11. előadás Objektumorientált adatbázisok haladóbb ismeretek

Objektumorientált adatbázisok – haladóbb ismeretek

˝ 11. eloadás

Ispány Márton Kósa Márk Pánovics János

Objektumorientált adatbázisok – haladóbb ismeretek ˝ Adatbázisrendszerek eloadás 2016. december 5.

Bevezetés Az ODMG objektum modellje Az ODL nyelv Az OQL nyelv C++ kötés OO koncepcionális tervezés

Ispány Márton, Kósa Márk és Pánovics János Debreceni Egyetem Informatikai Kar ˝ Az eloadások Elmasry & Navathe: Database Systems alapján készültek. 11.1

Vázlat és célok ˝ Az eloadás vázlata: • Az ODMG objektum modellje

Objektumorientált adatbázisok – haladóbb ismeretek Ispány Márton Kósa Márk Pánovics János

• Az ODL (Object Definition Language) objektum definíciós

nyelv • Az OQL (Oject Query Language) objektum lekérdezo˝

nyelv • A C++ kötés áttekintése • OO adatbázisok koncepcionális modellje

Célok: • A szabványok fontosságának áttekintése (hordozhatóság,

interoperábilitás) • Object Data Management Group (ODMG) szerepe:


objektum modell, ODL és OQL • Az ODMG objektum kötéseinek bemutatása a fontosabb programozási nyelvek felé (pl. C++) • Az objektumorientált koncepcionális adatbázis modellezés

ismertetése 11.2

Az ODMG objektum modellje


• Standard modellt nyújt objektumorientált adatbázisok

számára. • Támogatja az objektumok definícióját az ODL-en

keresztül. • Támogatja objektumok lekérdezését az OQL-en keresztül. • Számos adattípust és típus konstruktort támogat.

˝ Az objektum modell alap építokövei: • objektumok


• literálok

11.3

ODMG objektumok


˝ van: Egy objektumnak 5 jellemzoje • Azonosító (object identifier): egyedi rendszerfüggo˝

azonosító • Név (name): egyedi egy adatbázison vagy programon

belül, de már az egész rendszerben nem(!), opcionális • Élettartam (lifetime): állandó (perzisztens) vagy átmeneti (tranziens) • Szerkezet (structure): azt specifikálja, hogy hogyan jön

létre az objektum a típus konstruktor révén illetve, hogy atomi objektum-e


• Létrehozás (creation): az objektum létrehozásának módja

11.4

ODMG literálok


Literál

A literálnak van aktuális értéke viszont nincs (objektum) azonosítója. A literálok háromféle típusa: • atomi: eloredefiniált, ˝ alapveto˝ adattípus érték (pl. short, float, boolean, char) • strukturált: olyan érték, amelyet rekord konstruktorral

állíthatunk elo˝ (pl. date, struct) • kollekció: értékek vagy objektumok egy kollekciója (pl.


array)

11.5

ODMG interfész: egy példa


Az interface az ODMG egy kulcsszava osztályra/típusra. Az alábbiakban a Date (dátum) típust hozzuk létre a megfelelo˝ interfész definiálásával. interface Date:Object { enum weekday{sun,mon,tue,wed,thu,fri,sat}; enum Month{jan,feb,mar,...,dec}; unsigned short year(); unsigned short month(); unsigned short day(); ... boolean is_equal(in Date other_date); };


11.6

A kollekció objektumok beépített interfészei


˝ Egy kollekció objektum az alapveto˝ collection interfészbol örökli az alábbiakat: • cardinality() (a kollekció számossága) • is_empty() (tartalmaz-e elemet a kollekció)

Bevezetés

• insert_element() (elem beszúrása)


• remove_element() (elem törlése)

Az ODL nyelv

• contains_element() (tartalmaz-e egy adott elemet)

Az OQL nyelv C++ kötés

• create_iterator() (iterátor változó, amely befutja a

kollekció elemeit)

OO koncepcionális tervezés

11.7

Kollekció típusok


• A kollekció objektumok tovább specializálódnak olyan

típusokká mint halmaz, lista, zsák, tömb és szótár. • Minden kollekció típus kaphat további interfészeket, mint például • create_union() (kollekciók egyesítése) • create_difference() (kollekciók különbsége) • is_subset_of() (részhalmaza-e a zárójelbeli

kollekciónak) • is_superset_of() (bovebb-e ˝ a zárójelbeli kollekciónál) • is_proper_subset_of() (valódi részhalmaza-e a zárójelbeli kollekciónak)


11.8

Objektumorientált adatbázisok – haladóbb ismeretek

˝ Az objektumok öröklodési hierarchiája

Ispány Márton Kósa Márk Pánovics János

Object

Bevezetés

Iterator

Collection

Date

Time

Interval

Az ODMG objektum modellje Az ODL nyelv

Timestamp

Az OQL nyelv C++ kötés

set

list

bag

array

dictionary


11.9

Atomi objektumok Atomi objektum


Egy a felhasználó által a class kulcsszóval definiált objektum. Példa class Dolgozo (extent mind_dolgozo key szsz) { attribute string nev; attribute string szsz; attribute short kor; relationship Iroda munkahely; void reassign(in string uj_nev); }; A példában a Dolgozo atomi objektumot hozzuk létre, melynek attribútumai a nev, szsz, kor. Az szsz személyi szám a kulcs, melyet a key kulcsszóval adunk meg. Az összes ˝ dolgozót a mind_dolgozo extentbe rakjuk (ld. késobb). A Dolgozo atomi objektum kapcsolatban van az Iroda atomi objektummal, a Dolgozo.munkahely() adja vissza a dolgozó munkahelyét. Végül a dolgozó kaphat új nevet.


11.10

Extent és kulcs Extent:


• Egy ODMG objektumnak lehet extent-je, amelyet az

osztály deklarálásakor definiálunk. • Minden extent-et egy névvel adunk meg, és tartalmazza

az abba az osztályba tartozó összes perzisztens objektumot. • Pl. a Dolgozo osztálynak az extentje a mind_dolgozo.

Bevezetés

• Ez hasonló ahhoz, mintha létrehoznánk egy


Set objektumot és perzisztensé tennénk. Kulcs:

Az ODL nyelv Az OQL nyelv C++ kötés

• A kulcs egy vagy több egyedi attribútumból áll. • A Dolgozo osztály kulcsa az szsz, így minden


dolgozónál azt várjuk, hogy egyedi lesz ennek az attribútumnak az értéke. • A kulcsok összetettek is lehetnek, pl. (key dszam,

dnev). 11.11

Object Factory


• Az egyedi objektumok eloállítása ˝ az object factory

(objektumgyár) segítségével, annak muveletei ˝ révén történik. • Példa: Bevezetés

interface ObjectFactory { Object new (); }; • A new() egy új objektummal tér vissza, amely egy

object_id-vel rendelkezik.

Az ODMG objektum modellje Az ODL nyelv Az OQL nyelv C++ kötés OO koncepcionális tervezés

• Saját factory interfészeket a fenti interfész örököltetése

útján hozhatunk létre.

11.12

Interfészek és osztályok


• Az ODMG objektum típusok kétféle fogalmát specifikálja: • interfész (interface) • osztály (class) • A kétféle fogalom között vannak hasonlóságok és

különbségek. • Mindkettonek ˝ van viselkedése (muveletei) ˝ és állapota (attribútumai és kapcsolatai).


11.13

ODMG interfészek és osztályok ODMG interfész


• Az interfész egy objektum típus absztrakt viselkedésének

specifikációja. • Az interfész állapotának tulajdonságai, így attribútumai és

˝ kapcsolatai, nem örökölhetoek. • Objektumok nem példányosíthatóak interfészen keresztül.

ODMG osztály • Az osztály egy objektum típus absztrakt viselkedésének

és állapotának specifikációja.

Bevezetés Az ODMG objektum modellje Az ODL nyelv Az OQL nyelv C++ kötés

• Az osztály példányosítható. • Támogatja mind az állapot, mind a viselkedés öröklodést ˝


osztályok között az extends kulcsszóval. • Többszöri öröklodés ˝ az extends útján már nem megengedett.

11.14

Object Definition Language (ODL)


• Az ODL támogatja az ODMG szemantikus konstrukcióit. • Független bármely programozási nyelvtol. ˝ • Arra használjuk, hogy létrehozzunk objektum

specifikációkat, úm. osztályokat és interfészeket. • Nem használható adatbázis manipulációk végrehajtására.

Bevezetés Az ODMG objektum modellje

Egy egyszeru˝ osztály definíciója (az egyetem séma alapján):

Az ODL nyelv Az OQL nyelv

class Diploma { attribute string szak; attribute string diploma; attribute string ev; };

C++ kötés OO koncepcionális tervezés

11.15

Két további ODL példa Egy kicsit bonyolultabb példa extent és key kulcsszavakkal: class Szemely (extent szemelyek key szsz) { attribute struct Szn {string vnev knev} nev; attribute string szsz; attribute date szul_datum; ... short kor (); }; A fenti örököltetése extends kulcsszóval és inverz kapcsolattal: class Oktato extends Szemely (extent oktatok) { attribute string fokozat; attribute float fizetes; attribute string telefon; ... relationship Iroda munkahely inverse Iroda::oktatoja; relationship set<Mester> szakdolgozo inverse Mester::konzulens; };



11.16

˝ ˝ Öröklodés kettospont (:) útján ˝ Eloször egy általános alakzat objektumot definiálunk:


interface Alakzat { attribute struct pont {...} referencia_pont; float perimeter (); ... }; Bevezetés

Majd az alakzatból származtatjuk a háromszög objektumot olyan további tulajdonságokkal, mint pl. az oldalak hossza: class Haromszog:

Alakzat (extent haromszogek)

{

Az ODMG objektum modellje Az ODL nyelv Az OQL nyelv C++ kötés OO koncepcionális tervezés

attribute short oldal1; attribute short oldal2; ... };

11.17

Object Query language (OQL)


• Az OQL a DMG (Data Management Group) lekérdezo˝

nyelve. • Az OQL szorosan együttmuködik ˝ olyan programozási

nyelvekkel, mint a C++. • A beágyazott OQL utasítások olyan objektumokkal térnek vissza, amelyek kompatibilisek a hívó nyelv rendszer típusaival. • Az OQL szintakszisa hasonló az SQL-éhez kiegészítve az

˝ objektumok további jellemzoivel.


11.18

Egyszeru˝ OQL lekérdezések • Alapveto˝ szintakszis: select ... from ... where ... • SELECT t.nev • FROM t in tanszekek • WHERE t.kar=’Informatika’;


• Minden lekérdezés végrehajtásához szükséges egy

belépési pont az adatbázisba. • Egy extent név (pl. a tanszekek a fenti példában)

szolgálhat ilyen belépési pontként. • Amikor egy kollekcióra hivatkozunk egy OQL lekérdezésben, akkor iterátor változókat definiálunk. • A fenti példabeli t iterátorként szolgál és befutja a

kollekcióbeli összes objektumot (azaz az összes tanszéket). • Egy iterátor specifikálására az alábbi szintaktikus ˝ lehetoségek vannak:


• t in tanszekek • tanszekek t • tanszekek as t 11.19

Lekérdezések eredménye és elérése • Egy lekérdezés eredményének adattípusa lehet az ODMG


modellben definiált bármelyik típus. • A lekérdezésnek nem kell feltétlen a korábban megadott

formátumot (select...from...where...) követni. • Egy perzisztens név önmagában lekérdezésként szolgálhat, melynek az eredménye a perzisztens objektumra való hivatkozás. Pl. • tanszekek; melynek típusa a set

• Ún. útkifejezést használunk az attribútumok és az

objektumokhoz a belépési ponttól vezeto˝ út specifikálására. • Egy útkifejezés egy perzisztens objektumnévtol ˝ (vagy


iterátor változójától) indul. • Ezt a nevet követi több, ponttal összekapcsolt kapcsolat

vagy attribútum név, esetleg semmi. Pl.: • tanszekek.vezeto;

11.20

Nevesített lekérdezések mint nézetek • A define kulcsszót használjuk az OQL-ben egy nevesített

lekérdezés azonosítására.


• Ennek a névnek egyedinek kell lenni, különben azt

eredményezi, hogy felülírunk egy már létezo˝ nevesített lekérdezést. • Ha egy lekérdezés definícióját már létrehoztuk, úgy az

megmarad addig, amíg azt nem töröljük, vagy újra nem definiáljuk. • Egy nézet definíciója paramétereket is tartalmazhat. • Példa olyan nézetre, amely egy kar azon diákjait

tartalmazza, akik már teljesítették a mellékszakjukat (minor): define van_minor (kar_nev) as select h from h in hallgatok where h.minorja.knev = kar_nev


• Ezután a van_minor már használható a további

lekérdezésekben (egyfajta beágyazott select). 11.21

Kollekciók elemei és muveletei ˝ • Egy OQL lekérdezés egy kollekcióval és sosem egy

elemmel tér vissza.


• Ahhoz, hogy egy egy elemet tartalmazó kollekciónak

ehhez az eleméhez hozzáférjünk, az OQL element muveletét ˝ kell használni: element (select t from t in tanszekek where t.nev = ’Információtechnológia’); • Az OQL számos csoportképzo˝ muveletet ˝ támogat, amelyet a lekérdezés eredményeiben használhatunk fel. • A csoportképzo˝ muveletek ˝ kollekció felett operálnak és az alábbiak lehetnek: • min, max, count, sum, avg

• Ezek közül a count egész értékkel, az összes többi pedig


a kollekció típusával megegyezo˝ típussal tér vissza. • Példa a PTI BSc szakos hallgatók átlagos kredit

összegének kiszámítására: avg (select h.kredit from h in hallgatok where h.szak = ’PTI BSc’); 11.22

Tagság és korlátozás


• Az OQL-ben az alábbi tagsági és korlátozási muveletek ˝

biztosítottak: • (e in c) igaz, ha e benne van a c kollekcióban, • (for all e in c: b) igaz, ha a c kollekció összes e

eleme eleget tesz b-nek, b) igaz, ha a c kollekció legalább egy e eleme eleget tesz b-nek.

• (exists e in c:

• Az összes olyan hallgató megkeresése, aki teljesítette az

Adatbázisrendszerek kurzust: select h.nev.vnev h.nev.knev from h in hallgatok where ’Adatbázisrendszerek’ in (select k.nev from k in h.telj_felevek.felev.kurzus);


11.23

Rendezés és csoportosítás • A lista vagy tömb típusú kollekcióknak megengedett az

˝ utolsó és i-edik elemének kinyerése (first, last, ith). elso,


• Az OQL további muveleteket ˝ biztosít részkollekciók

kinyerésére és két lista egyesítésére. • Az OQL muveleteket ˝ nyújt az eredmények rendezésére. • Példa: legmagasabb fizetésu˝ kari dolgozó vezeték neve:

first (select struct (kar: k.nev.vnev, fizetes: k.fizetes) from k in kar ordered by k.fizetes desc); • Az OQL támogatja a csoportképzo˝ muveletet ˝ is a group by révén. Pl.:


select tanszek_nev, atl_kredit: avg (select sz.h.kredit from sz in szak from h in hallgatok group by tanszek_nev: h.telj_minor.tnev having count (szak) >100); 11.24

A C++ nyelvi kötés • A C++ kötés specifikálja azt, hogy hogyan képzodnek ˝ le

az ODL konstrukciók C++ utasításokká, továbbá tartalmazza az alábbiakat:


• C++ osztálykönyvtár, • adatmanipulációs nyelv (ODL/OML), • fizikai pragmák, amelyek eszközöket adnak a programozó

számára a fizikai tárolás vonatkozásában. • Az ODMG standardok számára kiadott C++

• •

•

•

osztálykönyvtár a d_ prefixet használja osztály deklarációknak. Minden T adatbázis osztályra definiálva van d_Ref, amellyel erre az adatbázis osztályra hivatkozunk. Az ODMG kollekció típusok használatára különbözo˝ templatek definiáltak, pl. d_Object azokat a muveleteket ˝ specifikálja T-n, melyeket minden objektum örököl. Ezek a template osztályok adottak minden ODMG kollekcióra: d_Set, d_List, d_Bag, d_Varray, d_Dictionary. Pl.: d_Set> a hallgatók halmaza.


11.25

Adattípusok és kapcsolatok


• Az ODMG adatbázisok attribútumainak az adattípusai

szintén használhatóak a C++ programozók számára a d_ prefix segítségével. Pl.: • d_Short, d_Long, d_Float.

• Néhány strukturált literál szintén használható: • d_Date, d_Time, d_Interval.

Bevezetés

• A kapcsolatok specifikálására a Rel_ prefixet használjuk


a típusnevek prefixével belül. Pl.: a tanszékekhez az általuk gondozott kurzusokat hozzárendelve • d_Rel_Ref tan_kurzusok;

• A C++ kötés megengedi extent-ek létrehozását is a

Az ODL nyelv Az OQL nyelv C++ kötés OO koncepcionális tervezés

d_Extent osztály könyvtárt használva: • d_Extent<Szemely> Minden_Szemely

(Adatbázisrendszerek)

11.26

OO koncepcionális tervezés • Az objektum adatbázisok (ODB) és a relációs adatbázisok


(RDB) összehasonlítása: • A kapcsolatokat eltéroen ˝ kezelik. • Az öröklodést ˝ ˝ eltéroen kezelik. • A muveleteket ˝ az ODB-ben korán kell kifejezni, mivel azok

az osztály specifikáció részét képezik. • Kapcsolatok ODB-ben: • referencia attribútumként kezelodnek, ˝ amelyek a kapcsolódó objektumok OID-jét is tartalmazzák, • a referencia attribútum lehet egyszeru˝ és kollekció, • a bináris kapcsolatok referenciái egy illetve két irányban is ˝ kifejezhetoek, az utóbbi az inverz muvelet ˝ révén. • Kapcsolatok RDB-ben: • a különbözo˝ rekordok közötti kapcsolatokat egyezo˝ értéku˝ attribútumok révén specifikáljuk (külso˝ kulccsal), • a külso˝ kulcsok egyszeruek, ˝ • az M : N kapcsolatokat elkülönített relációban (táblában) kell kezelni.


11.27



• Az öröklési strukturák az ODB-ben beépítettek és a :

˝ el. illetve extends muveletekkel ˝ érhetoek • Az RDB-ben nincs beépített támogatás az öröklési

˝ kapcsolatok számára, bár számos lehetoség van ezek leképezésére. • Az ODB-ben a muveleteket ˝ már a tervezés során

specifikáljuk mivel az osztály specifikáció részét képezi. • Az RDB-ben a muveletek ˝ specifikációját egészen az

implementációig lehet késleltetni.


11.28

EER sémák ODB sémákra való leképezése


• Az EER sémák ODB sémákra való leképezése viszonylag

egyszeru˝ mivel az ODB sémák támogatják az öröklési kapcsolatokat. • Amint teljessé vált a leképezés a muveletekkel ˝ ki kell

˝ bovíteni az ODB sémákat, mivel az EER sémák nem tartalmazzák a muveletek ˝ specifikációit.


11.29

EER sémák ODB sémákra való leképezése 1

˝ egyedtípushoz Hozzunk létre minden egyes EER (eros) vagy alosztályhoz egy ODL osztályt.


• A több-értéku˝ attribútumokra használjuk a halmaz, zsák

vagy lista konstruktorokat. • Az összetett attribútumokat rekord konstruktorokba

képezzük le. 2

Adjuk hozzá a kapcsolat tulajdonságokat illetve referencia attribútumokat minden egyes bináris relációnál a kapcsolatban résztvevo˝ ODL osztályokhoz. • A kapcsolat számossága alapján: egy-értéku˝ 1 : 1 és N : 1

kapcsolat esetén, míg halmaz-értéku˝ 1 : N és M : N kapcsolat esetén. • A kapcsolat attribútumot rekord konstruktorral hozzuk létre. 3

Adjuk hozzá a megfelelo˝ muveleteket ˝ minden egyes osztályhoz.


• A muveletek ˝ nem állnak rendelkezésre az EER sémákban,

az eredeti követelményeket kell áttekinteni. • A megfelelo˝ konstruktor és destruktor muveleteket ˝ szintén

hozzá kell adni. 11.30

EER sémák ODB sémákra való leképezése 4

Specifikáljuk az öröklési kapcsolatokat az extends útján. • Azok az ODL osztályok, amelyek az EER séma egy


alosztályának felelnek meg, öröklik szuperosztályainak ODL sémabeli típusait és metódusait. • A részosztályok egyéb attribútumait az 1-3 lépések mintájára adjuk hozzá. 5

Képezzük le a gyenge egyedtípusokat ugyanúgy, ahogy ˝ az eroseket. • Azokat a gyenge egyedtípusokat, amelyek nem vesznek

részt egyetlen kapcsolatban sem, a tulajdonos egyedtípus összetett több-értéku˝ attribútumaként is megjeleníthetjük. 6

Képezzük le a kategóriákat (únió típusok) az ODL-re. • A folyamat nem egyértelmu. ˝ • Ugyanazt a menetet követhetjük mint az EER->relációs

leképezésnél. Definiáljuk a kategóriát reprezentáló osztályt, majd adjuk meg az 1 : 1 kapcsolatokat a kategória és minden szuperosztály között. 7


˝ Képezzük le a kettonél magasabb fokszámú kapcsolatokat. • Mindegyik kapcsolatot elkülönített osztályokba képezünk le

alkalmas hivatkozással minden résztvevo˝ osztályra. 11.31

11. előadás Objektumorientált adatbázisok haladóbb ismeretek

Recommend Documents