Obiektowe bazy danych

Jarosław Koszela

Tematyka

•

Podstawowe pojęcia z zakresu

obiektowości

•

Obszar oddziaływania obiektowości

•

Podstawowe założenia nakładane na

OBD

•

Cechy i kryteria oceny OBD

•

ODMG

Geneza obiektowości w
informatyce

•

1967 rok

– powstanie języka Simula-

67 (klasy, dziedziczenie, funkcje
wirtualne)

•

1980 rok

– powstanie języka

Smalltalk (do dziś uważany jako
wzorzec obiektowości)

•

Powstanie i rozwój metod, notacji

wykorzystujących obiekty w procesie
projektowania systemów
informatycznych (OMT, UML);

•

Rozwój narzędzi i technologii

wykorzystujących obiekty (OOL, OBL;
CORBA,COM; ODB, RAD)

•

Mechanizm abstrakcji

– budowa

abstrakcyjnych struktur i operowanie
tymi strukturami bez wnikania w ich
budowę;

•

Mechanizm kompozycji i dekompozycji

– grupowanie struktur w coraz
większe bryły; dekomponowanie
złożonych struktur na mniejsze
elementy i możliwość rozpatrywania
tych elementów niezależnie od całości
i od pozostałych elementów;

•

Ponowne użycie

– możliwość

wykorzystanie wcześniej stworzonych
obiektów w innych projektach;

Podstawowe pojęcia

•

Obiekt (instancja)

– byt abstrakcyjny

lub rzeczywisty opisujący pewne
pojęcie lub rzecz obserwowaną w
świecie rzeczywistym, mogący
posiadać stan i swoje zachowanie
(behawior);

•

Klasa

– zbiór obiektów o jednakowej

strukturze wewnętrznej (atrybutach i
metodach);

•

Tożsamość obiektu

– każdy obiekt

rozróżnialny jest poprzez swoje
niezależne istnienie (byt) – adres
fizyczny, adres strukturalny, surogat;

Podstawowe pojęcia

•

Hermetyzacja

– zasada odgradzania

od świata zewnętrznego szczegółów
realizacyjnych abstrakcji programowej
(procedury, modułu, klasy).
Obudowywanie danych polega na
udostępnianiu na zewnątrz tylko
niezbędnych metod działania na
obiekcie danych, wyraźnym
oddzieleniu jego interfejsu od
implementacji.

•

Powiązania (związki, asocjacje)

–

obiekty mogą być połączone poprzez
specjalne powiązania
(wskaźniki/referencje ; fizyczne,
symboliczne);

Podstawowe pojęcia

•

Hierarchia klas i dziedziczenie

– klasy

są organizowane w hierarchię (lub
inną strukturę) zakresów
znaczeniowych; Klasy potomne
dziedziczą niezmienniki (definicje
atrybutów, metod, zdarzeń, itp.);

•

Operacje, metody, komunikaty

–

procedury wykonywane wewnątrz
obiektu. Obiekt wykonuje jedną z
przypisanych do niego operacji po
wysłaniu do niego komunikatu
określającego jej nazwę i parametry;

Podstawowe pojęcia

•

Polimorfizm (późne wiązanie)

–

możliwość określania za pomocą
jednej nazwy wielu metod (działań na
obiektach), których właściwy dobór
odbywa się w trakcie wykonania
programu (metod, typów);

•

Trwałość

– niektóre obiekty zachowują

swój stan dłużej niż czas pojedynczego
uruchomienia programu. Trwałość jest
podstawową własnością obiektów
przechowywanych w bazach danych;

Podstawowe pojęcia

•

Inżynieria oprogramowania

– metody

analizy i projektowania SI, notacje
graficzne (OMT, Booch, Coad/Yourdon,
UML, ...);

•

Języki programowania

– powstanie

nowej grupy języków OBL (Smalltalk,
Eiffel, Object C, ...) , modernizacja
języków strukturalnych- OOL (C, C++,
Pascal, Modula, Ada, ...) oraz
powstanie i rozwój nowych środowisk
programistycznych (4GL, RAD)

Obszary oddziaływania
obiektowości

•

Bazy danych

– rozszerzenie SZRDB o

elementy związane z ideą
obiektowości (Oracle, IBM DB2/UDB2,
Informix, Sybase, SQL3, SQLJ,
PL/SQL, itd..) , powstanie i rozwój
SZOBD (GemStone, O2, Versant,
ObjectStore, Poet, Intersystems, OQL,
OSQL, itd. );

•

Współdziałanie systemów
heterogenicznych

– rozwój innych

systemów inf. opartych o klasy i
obiekty (np. systemy operacyjne) oraz
możliwość wymiany informacji
pomiędzy niezależnie budowanymi
heterogenicznymi systemami (OMG
CORBA, COM/DCOM)

Obszary oddziaływania obiektowości

Obszary oddziaływania
obiektowości

algorytmy + struktury danych = programy

[metody + atrybuty] = obiekty

Podstawowe założenia nakładane na
obiektowe bazy danych :

•

obowiązkowe

– złożone obiekty,

tożsamość obiektów, hermetyzacja, typy
lub klasy, dziedziczenie, przesłanianie i
późne wiązanie metod, rozszerzalność,
kompletność obliczeniowa, trwałość,
zarządzanie pamięcią pomocniczą,
współbieżność, odtwarzanie oraz
udogodnienia dla zapytań ad hoc.

Obiektowe bazy danych

•

opcjonalne

– wielokrotne

dziedziczeniem (wielobazowe), kontrola
typów i wnioskowanie o typie,
rozproszenie bazy danych, transakcje
projektowe (długie lub zagnieżdżone)
oraz wersje;

•

otwarte

– projektanci systemów mają

pewną dowolność co do ich wyboru –
paradygmat programowania , system
typów , system reprezentacji;

Obiektowe bazy danych

Obiektowe bazy danych

Cechy obiektowych baz danych

•

Język schematu

- jasny, naturalny,

uniwersalny, powszechnie akceptowany
model danych i odpowiadający temu
modelowi język opisu danych;

•

Języki zapytań

- zapytania

interakcyjne ad hoc, zagnieżdżanie
zapytań;

•

Programowanie poprzez języki

zapytań

-bezszwowa integracja języka

zapytań (języka deklaratywnego) z
językiem programowania (językiem
imperatywnym); perspektywy,
zapamiętane procedury, reguły;

•

Optymalizacja zapytań

;

•

Obiektowe programowanie wizyjne

(wizualne);

•

Interfejsy (wiązania)

do

programowania aplikacji (API) dla
popularnych języków programowania;

•

Wygodne środowisko

do tworzenia i

uruchamiania aplikacji;

•

Dynamiczna autoryzacja dostępu

;

•

Sprawne zarządzanie pamięcią

zewnętrzną, indeksowanie, buforowanie,
odśmiecanie;

•

Rozszerzalność, skalowalność

,

dynamiczna ewolucja schematu

Cechy obiektowych baz danych

•

Wspomaganie dla więzów

integralności i aktywnych reguł;

•

Biblioteki klas

- dobrze

udokumentowane, uniwersalne,
elastyczne i minimalne oraz inne środki
ponownego użycia;

•

Zintegrowanie systemu z bogatym

zestawem narzędzi i udogodnień

(data

mining, CASE, data warehouses, pakiety
statystyczne, ...);

Cechy obiektowych baz danych

•

Zarządzanie transakcjami

- kryterium

ACID

– niepodzielność (Atomicity)
– zgodność (Consistency)
– izolacja (Isolation)
– trwałość (Durability);

•

Składowanie (backup), odwracanie

(rollback) i odtwarzanie (recovery)

;

Cechy obiektowych baz danych

Cechy obiektowych baz danych

•

Wersjonowanie, własności

temporalne, obiekty archiwalne

;

•

Integracja z serwisami Internetowymi

;

•

Współdziałanie systemów

heterogenicznych

– współpraca z

oprogramowaniem komponentowym
(CORBA, OpenDoc, JavaBeans, ActiveX);

•

Architektura klient-serwer

;

•

Zarządzanie rozproszonymi obiektami

,

rozproszone przetwarzanie,
optymalizacja zapytań w systemach
rozproszonych, globalny schemat,
integracja schematów federacyjna baza
danych ;

Kryteria oceny obiektowych baz
danych

•

Wydajność (performance)

- jak szybki

jest produkt

•

Skalowalność (scalability)

- jak

produkt będzie działać gdy wzrośnie
liczba użytkowników i objętość danych?

•

Funkcjonalność (functionality)

- jakie

możliwosci i cechy produkt oferuje?

•

Zgodność ze standardami

- czy

produkt uzależnia od jednego
dostawcy?

•

Łatwość użycia (usability)

- ile wysiłku

kosztuje nauczenie się obsługi produktu
i jak łatwo będzie się go używać?

Kryteria oceny obiektowych baz
danych

•

Nieuszkadzalność (reliability)

- jak

często produkt zawodzi?

•

Wspomaganie (support)

- czy

dostawca produktu zapewnia pomoc i
jest odpowiedzialny?

•

Środowisko (environment)

- na jakim

sprzęcie/systemie operacyjnym pracuje
produkt ?

•

Żywotność (viability)

- czy można

oczekiwać, że dostawca będzie
podtrzymywać produkt w przyszłości?

•

Cena (price)

- ile kosztuje produkt (w

krótkim czasie i w oczekiwanym
horyzoncie czasowym)?

ODMG

ODMG - Object Database Management

Group

- Jest to konsorcjum powstałe w

wyniku porozumienia kilkunastu firm
oferujących swoje produkty określane
jako “obiektowe systemy zarządzania
bazami danych”.

Wersje :

•

ODMG-93 wersja 1.1 (grudzień 1993)

•

ODMG-93 wersja 1.2 (styczeń 1996)

•

ODMG wersja 2.0 (sierpień 1997)

ODMG

ODMG

Co podlega standaryzacji?

•

+

Interfejsy

– bez wnętrza OSZBD lub

jego architektury;

•

+

Model obiektowy

(pojęcia,

ograniczenia, terminologia);

•

+

Język definicji obiektów;

•

+/-

Format wymiany informacji

(przekazywania obiektów);

•

+/-

Obiektowy język zapytań;

ODMG

Co podlega standaryzacji?

•

-

Abstrakcje wspomagające język

zapytań

(perspektywy, zapamiętane

procedury, aktywne reguły,...);

•

+

Wiązania do języków

programowania

- C++, Smalltalk,

Java,...;

•

-

Zintegrowany język programowania

aplikacji oparty o język zapytań (do
pisania metod);

•

-

Pomosty ( gateways)

do innych

systemów (np. relacyjnych);

ODMG

Co podlega standaryzacji?

•

-

Administracje systemem

, katalogi

BD, dostęp do katalogów

•

-

Prawa dostępu, bezpieczeństwo

•

-

Narzędzia i usługi

(klasy systemowe,

biblioteki klas)

•

-

Protokoły wymiany informacji w

sieci

(np. IIOP)

ODMG – wersja 2.0

ODMG 2.0:
•

Ramowa architektura OSZBD

•

Model obiektowy

•

Języki specyfikacji obiektów

– język

definicji obiektów ODL (nadzbiór OMG
IDL), format wymiany obiektów

•

Obiektowy język zapytań OQL

(składnia wzorowana na SQL)

•

Wiązanie do C++,

Smalltalk’a, Java

•

Dodatki

- porównanie z modelem

obiektowym OMG, OBD w środowisku
OMG CORBA

BD-

SQL

Tech.Ob.

CORBA

Języki-

Java,C++

ODMG – wersja 2.0 – architektura
ramowa

Bazy relacyjne – bazy obiektowe

Bazy relacyjne

Bazy obiektowe

•

Dane zawarte w tabelach

•

Tabele składają się z

kolumn

•

Typy - predefiniowalne

•

Liczba wierszy zmienna

•

Value-based

•

Nie ma wskaźników lecz

klucze zewnętrzne

•

Obiekt w bazie

reprezentuje obiekt w

świecie rzeczywistym

•

Typ obiektowy (klasa):

•

definicja złożonego

typu danych (może

zawierać inne typy

obiektowe lub ich

kolekcje)

•

procedury (metody) i

operatory do

manipulowania tymi

danymi

•

Identity-based

•

Hermetyzacja

•

Dziedziczenie:

•

strukturalne:

potomek dziedziczy

strukture danych

•

behawioralne:

potomek dziedziczy
metody i operatory

C

e

c

h

y

p

o

d

st

a

w

o

w

e

Bazy relacyjne – bazy obiektowe

Bazy relacyjne

Bazy obiektowe

•

niezależność od języka

programowania

•

sprawdzone, dobrze

zdefiniowana teoria

•

możliwość zarządzania

wielką liczbą danych

•

możliwość złożonych

kryteriów

wyszukiwawczych

•

możliwość dostępu do

danych fizycznych

•

dobre mechanizmy

kontroli dostępu do
danych

•

mechanizmy perspektyw

•

dość łatwa reprezentacja

świata

•

dokładnie reprezentuje

złożone zależności między

obiektami

•

łatwość działania na

złożonych obiektach

•

duża podatność na

zmiany

•

możliwość definiowania

własnych typów, metod

•

dobra integracja z

językami programowania
ogólnego przeznaczenia

(np. C++, Smalltalk)

•

ujednolicony model

pojęciowy - obiektowe

podejście do analizy,

projektowania i
implementacji

Z

a

le

ty

Bazy relacyjne – bazy obiektowe

Bazy relacyjne

Bazy obiektowe

•

brak bezpośredniej

reprezentacji relacji typu

n-m

•

dla trudniejszych

problemów, bardzo dużo

tabel

•

mało naturalna

reprezentacja danych

•

ograniczona podatność

na zmiany

•

brak złożonych typów

danych

•

trudne operowanie na

danych złożonych

•

trudne operowanie na

danych rozproszonych w

sieci heterogenicznej

•

niezgodność z modelem

używanym przez języki

ogólnego przeznaczenia
(impedance mismatch)

•

powiązanie z jednym

językiem programowania

•

słaba obsługa

przeszukiwania danych

•

brak powszechnie

zaakceptowanego języka

zapytań

•

brak możliwości

optymalizacji zapytań

•

trudny lub nawet

niemożliwy dostęp do
fizycznych danych

•

słaba kontrola dostępu

•

małe możliwości

optymalizacji pracy

serwera

W

a

d

y

Bazy relacyjne – bazy obiektowe

Bazy relacyjne

Bazy obiektowe

•

dane są proste, nie

zagnieżdżone, łatwe do

umieszczenia w tablicy

•

dane maja postać bierną,

a procesy korzystające z

danych stale się zmieniają

•

często potrzeba

wyszukać dane

spełniające różnorodne

warunki

•

dane maja złożoną lub

zagnieżdżoną strukturę

zdefiniowana przez
użytkownika

•

dane tworzą hierarchie

•

dane są rozproszone w

sieci heterogenicznej

•

dane dynamicznie

zmieniają swój rozmiar

•

Oracle, Informix,

Sybase, Ingres, DB2,

Ingress, Gupta, Access

•

GemStone, O2,

Persistence, Versant,

POET, Objectivity, ODI

L

e

p

sz

e

g

d

y

..

.

Kierunek rozwoju obiektowości

System

operacyjny

BD-SQL

aplikacje

aplikacje

Technologia wykorzystywana w obecnie

eksploatowanych systemach informatycznych

Kierunek rozwoju obiektowości

System

operacyjny

ORBD

aplikacje

aplikacje

Technologia wykorzystywana w obecnie

tworzonych systemach informatycznych

COM,

CORBA

Kierunek rozwoju obiektowości

System

operacyjny

Klasy,

obiekt

Klasy,

obiekty

Technologia „jutra” w tworzeniu

systemów informatycznych

Klasy,

obiekt

Klasy,

obiekt

A

B

C

D

E

F

W0

W1

W2

Wn

?

?

?

Rozproszenie jednego obiektowego
schematu struktury systemu na
wiele węzłów

W1

W2

Wn

?

W0

Tworzenie nowego obiektowego
schematu struktury systemu przy
wykorzystaniu części (całości) wielu
istniejących struktur

Rozproszenie jednego obiektowego
schematu struktury systemu na
wiele węzłów

Podstawowe aspekty rozproszenia

struktury systemu obiektowego :

•

Efektywne (optymalne)
rozproszenie struktury
obiektowego systemu na wiele
węzłów, przy uwzględnieniu
kosztów:



rozproszenia (utrzymanie n-
węzłów, niezawodność),



replikacji,



komunikacji,



realizacji zapytań w ROBD,



obsługa transakcji w ROBD,

Rozproszenie jednego obiektowego
schematu struktury systemu na
wiele węzłów

Podstawowe aspekty rozproszenia

struktury systemu obiektowego :

•

Zapewnienie użytkownikom
„przezroczystości” rozproszenia,

•

zapewnienie spójności,
integralności OBD,

•

Zapewnienie odpowiedniego
poziomu wydajności i
niezawodności,

•

stworzenie „globalnego
schematu”,

•

heterogeniczność
wykorzystywanych środowisk w
ROBD

•

„przezroczystość” komunikacji
pomiędzy węzłami