Modernisierung der Produktionsprozesse durch Spring und JPA

Die Unternehmen haben erkannt, dass in der heutigen Geschäftswelt die digitale Modernisierung der Fertigungsprozesse für die Wettbewerbsfähigkeit unerlässlich ist. Unternehmen, die bei der Umstellung an vorderster Front stehen, profitieren von zahlreichen Vorteilen – von der Kapazitätssteigerung und der Verringerung des Materialabfalls bis hin zu verbessertem Kundenservice und kürzeren Lieferzeiten.  Die Digitalisierung von Prozessen ist in der heutigen, sich schnell verändernden Unternehmenslandschaft von großer Bedeutung. Vodafone, eines der größten Telekommunikationsunternehmen der Welt, nutzte Spring und JPA, um seine Produktionsabläufe zu modernisieren. Durch die Nutzung der leichtgewichtigen Architektur von Spring und der Datenpersistenzfunktionen von JPA konnte Vodafone neue Dienste entwickeln und bereitstellen und gleichzeitig die Betriebskosten senken. In diesem Artikel werden Sie erfahren, wie Spring und JPA Fertigungsprozesse modernisieren und Unternehmen dabei helfen können, im digitalen Zeitalter erfolgreich zu sein.

Verwendung von Spring und Spring Boot bei der Entwicklung von Unternehmensanwendungen

Spring ist ein beliebtes Open-Source-Framework, das eine durchgängige Infrastrukturunterstützung für die Entwicklung von Java-Anwendungen bietet, insbesondere für unternehmens- und webbasierte Systeme. Es bietet verschiedene Funktionen wie Dependency Injection, Aspektprogrammierung, Web MVC, Sicherheit, Datenzugriff, Messaging, Testen und Cloud-Integration.

Aber was ist Spring Boot?

Mit Spring Boot, einer separaten Lösung, die auf Spring basiert, lassen sich schnell und einfach Microservices-basierte Anwendungen entwickeln. Spring Boot bietet viele vorgefertigte Tools und Bibliotheken, die die Anwendungsentwicklung vereinfachen. Es bietet einen modularen und flexiblen Ansatz für die Anwendungsentwicklung und vereinfacht Aufgaben wie Dependency Injection, aspektorientierte Programmierung und Transaktionsmanagement. Mehr über die Unterschiede zwischen Spring und Spring Boot können Sie im Artikel Spring Framework vs. Spring Boot – Vor- und Nachteile. Eine der nützlichsten Spring-Komponenten ist das Spring Data Framework, das auf JPA basiert. Sein Hauptvorteil besteht darin, dass es die Arbeit von Entwicklern vereinfacht, die in ihren Projekten häufig mit ORM auf Datenbanken zugreifen, da die Notwendigkeit, Zugriffscode oder Datenbankabfragen zu schreiben, fast vollständig entfällt.

Was ist JPA?

JPA steht für Java Persistence API und ist eine Standardspezifikation für den Zugriff auf, die Verwaltung und die Speicherung von Daten zwischen Java-Objekten und relationalen Datenbanken. JPA ist eine Java-basierte ORM-Spezifikation (Object-Relational Mapping), die es Java-Anwendungen ermöglicht, nahtlos mit relationalen Datenbanken zu interagieren. Sie bietet eine objektorientierte API für Datenbankoperationen, die den Bedarf an Low-Level-SQL-Abfragen reduziert.

JPA vs. Hibernate – Was ist besser?

Wie bereits erwähnt, definiert JPA die relationale Datenverwaltung in Java-Anwendungen. Hibernate ist eines der ORM-Mapping-Tools, das verwendet wird, um den Zustand eines Java-Objekts in einer Datenbank als Spezifikation zu speichern. JPA-Frameworks wie Hibernate und EclipseLink erleichtern die Abbildung von Java-Objekten auf Datenbanktabellen und umgekehrt, wodurch der Datenbankzugriff für Entwickler intuitiver und effizienter wird.

Spring Boot und JPA – Beispiel für den Einsatz in Produktionsprozessen.

Die Verwendung von Spring und JPA bei der Digitalisierung von Fertigungsprozessen wollen wir anhand des folgenden Beispiels veranschaulichen. Angenommen, ein Fertigungsunternehmen möchte ein webbasiertes System implementieren, das den Produktionsprozess seiner Komponenten überwachen und steuern kann. Das System soll in der Lage sein:

• Daten von Sensoren und Maschinen in der Produktion zu sammeln,
• Sie in der Datenbank zu speichern,
• Sie mit Algorithmen der künstlichen Intelligenz zu analysieren,
• Sie auf einem Dashboard für Bediener und Manager anzuzeigen,
• Befehle zu senden, um Produktionsparameter auf der Grundlage der Analyseergebnisse anzupassen.

Um ein solches System zu entwickeln, kann ein Unternehmen Spring Boot als Hauptframework für die Entwicklung einer Webanwendung verwenden. Spring Boot ist eine separate Lösung, die auf dem Spring Framework basiert und die Konfiguration und Bereitstellung von Spring-basierten Anwendungen vereinfacht. Es bietet eine Reihe von Boot-Abhängigkeiten, die automatisch die erforderlichen Anwendungskomponenten konfigurieren, wie z. B. den Webserver, den Datenbanktreiber usw. Ein Unternehmen kann auch Spring Data JPA als Datenzugriffsschicht für Anwendungen verwenden, die eine einfache Möglichkeit zur Implementierung von JPA-basierten Repositories bietet. Damit entfällt die Notwendigkeit, Standardcode für CRUD-Operationen (Erstellen, Lesen, Aktualisieren, Löschen) zu schreiben, und es werden erweiterte Funktionen wie Sortierung, Auditing usw. unterstützt. Das folgende Code-Snippet zeigt ein Beispiel für die Verwendung von Spring Boot und JPA zur Erstellung einer Webanwendung, die Datenbanken steuern kann. 1. Spring Boot-Klasse: Paket pl.vm.example;  2. Rest Controller, der den Einstiegspunkt zur API darstellt, die von den Anwendungen angeboten wird 3. DTO- und UpdateProductionStatusCommand-Objekte, die von der API verwendet werden. 4. Dienst, der für die Ausführung der Geschäftslogik zuständig ist. 5. Modell für Produkt in der Datenbank im Mapping zu JPA . 6. ProductRepository, das dank der SpringDataJPA-Erweiterung den Zugriff auf die Datenbank ermöglicht. Die Logik innerhalb dieser Endpunkte kann an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden. So können Sie beispielsweise Daten aus einer Datenbank über SpringData JPA-Repositories abrufen oder mit externen Systemen interagieren, um den Produktionsprozess zu steuern.

Der Einsatz von JPA und Spring Boot bei der Digitalisierung von Produktionsprozessen

Hier sind einige Beispiele für den Einsatz von Spring Boot und JPA in Fertigungsunternehmen:

•   Dienste, Implementierung und Organisation des Repository 

In den meisten Spring Boot-Anwendungen gibt es JPA-Repositories, Services und deren Implementierungen. Repositories führen grundlegende Operationen auf der Datenbank aus, während Services Geschäftslogik vor oder nach der Arbeit mit der Datenbank ausführen. Das Schnittstellen- und Implementierungsmuster ist eine Erweiterung des letzteren. Eine Schnittstelle macht es einfacher, die Anwendung in der Zukunft zu warten, wenn neue Funktionen benötigt werden.

• Lagerbestandsverwaltung

Fertigungsunternehmen können Spring Boot und JPA für die Verwaltung des Lagerbestands nutzen. So können sie beispielsweise mit Spring Boot einen Microservice erstellen, der die Lagerbestände in Echtzeit verfolgt, oder mit JPA über Objekte mit Datenbanken arbeiten, was die Implementierung der Geschäftslogik vereinfacht.

• Qualitätskontrolle

Spring Boot und JPA können für die Implementierung von Qualitätskontrollprozessen in Fertigungsunternehmen verwendet werden. Sie können zum Beispiel Spring Boot verwenden, um einen Microservice zu erstellen, der die Produktqualität in verschiedenen Produktionsstadien überprüft. Sie können auch JPA verwenden, um Daten zur Qualitätskontrolle in einer Datenbank zu speichern.

• Produktionsplanung 

Fertigungsunternehmen können Spring Boot und JPA zur Planung von Produktionsplänen einsetzen und mit dieser Technologie einen Microservice erstellen, der Produktionspläne auf der Grundlage von Bedarfsprognosen erstellt. Sie können JPA auch verwenden, um Produktionsdaten in einer Datenbank zu speichern.

Best Practices für die Implementierung von Spring und JPA

Hier sind einige Best Practices und Tipps für  den Einsatz von Spring und JPA in Produktionsprozessen, um Datensicherheit, optimale Leistung und eine möglichst einfache Wartung zu gewährleisten. Tipps:

1. Datensicherheit

• Die Validierung von Benutzereingaben ist wichtig, um häufige Sicherheitslücken wie SQL-Injection und Cross-Site-Scripting (XSS)-Angriffe zu verhindern.
• Es ist wichtig, sichere Authentifizierungs- und Autorisierungsmechanismen zu implementieren, um den Zugriff auf sensible Daten und Funktionen zu kontrollieren.
• Vertrauliche Konfigurationsinformationen, wie z. B. Datenbankanmeldedaten, sollten sicher gespeichert werden. Vermeiden Sie es, vertrauliche Informationen im Quellcode oder in den Konfigurationsdateien fest zu codieren.
• Verschlüsselungstechniken sollten eingesetzt werden, um sensible Daten im Ruhezustand und bei der Übertragung zu schützen.

2. Leistungsoptimierung

• Definieren Sie geeignete Indizes für häufig gesuchte Spalten, um die Abfrageleistung zu verbessern.
• Die Implementierung von Caching-Mechanismen kann die Datenbankbelastung verringern und die Antwortzeiten verbessern.
• Durch die Optimierung von Datenbankabfragen, indem nur die benötigten Spalten ausgewählt werden, kann ein unnötiger Datenabruf vermieden werden.
• Die Verwendung von Connection Pooling verbessert die Verwaltung von Datenbankverbindungen.

3. Einfache Wartung

• Befolgen Sie Grundsätze des modularen Designs befolgen, um lose zusammenhängende Komponenten zu erstellen, um diese leichter zu verstehen, zu testen und zu warten sein.
• Verwenden Sie geschlossenem Code in separaten Modulen oder Bibliotheken wieder, um mehr Effizienz zu ermöglichen
• Schreiben Sie umfassende Unit-Tests, um die Korrektheit der einzelnen Komponenten zu überprüfen und sicherzustellen, dass Änderungen keine Regressionen nach sich ziehen.
• Die Implementierung von CI/CD-Pipelines zur Automatisierung von Kompilierungs-, Test- und Bereitstellungsprozessen sorgt für schnellere Feedback-Zyklen und zuverlässigere Releases.

Wenn Sie diese bewährten Verfahren befolgen, können Sie die Sicherheit, Effizienz und Wartungsfreundlichkeit Ihrer Fertigungsprozesse verbessern.

Zusammenfassung

Durch die Nutzung der Microservices-Architektur von Spring und der objektrelationalen Mapping-Funktionen von JPA können Unternehmen ihre Abläufe rationalisieren, die Markteinführungszeit für neue Dienste verkürzen und größere Kosteneinsparungen erzielen. Allerdings ist es wichtig, bei der Implementierung dieser Technologien Best Practices zu befolgen, um Datensicherheit, Leistungsoptimierung und Wartung zu gewährleisten. Wenn Sie sich von High-End-Java-Entwicklern bei der Digitalisierung Ihrer Systeme beraten lassen möchten, können Sie sich gerne an uns wenden. Wir beraten Sie gerne auf dem Weg zur Modernisierung Ihrer Prozesse.