Read the book: «ABAP-Programmierung unter SAP S/4HANA – 2., erweiterte Auflage»

1 SAP HANA – Einführung

In diesem Kapitel führen wir Sie in die Begriffswelt der HANA-Datenbank ein. So können Sie beim Thema SAP HANA gut mitreden. Außerdem erhalten Sie einen ersten Einblick in die Entwicklungsplattform Eclipse.

1.1 Grundbegriffe von SAP HANA

SAP HANA ist eine In-Memory Database. Sie befindet sich im Hauptspeicher des Applikationsservers. Während früher die Programme getrennt von den Datenbanken gelagert wurden, können jetzt Datenbankprozeduren direkt in der SAP-HANA-Datenbank gespeichert werden. Mit ihr werden gleichzeitig viele neue Tools ausgeliefert, die vom ABAP-Entwickler für die Bearbeitung in dieser Umgebung genutzt werden können.

Begriff: SAP HANA

HANA ist die Abkürzung von High Performance Analytical Appliance. Gemäß dem Namen diente sie in ihren Anfängen für die Echtzeitverarbeitung analytischer Szenarien wie BW (Business Warehouse). Im Laufe der Zeit wurde sie aber zunehmend auch für normale transaktionale Szenarien eingerichtet.

Die HANA-Datenspeicherung kann sowohl zeilen- oder spaltenbasiert als auch objektorientiert erfolgen. Damit ist sie besonders für Zugriffe aus ABAP Objects ausgelegt. Ein großes Plus ist die hervorragende Parallelverarbeitungsmöglichkeit. Programme können ihre Verarbeitungsprozesse auf mehrere gleichzeitig ablaufende Datenpakete verteilen.

SAP hat die Eclipse-Plattform, die heutzutage von vielen Programmiersprachen als Entwicklungsumgebung verwendet wird, insbesondere für die neuartige Entwicklung in ABAP und SAP HANA angepasst:

Ein besonderes Element der HANA-Plattform ist HANA XS (HANA Extended Application Services), das die Entwicklung von Anwendungen direkt auf der HANA-Plattform ohne externe Entwicklungsumgebung anbietet. Die hiermit entwickelten Objekte erzeugen Objekte im Datenbankkatalog und werden im HANA Repository abgelegt. Die zu diesem Zweck verwendete Beschreibungssprache ist Core Data Services (CDS), deren Dateien im HANA Repository mit der Endung .hdbdd gespeichert werden.

Details zur SAP-Hana-Datenbank

Ausführliche Informationen zur SAP-HANA-Datenbank und ihren weiteren Komponenten, etwa für Datenmigrationen, finden Sie unter http://help.sap.com/hana. Wir beschränken uns in diesem Buch auf die Aspekte, die für eine gewöhnliche ABAP-Entwicklung notwendig sind.

Während Datenbanken bisher zeilenorientiert waren ( Row Store), soll die HANA-Datenbank v.a. spaltenorientiert ( Column Store) verwendet werden. Eine zeilenorientierte Datenbank hängt alle Datenwerte in einer Zeile aneinander, dann folgt die nächste Zeile usw. Eine spaltenorientierte Datenbank geht stattdessen Spalte für Spalte vor: Das bietet Vorteile für Anwendungen, bei denen Aggregate über eine große Anzahl ähnlicher Elemente gebildet werden.

Wenn einzelne Spalten vieler Datensätze einer zeilenorientierten Ablage gelesen werden, ist der Zeitaufwand wesentlich höher, als wenn in einer spaltenorientierten Variante sämtliche Datensätze als Spalten zur Verfügung stehen, da dort alle gewünschten Daten unmittelbar ausgelesen werden können.

In Tabelle 1.1 sind Beispieldaten dargestellt, um Ihnen den Unterschied zwischen einer zeilen- und einer spaltenorientierten Datenspeicherung zu verdeutlichen.

Tabelle 1.1: Beispieldaten für zeilenorientierte vs. spaltenorientierte Datenspeicherung

Unterschied zeilenorientertes und spaltenorientiertes Lesen

Für unser Beispiel, das sich der Daten aus Tabelle 1.1 bedient, sollen zu jeder Fluggesellschaft die Flugpreise selektiert werden.

Bei einer zeilenorientierten Ablage sind die Daten wie folgt abgelegt:

AA,17,425,USD;AZ,555,187,EUR;

LH,400,668,EUR;UA,941,882,USD

Zuerst wird Zeile 1 Spalte 1 (Wert »AA«), dann Zeile 1 Spalte 3 (Wert »425«), Zeile 2 Spalte 1 (Wert »AZ«), Zeile 2 Spalte 3 (Wert »187«) usw. gelesen.

Bei einer spaltenorientierten Ablage sind dieselben Daten wie folgt abgelegt:

AA,AZ,LZ,UA;17,555,400,941;425,

187,668,882;USD,EUR,EUR,USD

Bei dieser Ablageform wird erst Spalte 1 (»Fluggesellschaft«) in einem Zug gelesen, dann in gleicher Weise Spalte 3 (»Flugpreis«).

Für die Verarbeitung von Geschäftsdaten oder großer Datenmengen empfiehlt sich daher i.d.R. die spaltenorientierte Verarbeitung. Column Store sollte hierfür also die Regel sein. Nur bei kleinen Tabellen mit wenigen Datensätzen, oder wenn überwiegend auf einen einzelnen Datensatz zugegriffen wird (SELECT SINGLE), sollten Sie die zeilenorientierte Variante verwenden.

Da sich die Daten bei der HANA-Datenbank im Hauptspeicher befinden, entfällt die bisher übliche lange Zugriffszeit auf den Datenbankinhalt. Bei der HANA-Datenbank entscheidet über die Dauer der Zugriffszeit, welche der drei unterschiedlichen CPU-Caches des Rechners mit den Daten befüllt werden.

Die Daten der HANA-Datenbank können zudem sowohl im Hauptspeicher als auch auf der HANA-Datenbank im Column Store komprimiert werden, was sich sehr laufzeitoptimierend auswirkt. Dabei wird jeder Wert eines Datensatzes als einmaliger Integer-Wert in einem sogenannten Dictionary-Vektor abgelegt.

Datenkomprimierung

Für Datensätze der Fluggesellschaften LH, AA und AF gibt es einen Dictionary-Vektor mit den Datensätzen LH = 1, AA = 2 und AF = 3. Die Nummerierung folgt der Position der Datensätze. In den eigentlichen Datensätzen der Datenbank werden aber nur die Werte 1, 2 und 3 gespeichert.

Wenn LH im 5., AA im 8. und AF im 9. Datensatz der Tabelle stehen, wird auf der Datenbank die Kombination 5/1, 8/2 und 9/3 abgespeichert, was als Attributvektor bezeichnet wird. Dabei belegen die Werte 5, 8 und 9 keinen Speicherplatz, sondern ergeben sich daraus, dass die 1 im 5., die 2 im 8. und die 3 im 9. Datensatz stehen.

Der entscheidende Vorteil dieser Technik ist: Die Verarbeitung von Ganzzahlen erfolgt wesentlich schneller als die von Zeichenketten.

Die auf diese Weise komprimierten Daten lassen sich erneut verdichten. Die einzelnen Zeichen der Zeichenketten des Dictionary-Vektors werden mithilfe einer Delta-Komprimierung verkleinert. Dazu werden Blöcke von z.B. zwanzig Zeichen gebildet, wobei jedes einzelne Zeichen nur einmal in einem Delta-String und dieser wiederum im Block über eine Referenz gespeichert wird. Auch für den Attributvektor werden noch verschiedene Komprimierungsverfahren angewendet.

Die HANA-Datenbank eignet sich zudem sehr gut für eine Partitionierung (Einteilung der Datenbank in mehrere abgeschlossene Bereiche). Die Suche innerhalb einer Partition verläuft wesentlich schneller, als wenn die ganze Datenbank durchsucht werden muss. Auch lassen sich mehrere Partitionen parallel verarbeiten. Ein weiterer Faktor zur Beschleunigung der Datenbankzugriffe ist die zeilenweise Partitionierung von Tabellen. In der HANA-Datenbank gibt es eine Begrenzung auf zwei Milliarden Zeilen pro Datenbank oder pro Partition.

Die HANA-Datenbankarchitektur umfasst mehrere Serverbestandteile. Der für Entwicklungen wichtige Bestandteil ist der Indexserver . Er verfügt über einen SQL-Prozessor, der die SQL-Befehle ausführt oder an Unterkomponenten weiterleitet. Stored Procedures sind Datenbankprozeduren, die als komplexe SQL-Anweisungen direkt in der Engine des Indexservers gespeichert werden und so ohne Umwege über Programmableitungen der Datenbank zur Verfügung stehen. Auch umfangreiche Analyseszenarien werden in der Engine gespeichert. Diese Verlagerung von Coding aus den Anwendungsprogrammen in die Datenbankschicht bezeichnen wir als Code Pushdown.

Herkömmliche ABAP-Anwendungen arbeiten nach dem sogenannten Data-to-Code-Paradigma: Die Daten müssen aufwendig von der Datenbank in das Programm übertragen werden. SAP-HANA-optimierte Programme benutzen das Code-to-Data-Paradigma. Das bedeutet, dass Teile des Codings (Kalkulationslogik) jetzt in der Datenbankschicht liegen, während der übrige Teil (Orchestrierungslogik) in der Applikationsschicht verbleibt:

 Die Kalkulationslogik umfasst Verarbeitungen, die Berechnungen mit den Anwendungsdaten durchführen. Je komplexer Kalkulationen sind, desto besser sind sie in der Datenbankschicht aufgehoben.

 Die Orchestrierungslogik steuert Geschäftsprozesse, kontrolliert den Datenfluss und legt fest, wie Kalkulationsergebnisse kombiniert und weiterverarbeitet werden.

Acceleratoren sorgen in Side-by-Side-Szenarien dafür, dass die Programme der SAP Business Suite beschleunigt werden. Auch bestehende kundeneigene ABAP-Programme können ohne Veränderungen des Codings mithilfe des SAP Business Application Accelerators zur HANA-Bearbeitung beschleunigt werden.

Während die bisherige SAP Business Suite sowohl mit einer HANA- als auch mit einer traditionellen Datenbank betrieben werden kann, ist die SAP Business Suite ab S/4HANA nur noch mit der HANA-Datenbank einsetzbar.