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\chapter{Evaluierung}
\label{ch:evaluation}

Nun werden die durchgeführten Anpassungen anhand ihre Effektivität betrachtet und unter welchen äußeren Einflüssen
diese eine Optimierung darstellen. Weiterhin werden die Nachteile der Anpassungen überprüft und und bei der Betrachtung
der Effektivität mit beachtet.

Es wurden die Konfigurationen der Caches von OpenJPA, \ac{JPA}, \ac{EJB} und Ehcache aktiviert und deren Auswirkung betrachtet. Bei den
Caches, bei denen eine Größe angebbar ist, wurde zusätzlich mit der Anzahl variiert, um zu ermitteln, in welchem Umfang
sich diese auswirken. Des Weiteren wird die Art der Programmierung für die Abfragen betrachtet, ob signifikante
Unterschiede in der Performance und der Abarbeitung erkennbar sind. Als weiteren Punkt werden die 
\textit{Materialized View} verwendet, um zu ermitteln, ob durch einen vorverdichteten und aufbereiteten Datenbestand 
die Abfragen beschleunigt werden können. Abschließend werden die Abfragen in der Datenbank betrachtet und auf ihre
Optimierungspotentiale hin untersucht.

\section{Nutzerumfrage}
\label{sec:evaluation:user-survey}

Zusätzlich war noch eine Befragung unter den Benutzern und den Entwicklern geplant. Auf Grund dessen, dass nur fünf 
Personen zur Verfügung stehen, ist dies nicht zielführend. Daher ist die einzig sinnvolle Alternative, welche gewählt 
wurde, ein rein technischer Ansatz.

\section{Umgestalten der Datenbanktabellen}
\label{sec:evaluation:new-table} 

Hierfür wurde die aktuelle Datenstruktur untersucht, um zu überprüfen, ob eine Umgestaltung der Tabelle eine Verbesserung
bringt. Die typische Optimierung ist die Normalisierung der Tabellenstruktur. Die Tabellenstruktur ist aktuell
schon normalisiert, daher kann hier nichts weiter optimiert werden.

Eine weitere Optimierungsstrategie besteht in der Denormalisierung, um sich die Verknüpfungen der Tabellen zu sparen.
Dies ist in diesem Fall nicht anwendbar, da nicht nur 1:n Beziehungen vorhanden sind, sondern auch auch n:m Beziehungen.
Dadurch erhöht sich fälschlicherweise die Anzahl der Dokumentenliste. 

\section{Statische Webseiten}
\label{sec:evaluation:static-website}

Eine Umstellung der Dokumentenliste in eine statische Webseite würde die Zugriffszeiten sehr verkürzen. Darüber hinaus
funktionieren in statischen Webseiten aber keine Suchen oder Sortierungen. Die Sortierung könnte durch das Erstellen
von statischen Seiten aller Möglichkeiten der Sortierung emuliert werden, diese würde den notwendigen Speicherbedarf der
Webseite vervielfachen. Für die Suchanfragen ist dies nicht mehr möglich, da nicht alle Suchanfragen vorher definiert
werden können.

Die Umstellung der Suche auf Client"=Basis wäre noch eine Möglichkeit, dafür benötigen die Clients entsprechende
Leistung und es muss eine Referenzdatei erstellt werden, welche alle Informationen über die Dokumente beinhaltet, nach 
welcher gesucht werden kann.

Daher ist eine Umstellung auf statische Webseiten nicht sinnvoll.

\section{Client basierte Webseiten}
\label{sec:evaluation:client-side-rendering}

Als weitere Möglichkeit könnte man die Webseite so umbauen, dass die Daten erst im Nachgang über eine AJAX-Anfrage
ermittelt und die Sortierung und Aufteilung im Client durchgeführt wird. Hierbei wird allerdings je nach Datenmenge ein
großer Speicher am Client benötigt und der Großteil der benötigten Rechenleistung zu dem Client verschoben.

Dies wiederrum ist ein Vorteil für den Serverbetreiber, da durch die Verschiebung weniger Rechenleistung am Server
benötigt wird. Gleichzeitig würde man wiederrum schwächere Clients, wie Smartphones, aussperren, da bei diesem
die notwendige Rechenleistung fehlt, um die Webseite in annehmbarer Zeit darzustellen.

\section{Serverseitige Paginierung}
\label{sec:evaluation:server-side-paging}

Die Aufteilung eines großen Datenbestandes in mehrere einzelne Seiten ist eine der wenigen Optimierungsmöglichkeiten in
der \ac{JSF}"=Ebene. Dieser Einbau optimiert direkt an mehreren Stellen, dazu gehört die kleinere Datenmenge, die vom 
Datenbankserver geladen wird. Ebenso wird entsprechend weniger Zeit benötigt, um die View zu erstellen, 
gleichzeitig wird die übertragene Datenmenge an den Client reduziert. Dadurch benötigt die Seite auf dem Client weniger 
Zeit zum rendern.

Da das Paging für den Fall der Dokumentenliste implementiert ist, gibt es hier keine weiteren offensichtliche
Optimierungsmöglichkeiten.

\section{Caching im OpenJPA}
\label{sec:evaluation:caching-jpa}

Bei der Verwendung des OpenJPA"=Caches gibt es einige Verbesserungen bei der Geschwindigkeit zu sehen. Die Höhe der 
Optimierungen hängt stark von der gewählten Cache"=Größe und der aufgerufenen Webseiten ab. Solange die Anfragen sich
auf die gleichen Objekte beziehen und diese alle im Cache hinterlegt werden können, fällt die Optimierung entsprechend
hoch aus. Sobald bei den Anfragen aber häufig die zu ermittelnden Objekte sich unterscheiden und alte Objekte wieder
aus dem Cache entfernt werden, fällt die Performance"=Verbesserung immer geringer aus. 

Das Entfernen der Objekte kann zwar umgangen werden, indem die häufig abgefragten Objekte gepinnt werden, was aber
den Speicherbedarf noch weiter erhöht, da diese Objekte nicht in die Zählung der Cache"=Objekte miteinfliesen.
Als größten Nachteil des Caches ist zu nennen, dass die notwendige Speichermenge ständig zur Verfügung gestellt 
werden muss. Damit ist immer ein gewisser Grundbedarf notwendig, da sich der Speicher bis zum eingestellten
Grenzwert aufbaut und dann nicht mehr entleert wird. Gerade bei kleiner dimensionierten Servern stellt dies ein
größeres Problem dar, da nun weniger Speicher für die anderen laufenden Programme, wie dem Datenbankmanagementsystem,
zur Verfügung steht. 

Hierbei ist aber noch zu beachten, dass die Optimierung durch den Cache nicht die Laufzeit der Abfragen in der Datenbank
enorm verringert hat, sondern die Laufzeit beim Erstellen der Objekte im \textit{OpenJPA}"=Framework. Dies sieht man
sehr gut schon bei der ersten Messung, wie in \autoref{tbl:measure-ojpa-active}. Hierbei wird die Laufzeit in der
Datenbank im Schnitt um circa 5 ms reduziert, allerdings wird die komplette Webseite fast 100 ms schneller an den Client
ausgeliefert. Dies ist nur dadurch erklärbar, dass das Erstellen und mit den Datenwerte zu befüllen mehr Zeit kostet,
als das Objekt aus dem Cache zu ermitteln und zurückzugeben.

Daher ist die Verwendung des OpenJPA"=Cache nur in Verbindung mit einem größer dimensionierten Server gut verwendbar,
wenn der Großteil der Objekte im Cache gehalten werden kann. Bei Bedarf sollten die häufig frequentierten Objekte
explizit im Cache aufgenommen und angepinnt werden.

\section{Cached Queries}
\label{sec:evaluation:cached-queries}

Die Optimierung über die gespeicherten Anfragen brachte keine Verbesserung hervor. Dieser Cache bearbeitet nur Anfragen, 
die keine Bedingungen besitzen und daher ist es erklärbar, warum er für diese Abfrage nicht funktioniert. In diesem Fall sind in der Tabelle
noch nicht freigegebene und ungültige Datensätze gespeichert, daher müssen diese vor dem Übertragen herausgefiltert
werden. Aus diesem Grund werden die Anfragen in diesem Cache nicht gespeichert.

Dadurch ist dieser Cache für eine Performance"=Verbesserung in dem Fall der Dokumentenliste nicht anwendbar.

\section{Caching mit Ehcache}
\label{sec:evaluation:ehcache}

Mit dem Ehcache konnte eine Verbesserung in der Performance erzielt werden. Im Vergleich zum Cache von OpenJPA ist
die Verbesserung sehr ähnlich. Die Standardwerte dieses Caches sind gut vordefiniert, es wird für den aktuellen Fall
keine Anpassung benötigt, um eine gute Performance zu erreichen. Hierbei ist natürlich das gleiche Problem wie in anderen
Caches, dass beim Erreichen der Grenzen alte Objekte entfernt werden müssen.

Nach aktueller Beobachtung scheint die Verwaltung im Ehcache effizienter gestaltet zu sein als die des OpenJPA"=Caches.
Im Falle des Ehcache ist die interne Verwaltung auf mehrere Caches aufgebaut, dies ist daran zu sehen, dass in der 
Standardkonfiguration jede Klasse ihren eigenen Cache besitzt. Diese können einzeln konfiguriert und diagnostiziert 
werden, um diese genau auf die jeweiligen Bedürfnisse der Objekte anzupassen.

Im Falle der Verwendung des Caches ist auch hier gut zu sehen, dass der Speicheranstieg bei der Verwendung des Caches
sehr gering ist, dies deutet ebenfalls darauf hin, dass die Speicherproblematik beim Erstellen von Objekten innerhalb
des OpenJPA Framework liegen muss.

Durch die effizientere Verwendung des Speichers, ist der Ehcache die bessere Alternative zum OpenJPA"=Cache. Dieser ist
auch schon für kleinere Serverkonfigurationen gut verwendbar. Hierbei ist nur abzuwägen, mit welcher Größe der Cache
bereitgestellt werden kann, dies hängt direkt vom verfügbaren Arbeitsspeicher ab.

\section{Caching in EJB}
\label{sec:evaluation:ejb}

Bei der Erweiterung des \ac{EJB} konnte keine Verbesserung in der Performance festgestellt werden. Der Grund hierfür ist, dass
der \ac{EJB}"=Cache die Provider beinhaltet, aber keine Daten"=Objekte. Dadurch kann der Cache das Ermitteln der Objekte
nicht optimieren.

Auf Grund dessen ist der \ac{EJB}"=Cache nicht für eine Performance"=Verbesserung nutzbar.

\section{Abfragen mit JPQL und Criteria API}
\label{sec:evaluation:jpal-capi}

Bei dem Vergleich zwischen den zwei Abfragemöglichkeiten der \ac{JPQL} und der Criteria API konnte in der Art der 
Abfragen kein Unterschied festgestellt werden. Die Abfragen der beiden Systeme sind auf Datenbankseite komplett 
identisch. Auch in der Übertragung der Daten aus der Datenbank in die Java"=Objekte konnte kein Unterschied in der 
Art und Geschwindigkeit festgestellt werden.

Ebenfalls sind die Möglichkeiten der Optimierung durch die Hints identisch. In beiden Fällen haben die meisten Hints
keinen nennenswerten Einfluss auf die Laufzeit der Abfragen und Übertragung in die Java"=Objekte. Das sinnvolle Setzen
von OptimizeResultCount, der FetchSize sowie der FetchBatchSize hilft dem Framework die Bearbeitung der Anfrage
effizient abzuarbeiten, konnte aber in den gemessenen Laufzeiten nicht verifiziert werden.

Anders verhält sich dies mit der Einstellung für \texttt{EagerFetchMode}, welche definiert, wie die Daten für abhängige Klassen
ermittelt werden. Bei der Umstellung auf \textit{parallel} konnte für die Ermittlung der Dokumente einiges an Performance gewonnen
werden. Das liegt daran, dass nun für die abhängigen Objekte, wie den Koautoren, nicht pro Dokument eine Anfrage an die
Datenbank gestellt wird, sondern es werden alle Koautoren für die ermittelten Dokumente auf einmal ermittelt. Die
Zuordnung der Koautoren zu dem Dokument wird dann nun im Framework und nicht mehr durch die Datenbank durchgeführt.
Diese Abarbeitung reduziert viele einzelne Abfragen und somit auch den entsprechend Overhead im Framework.

Folglich ist die Entscheidung der Technik für die Performance irrelevant und es kann das genutzt werden, was für den
jeweiligen Einsatzzweck besser beziehungsweise einfacher zu programmieren ist. Das Setzen der richtigen Hints wiederrum
ist in beiden Fällen äußerst wichtig. Explizit bei der EagerFetchMode muss vorher darüber nachgedacht werden, wie viele
abhängige Objekttypen es zu dieser Klasse gibt, welche dazu geladen werden sollen und von welcher Anzahl an Objekte 
ausgegangen werden kann. Gerade bei einer größeren Anzahl lohnt es sich den Hint auf \textit{parallel} zu setzen.
Gleiches gilt bei dem Hint \texttt{SubclassFetchMode}, dieser steuert dimensionierte Abfragen im Falle von 
abgeleiteten Klassen.

\section{Materialized View}
\label{sec:evaluation:materialized-view}

Die Idee der \textit{Materialized View} ist simple, aber sehr effizient, gerade für einen Datenbestand, welcher häufig gelesen
und selten verändert wird. Hierbei werden komplexe Abfragen einmalig ausgeführt und das Ergebnis intern 
zwischengespeichert. Für alle weiteren Aufrufe werden die Daten nun aus dem Zwischenspeicher gelesen und dem Aufrufer
zurückgegeben. Der größte Nachteil der \textit{Materialized View} ist, dass bei einer Änderung an den Quelldaten die
Sicht aktualisiert werden muss. Dieser Nachteil kommt in einer Briefedition nicht zum tragen, da in dieser nach dem die 
Briefe einmalig eingepflegt wurden, nur noch selten Änderungen erfahren. Der Recherche zu dem Datenbestand wird die 
meiste Zeit gewidmet.

Ein weiterer Nachteil der \textit{Materialized View} ist die doppelte Speicherung der Daten, da die Daten für die Sicht
wie bei einer Tabelle auf der Festplatte gespeichert sind. Dieser Nachteil ist in der Dokumentliste vernachlässigbar, 
da sich die Daten auf die Meta"=Daten der Dokumente, wie Namen, Datum und Autoren beschränkt. Der größte Datenbestand,
die Faksimile, sind nicht in dieser Sicht enthalten und werden erst beim Anzeigen einer Kommunikation ermittelt.
Zusätzlich ist zu beachten, dass bei der Verwendung eines Caches die Daten ebenfalls doppelt gehalten werden und in
den meisten Fällen im Arbeitsspeicher gehalten werden.

Eine weitere Optimierung, welche durch die \textit{Materialized View} entstanden ist, ist die direkte Integration der
Autoren, der Koautoren und der Adressen im \textit{Json}"=Format. Durch diese aus dem Wedekind-Projekt übernommene Idee 
konnten schon viele zusätzliche Abfragen eingespart werden, da diese nicht mehr durch OpenJPA nach der Hauptabfragen 
für jede Datenzeile einzeln durchgeführt wird. 

Zusätzlich konnte dies nochmal beschleunigt werden, in dem das Parsen der \textit{Json}"=Daten vom Server auf den Client 
verlagert wurde. Hiermit konnte ein Teil der Last vom Server genommen und die gesamte Ausführungszeit nochmals
optimiert werden. Die Wandlung der Daten in \textit{\ac{HTML}}"=Objekte ist eine Kernkompetenz von JavaScript und damit auch bei
schwächeren Clients in kurzer Zeit durchführbar.

Als weiteren Punkt ist anzumerken, dass der Speicherbedarf des Webserver relativ konstant bleibt, ohne dass ein Cache 
verwendet wird. Der größte Unterschied zur Standardimplementierung ist die Verwendung von eigenen Codes, um die Objekte
zu erstellen und zu befüllen und es nicht durch das OpenJPA"=Framework durchführen zu lassen. 
Dies legt den Schluss nahe, dass Probleme in der Speicherverwaltung der Objekte im OpenJPA"=Framework existieren.

Zusammenfassend ist zu sagen, dass die \textit{Materialized View} eine gute Wahl ist, um die Listendarstellungen
zu optimieren. Mit dieser Technik können zum einen die Abfragezeiten optimiert werden, wodurch gleichzeit die 
Ressourcennutzung verringert wird. Zum anderen wird die Ressourcennutzung des Servers noch weiter reduziert, wenn die 
\textit{Json}"=Verarbeitung an den Client ausgelagert wird.
Durch die doppelte Datenhaltung muss bei jeder Abfrage geprüft werden, ob die Nutzung der \textit{Materialized View} sinnvoll
ist oder direkt auf denormalisierte Daten umgestellt werden sollte, weil der zusätzliche benötigte Speicher größer als 
die Quelle ist. 
Im Gegensatz zu einer reinen Cache"=Lösung, die die gleiche Optimierung besitzt, ist diese vorzuziehen, da in den 
meisten Fällen der Festplattenspeicher kostengünstiger als der Arbeitsspeicher ist. Zusätzlich ist der Cache begrenzt
und wirft alte Objekte heraus. Wenn dieser voll ist wird ein Zugriff auf diese entfernten Objekte  
langsamer. Somit ist die Optimierung über die \textit{Materialized View} auf lange Zeit gesehen kostengünstiger und 
stabiler.

\section{Optimierung der Abfrage}
\label{sec:evaluation:optimize-query}

Die Abfragen, die durch die OpenJPA an die Datenbank abgesetzt werden, sind meist durch ihre Einfachheit gut optimiert.
Nur durch Sortierung oder Bedingungen können die Abfragen langsamer werden. Diese können durch entsprechende Indexe 
gelöst werden. Bei größeren Abfragen mit mehreren Joins kann durch geschicktes umstellen die Performance verbessert 
werden. Die Hauptabfrage der Dokumentenliste besteht aus mehreren Joins und diese wurde explizit untersucht.

Der Abfrageplan der Hauptabfrage wurde visuell untersucht und zeigt, dass das Hauptproblem die nicht eingeschränkte
Datenmenge der Haupttabelle \textit{document} ist. Dadurch werden die anderen Tabellen komplett geladen
anstatt die Zugriffe über die vorhandenen Indexe durchzuführen, obwohl die Bedingungen über die Primary Key definiert
sind. Für den PostgreSQL
ist es laut Berechnung kostengünstiger mit einem \textit{Seq Scan}, was einem kompletten Durchlaufen der Tabelle 
entspricht, zu arbeiten.

Um dies zu optimieren, werden über eine \textit{Common Table Expression} zuerst die eingeschränkten Datenzeilen 
ermittelt, diese mit der Haupttabelle verknüpft und anschließend die anderen Tabellen hinzugenommen. Hierdurch kann die 
Zeilenanzahl während der Verarbeitung enorm verringert werden, wodurch einige der Verknüpfungen auf Indexzugriffe 
umgestellt werden. Durch die Umstellung kann die Abfragezeit um mehr als das dreifache reduziert werden.

Mit dieser Art der Umstellung können Abfragen optimiert werden, die für das Paging verwendet werden und die Abfrage aus
mehrere Tabellen besteht. Das Wichtigste hierbei ist, dass die Bedingungen und die Sortierkriterien auf der 
Haupttabelle arbeiten. Wenn dem nicht so ist, müssen Joins in die \textit{Common Table Expression} mit aufgenommen 
werden und damit funktioniert die Reduzierung der Datensätze weniger effizient. Bei der Selektion einer Tabelle hat diese Art 
der Optimierung keine Auswirkung, hier hilft nur das geschickte Setzen von Indexen auf die Tabelle, welche die
Bedingungen und die Sortierkriterien beinhalten. Dies wird mit der Untersuchung der Abfrage auf die 
\textit{Materialized View} bestätigt.