【第N回】NoSQL-Spring Data Cassandraを用いたアプリケーション(2)¶

クラウドの普及に伴い、ビッグデータやキーバリュー型データの格納など、ますます活用の機会が広がりつつあるNoSQLデータベース。第3回は代表的なNoSQLプロダクトであるAmazon DynamoDBやApache Cassandra、Amazon ElastiCacheへアクセスするSpringアプリケーションを開発する方法について、わかりやすく解説します。

本連載では、以下の様なステップで進めています。

NoSQLデータベースの特徴とデータ特性
- CAP定理を元にしたデータベースの分類とデータ特性
- AP型データベースAmazon DynamoDBとApache Cassandraの特徴
Amazon DynamoDBへアクセスするSpringアプリケーション
- Amazon DynamoDBの概要及び構築と認証情報の作成
- Spring Data DynamoDBを用いたアプリケーション(1)
- Spring Data DynamoDBを用いたアプリケーション(2)
Apache CassandraへアクセスするSpringアプリケーション
- Apache Cassandraの概要及びローカル環境構築
- Spring Data Cassandraを用いたアプリケーション(1)
- Spring Data Cassandraを用いたアプリケーション(2)
Amazon ElastiCacheへアクセスするSpringアプリケーション
- AmazonElasiCacheの概要及びローカル環境でのRedisServer構築
- Spring SessionとSpring Data Redisを用いたアプリケーション(1)
- Spring SessionとSpring Data Redisを用いたアプリケーション(2)
- Amazon ElastiCacheの設定
- セッション共有するECSアプリケーションの構築(1)
- セッション共有するECSアプリケーションの構築(2)

前回、Spring Data Cassandraを使ったアプリケーション実装(1) に引き続き、今回はSpring Data Cassandraを使ってデータベースアクセスする処理等を実装していきます。

Spring Data Cassandraを使ったアプリケーション実装(2)¶

アプリケーションコンポーネントの実装に移ります。データ追加・更新処理で画面から受け取るリクエストパラメータクラスを以下の様に作成しています。

リクエストパラメータクラス

package org.debugroom.mynavi.sample.spring.data.cassandra.app.model;

import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Builder;
import lombok.Data;
import lombok.NoArgsConstructor;

import java.io.Serializable;

@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
@Builder
@Data
public class SampleModel implements Serializable {

    private String samplePartitionColumn;
    private String sampleClusterColumn;
    private String sampleText;

}

Controllerでは、以下5種類のリクエストを受け取り、ロジックを実行して結果をテンプレートに渡す処理を実装します。

データを全件取得するServiceを実行し、実行結果をfindAll.htmlのテンプレートへ渡す処理。
指定したパーティションキー・ソートキーをもつデータを取得するServiceを実行し、実行結果をfindOne.htmlのテンプレートへ渡す処理
データ追加するServiceを実行し、実行結果をadd.htmlのテンプレートに渡す処理。
指定したパーティションキー・ソートキーのデータを更新するServiceを実行し、実行結果update.htmlのテンプレートへ渡す処理
指定したパーティションキー・ソートキーのデータを削除するServiceを実行し、実行結果delete.htmlのテンプレートへ渡す処理

package org.debugroom.mynavi.sample.spring.data.cassandra.app.web;

import org.debugroom.mynavi.sample.spring.data.cassandra.app.model.SampleModel;
import org.debugroom.mynavi.sample.spring.data.cassandra.app.model.SampleModelMapper;
import org.debugroom.mynavi.sample.spring.data.cassandra.domain.service.SampleService;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Controller;
import org.springframework.ui.Model;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMethod;

@Controller
public class SampleController {

    @Autowired
    SampleService sampleService;

    @RequestMapping(method = RequestMethod.GET, value="findAll")
    public String findAll(Model model){
        model.addAttribute("mynaviSampleTables", sampleService.getMynaviSampleTables());
        return "findAll";
    }

    @RequestMapping(method = RequestMethod.GET, value="findOne")
    public String findOne(SampleModel sampleModel, Model model){
        model.addAttribute("mynaviSampleTable", sampleService.getMynaviSampleTable(
             SampleModelMapper.mapToMynaviSampleTableKey(sampleModel)));
        return "findOne";
    }

    @RequestMapping(method = RequestMethod.POST,  value="add")
    public String add(SampleModel sampleModel, Model model){
        model.addAttribute("mynaviSampleTable",
             sampleService.addMynaviSampleTable(SampleModelMapper.map(sampleModel)));
        return "add";
    }

    @RequestMapping(method = RequestMethod.POST, value = "update")
    public String update(SampleModel sampleModel, Model model){
        model.addAttribute("mynaviSampleTable",
             sampleService.updateMynaviSampleTable(SampleModelMapper.map(sampleModel)));
        return "update";
    }

    @RequestMapping(method = RequestMethod.POST, value = "delete")
    public String delete(SampleModel sampleModel, Model model){
        model.addAttribute("mynaviSampleTable",
             sampleService.deleteMynaviSampleTable(
                     SampleModelMapper.mapToMynaviSampleTableKey(sampleModel)));
        return "delete";
    }
}

また、Serviceを呼び出す際にリクエストパラメータオブジェクトをServiceのインプットオブジェクトとなっているCassandraのテーブルクラスやプライマリキークラスへ変換するマッパーをインターフェースで実装します。

package org.debugroom.mynavi.sample.spring.data.cassandra.app.model;

import org.debugroom.mynavi.sample.spring.data.cassandra.domain.model.entity.MynaviSampleTable;
import org.debugroom.mynavi.sample.spring.data.cassandra.domain.model.entity.MynaviSampleTableKey;

public interface SampleModelMapper {

    public static MynaviSampleTable map(SampleModel sampleModel){
        return MynaviSampleTable.builder()
             .mynaviSampleTableKey(MynaviSampleTableKey.builder()
                 .partitionColumn(sampleModel.getSamplePartitionColumn())
                 .clusterColumn(sampleModel.getSampleClusterColumn()).build())
             .sampleText(sampleModel.getSampleText())
             .build();
    }

    public static MynaviSampleTableKey mapToMynaviSampleTableKey(SampleModel sampleModel){
        return MynaviSampleTableKey.builder()
             .partitionColumn(sampleModel.getSamplePartitionColumn())
             .clusterColumn(sampleModel.getSampleClusterColumn())
             .build();
    }

}

注釈

Java8からstaticメソッドであれば、インターフェースでも実装できる様になっています。

Serviceクラスでは、以下の通り、CRUD処理をRepositoryを通して実行する処理を実装します。

【findAll】SampleRepository.findAll：作成したCassandraのテーブルの全件データをList型で受け取る処理
【findOne】SampleRepository.findById()：指定したパーティションキー・ソートキーでデータを取得する処理
【add】SampleRepository.save()：パーティションキーにランダムなUUID文字列を、ソートキーには"1"を設定し、リクエストから受け取ったテキスト文字列を設定して保存するロジックを実装。
【update】SampleRepository.save()：指定したパーティションキー・ソートキーのテキストデータを更新する処理
【delete】SampleRepository.deleteById()：指定したパーティションキー・ソートキーのデータを削除する処理

package org.debugroom.mynavi.sample.spring.data.cassandra.domain.service;

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Service;

@Service
public class SampleServiceImpl implements SampleService{

    @Autowired
    SampleRepository sampleRepository;

    @Override
    public MynaviSampleTable getMynaviSampleTable(MynaviSampleTableKey mynaviSampleTableKey) {
        return sampleRepository.findById(mynaviSampleTableKey).get();
    }

    @Override
    public List<MynaviSampleTable> getMynaviSampleTables() {
        List<MynaviSampleTable> mynaviSampleTables = new ArrayList<>();
        sampleRepository.findAll().iterator().forEachRemaining(mynaviSampleTables::add);
        return mynaviSampleTables;
    }

    @Override
    public MynaviSampleTable addMynaviSampleTable(MynaviSampleTable mynaviSampleTable) {
        mynaviSampleTable.setMynaviSampleTableKey(MynaviSampleTableKey.builder()
             .partitionColumn(UUID.randomUUID().toString())
             .clusterColumn("1")
             .build());
        return sampleRepository.save(mynaviSampleTable);
    }

    @Override
    public MynaviSampleTable updateMynaviSampleTable(MynaviSampleTable mynaviSampleTable) {
        return sampleRepository.save(mynaviSampleTable);
    }

    @Override
    public MynaviSampleTable deleteMynaviSampleTable(MynaviSampleTableKey mynaviSampleTableKey) {
        MynaviSampleTable mynaviSampleTable = sampleRepository.findById(mynaviSampleTableKey).get();
        sampleRepository.deleteById(mynaviSampleTableKey);
        return mynaviSampleTable;
    }

}

ここで、CassandraへアクセスするコンポーネントであるSampleRepositoryインターフェースは、以下の様な要領で実装しておく必要があります。

org.springframework.data.repository.CrudRepositoryを継承する
テーブルをモデル化したクラスとキーをCrudRepositoryの型パラメータに設定する。

package org.debugroom.mynavi.sample.spring.data.cassandra.domain.repository;

import org.springframework.data.repository.CrudRepository;

import org.debugroom.mynavi.sample.spring.data.cassandra.domain.model.entity.MynaviSampleTable;
import org.debugroom.mynavi.sample.spring.data.cassandra.domain.model.entity.MynaviSampleTableKey;

public interface SampleRepository extends CrudRepository<MynaviSampleTable, MynaviSampleTableKey>{
}

注釈

特に実装クラスも作成せずインターフェースだけで、findAllやsaveメソッドが実行できる理由は、Spring Data Cassandraが、GenericDAOパターンに基づく実装クラスを提供しているためです。 GenericDAOパターンとはJavaの型パラメータを利用した実装で、CRUD処理をJavaのジェネリクス機構を使って実装しておき、テーブルの種類に応じて、型パラメータを設定することで、汎用的なCRUD共通処理を実装したDAO(DatabaseAccessObject)を作成しておくパターンです。 Spring Data Cassandraに限らず、Spring Data JPAなど類似一連のプロダクトでは、同様にインターフェースを作成するだけで、基本的なCRUDはほぼ実装せずにデータベースアクセス処理を行うことが可能です。

型パラメータとして指定する、Cassandraのテーブルクラスは以下の要領に則って作成します。

テーブルクラスに@Tableアノテーションを付与し、前回作成したCassandraテーブルのテーブル名を指定します。
パーティションカラムに限らず、クラスタカラムも定義してプライマリキーとする場合はプライマリキークラスを作成します。
テーブルクラスにコンストラクタやGetter、Setterメソッドを付与する実装を省略する目的でLombokアノテーションを付与します。
プライマリキークラスには@PrimaryKeyColumnでPrimaryKeyType.PARTITIONEDを、クラスタカラムには@PrimaryKeyColumnでPrimaryKeyType.CLUSTEREDをを付与します。
その他、追加したい属性には@Columnアノテーションを付与します。

package org.debugroom.mynavi.sample.spring.data.cassandra.domain.model.entity;

import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Builder;
import lombok.Data;
import lombok.NoArgsConstructor;
import org.springframework.data.cassandra.core.mapping.Column;
import org.springframework.data.cassandra.core.mapping.PrimaryKey;
import org.springframework.data.cassandra.core.mapping.Table;

import java.io.Serializable;

@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
@Builder
@Data
@Table("mynavi_sample_table")
public class MynaviSampleTable implements Serializable {

    @PrimaryKey("mynaviSampleTableKey")
    private MynaviSampleTableKey mynaviSampleTableKey;

    @Column("sample_text")
    private String sampleText;

}

package org.debugroom.mynavi.sample.spring.data.cassandra.domain.model.entity;

import lombok.AllArgsConstructor;
import lombok.Builder;
import lombok.Data;
import lombok.NoArgsConstructor;

import org.springframework.data.cassandra.core.cql.PrimaryKeyType;
import org.springframework.data.cassandra.core.mapping.PrimaryKeyClass;
import org.springframework.data.cassandra.core.mapping.PrimaryKeyColumn;

import java.io.Serializable;

@AllArgsConstructor
@NoArgsConstructor
@Builder
@Data
@PrimaryKeyClass
public class MynaviSampleTableKey implements Serializable {

    @PrimaryKeyColumn(name="partition_column", ordinal = 0, type = PrimaryKeyType.PARTITIONED)
    private String partitionColumn;
    @PrimaryKeyColumn(name="cluster_column", ordinal = 1, type = PrimaryKeyType.CLUSTERED)
    private String clusterColumn;

}

これでアプリケーションが作成しました。SpringBoot起動クラスを実行し、アプリケーションを実行しましょう。「http://localhost:8080/index.html」へブラウザからアクセスすると以下の様な画面が表示され、以下の５つのサービスが実行できます。

任意のテキストデータを入力し、「add Data」ボタンを押下すると、データが追加されます。パーティションキーはUUID、ソートキーは"1"固定です。

「find All Data」ボタンを押下すると、全てのデータが取得されます。

パーティションキーとソートキーを指定して「find One Data」ボタンを押下すると、該当のデータが取得されます。

パーティションキーとソートキーを指定して、テキストデータを入力し、「Update Data」ボタンを押下すると、該当のデータが更新されます。

パーティションキーとソートキーを指定して「Delete Data」ボタンを押下すると、該当のデータが削除されます。

このように、CassandraへCRUD処理するアプリケーションをSpring Data Cassandraを用いて簡単に実装することができます。 Spring Data DynamoDBを使ったアプリケーション実装(2) と比較しても分かる通り、 Amazon DynamoDBやApache CassandraにSpring Dataを使ってアクセスするアプリケーションは、簡単なCRUD処理であれば、かなり似通ったモデルで実装することが可能です。実際のアプリケーションでは様々ユースケースに応じて、データモデルを検討しておく必要がありますが、その辺りの実装方法は応用編などで触れればと思います。また、今回はローカル環境への構築しか行っていませんが、Dockerコンテナイメージを使って、AWS EC2やECS上へCassandraクラスタ環境を構築することができます。CloudFormationなど基盤環境構築を自動化するサービスと組み合わせた方法も合わせ、ゆくゆくご紹介できればと思いますが、次回以降は、CP型データベースの代表的プロダクトであるRedis及び、AWSのマネージドサービスとして提供されているAmazon ElastiCacheへアクセスするアプリケーションをSpring Session及びSpring Data Redisを用いて実装する例をご紹介します。

著者紹介¶

川畑光平(KAWABATA Kohei)

某システムインテグレータにて、金融機関システム業務アプリケーション開発・システム基盤担当を経て、現在はソフトウェア開発自動化関連の研究開発・推進に従事。

Red Hat Certified Engineer、Pivotal Certified Spring Professional、AWS Certified Solutions Architect Professional等の資格を持ち、アプリケーション基盤・クラウドなど様々な開発プロジェクト支援にも携わる。

2019 APN AWS Top Engineers & Ambassadors 選出。

本連載記事の内容に対するご意見・ご質問は Facebook まで。