentという変数に格納して使います。

Replace a document by id
29
Result result = contents.replaceOne(id, newContent);
UPDATE `foo`.`contents`
SET
doc=JSON_SET(JSON_SET(doc,'$',JSON_OBJECT('area','1','text','Awesome !','title'
,'MySQL Document store','user','00005c96cc540000001')),
'$._id',JSON_EXTRACT(`doc`,'$._id'))
SQL
Java
ドキュメントのIDを指定して、既にあるドキュメントを新しいドキュメントで置き換えます。この例ではドキュメントIDが先述したidのドキュメントを置き換えます。
これにはCollectionオブジェクトのreplaceOneメソッドにドキュメントのIDとしてidを指定し、新しいドキュメントとしてnewContentを指定します。
これによってドキュメントの_idフィールドをWHERE句に指定したUPDATE文が実行されます。

Remove documents
30
RemoveStatement stmt =contents.remove("$.area=:A").bind("A", "1");
Result result = stmt.execute();
DELETE FROM `foo`.`contents`
WHERE (JSON_EXTRACT(doc,'$.area') = '1')
SQL
Java
特定の条件に一致するドキュメントを削除します。この例では地域IDが 1 のドキュメントを削除します。
Collectionオブジェクトのremoveメソッドにareaが変数Aと等しいものを取るように指定してRemoveStatementを作成し、bindメソッドでAに1を指定します。
これによってドキュメントからareaを取り出してその値が1と等しい条件をWHERE句に指定したDELETE文が実行されます。

Remove a document by id
31
Result result = contents.removeOne(id);
DELETE FROM `foo`.`contents`
SQL
Java
ドキュメントのIDが分かっている特定のドキュメントを削除します。この例ではドキュメントIDが先述のidのドキュメントを削除します。
これにはCollectionオブジェクトのremoveOneメソッドにドキュメントのIDとしてidを指定します。
これによってドキュメントから_idを取り出してその値がidと等しい条件WHERE句に指定したDELETE文が実行されます。

Demo #2
1. Add a "content" into the collection
2. Show all "contents" using SQL
3. Find all "contents" using X DevAPI
32

Demo #2
contents.add(doc).execute();
contents.find().execute().forEach(d -> System.out.println(String.format("| %s | %s |", d.get("_id"), d.get("title"))));
| "00005cb73cda0000000000000066" | "MySQL Document store" |
1.Add a "content" into the collection
2.Show all "contents" using SQL
3. Find all "contents" using X DevAPI

Add Index
34
contents.createIndex(
"areaIndex",
"{¥"fields¥": [{¥"field¥":¥"$.area¥", ¥"type¥":¥"INTEGER¥"}]}");
ALTER TABLE `foo`.`contents`
ADD COLUMN `$ix_i_4F6F5D1B1EC6D0F28A8E18CAB2C5EB2C03DB2D2C` INTEGER GENERATED
ALWAYS AS (JSON_EXTRACT(doc, '$.area')) VIRTUAL,
ADD INDEX `areaIndex` (`$ix_i_4F6F5D1B1EC6D0F28A8E18CAB2C5EB2C03DB2D2C`)
SQL
Java
索引を作成します。この例ではコンテンツコレクションの地域IDに索引を作成します。
CollectionオブジェクトのcreateIndexメソッドに索引名と索引の定義を指定します。索引の定義はJSONで書かなければなりません(>_<。)
これにより、テーブルに仮想列が作成され、その仮想列に対して索引が作成されます。

Drop Index
35
contents.dropIndex("areaIndex");
ALTER TABLE `foo`.`contents` DROP INDEX `areaIndex`,
DROP COLUMN `$ix_i_4F6F5D1B1EC6D0F28A8E18CAB2C5EB2C03DB2D2C`
SQL
Java
索引を削除します。この例では先ほど作成したコンテンツコレクションの地域IDに作成した索引を削除します。
CollectionオブジェクトのdropIndexメソッドに索引名を指定します。
これにより、索引と仮想列が削除されます。

Demo#3
1. Add 1,000 "contents" into the collection
2. Show explain plan
3. Add an index by "area" field in the collection
4. Show index
5. Show explain plan again
36

Demo#3
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
JsonString title = new JsonString().setValue("Title");
JsonNumber area = new JsonNumber().setValue("" + (i % 47));
JsonString user = new JsonString().setValue("00005c96cc54000000000000c8d7");
JsonString text = new JsonString().setValue("xxx");
DbDoc d = new DbDocImpl().add("title", title).add("area", area).add("user", user).add("text", text);
contents.add(d).execute();
}
1. Add 1,000 "contents" into the collection
2. Show explain plan

Demo#3
3. Add an index by "area" field in the collection
5. Show explain plan again
contents.createIndex("areaIndex", "{¥"fields¥": [{¥"field¥":¥"$.area¥", ¥"type¥":¥"INTEGER¥"}]}");
session.sql(String.format("ANALYZE TABLE %s.%s;", foo.getName(), contents.getName()));
4. Show index

Execute native SQL
39
String sql = “SELECT doc->>'$.title' AS title FROM foo.contents";
SqlResult result = session.sql(sql).execute();
SELECT doc->>'$.title' AS title
FROM foo.contents
SQL
Java
結合をするためにはコレクションに対してSQLを書かないといけません。書き方が特殊なので紹介します。SQLの実行にはSessionオブジェクトのsqlメソッドを使用します。
この例ではコンテンツのコレクションにある全てのドキュメントのタイトルを取得します。
コレクションに格納されてるドキュメントの各要素を取り出すには、doc->>'$.要素名'のように指定します。title要素の場合はdoc->>'$.title'と指定します。

Caution !
40
JSONの要素を取る方法は -> と ->> の 2 つの方法があります。
-> と ->> では意味が異なるため注意が必要です。-> では "" で囲まれた状態で値が得られますが、 ->> では "" を除いた状態で値が得られます。
これは、 -> は JSON_EXTRACT() に置き換えられ、 ->> は JSON_UNQUOTE(JSON_EXTRACT()) に置き換えられるからです。
• ->
– Return value from JSON column after evaluating path; equivalent to JSON_EXTRACT().
• ->>
– Return value from JSON column after evaluating path and unquoting the result;
equivalent to JSON_UNQUOTE(JSON_EXTRACT()).

Joining a collection and a table
ID NAME
1 Tokyo
2 Kyoto
{
"text" :"Cool!",
"area" :"1",
"user" :"00005c96cc540000001"
}
Content collection Area table
コレクションとテーブルを結合します。今回は、コンテンツのコレクションと地域の表を結合します。
結合にはコンテンツコレクションのareaフィールドと地域表のIDカラムを使います。

Joining a collection and a table
42
String sql = "SELECT c.doc->>'$.title' AS title, a.name AS area
FROM foo.contents c LEFT OUTER JOIN foo.area a ON c.doc->>'$.area'
= a.id";
SELECT c.doc->>'$.title' AS title, a.name AS area
FROM foo.contents c
LEFT OUTER JOIN foo.area a ON c.doc->>'$.area' = a.id
SQL
Java
コンテンツのコレクションから地域を取り出すには doc->>'$.area'を指定します。地域表のIDはidカラムを指定するだけです。
これらの２つの値をLEFT OUTER JOINで結合します。コレクションから値の取り出し方が特殊なだけで表の結合と変りません。

Join a collection and another collection
{
"text" :"Cool!",
"area" :"1",
"user" :"00005c96cc540000001"
}
{
"name":"Taro"
}
Content collection User collection
コレクションを2つ結合します。今回は、コンテンツとユーザのコレクションを結合します。
結合にはコンテンツコレクションのuserフィールドとユーザコレクションの_idを使います。

Caution !! Which _id should you use?
44
コレクションとして使われる表の _id と doc->>'$._id' は同じ値が入っています。
しかし、id は索引が貼られていますが、doc->>'$._id' には索引が貼られていないため注意が必要です。
• _id column
– Indexed
– You should use _id column in WHERE and JOIN
• doc->>'$._id'
– Not Indexed
– You shouldn't use doc->>'$._id' in WHERE and JOIN

Joining two collection
45
String sql = "SELECT c.doc->>'$.title' AS title, u.doc->>'$.name'
AS user FROM foo.contents c LEFT OUTER JOIN foo.users u
ON c.doc->>'$.user' = u._id";
SELECT c.doc->>'$.title' AS title, u.doc->>'$.name' AS user
FROM foo.contents c
LEFT OUTER JOIN foo.users u ON c.doc->>'$.user' = u._id
SQL
Java
コレクション同士の結合は少し注意が必要です。コンテンツコレクションのuserフィールドにはユーザコレクションの_idフィールドの値を入れましょう。
コンテンツのコレクションからユーザを取り出すには doc->>'$.user'を指定します。ユーザコレクションのIDは_idカラムを指定します。
これらの２つの値をLEFT OUTER JOINで結合します。ユーザの_idカラムを使うことでドキュメントの解析が不要になります。

Demo #4
1. Add 1,000 content and 100 user, and insert 50 area
2. Show explain plan of joining a collection and a table
3. Show explain plan of joining two collections using doc->>'$._id'
4. Show explain plan of joining two collections using _id
46

Demo #4
1. Add a content and 100 user and Insert 100 area
2. Show explain plan of joining a collection and a table
3. Show explain plan of joining two collections using doc->>'$._id'
4. Show explain plan of joining two collections using _id

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