高级数据库技术之对象关系数据库.ppt

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1、Chapter 9:对象对象-关系数据库关系数据库9.2Chapter 9:对象对象-关系数据库关系数据库n复杂数据类型与面向对象nSQL中的结构数据类型与继承n表继承nSQL中的Array与Multiset类型 nSQL中的对象标识及引用类型n实现O-R特性n持久化程序设计语言nO-O与O-R数据库的比较9.3对象对象-关系数据模型关系数据模型n扩展关系数据模型:引入面向对象及处理新增数据类型的构造.n允许元组属性具有复杂类型,包括非原子值(如嵌套关系).n保持关系基础,尤其是对数据的描述性存取,同时扩展建模能力.n与现有关系语言向上兼容.9.4复杂数据类型复杂数据类型n动机:l允许非原子域

2、(原子 不可分)4非原子域的例子:整数集合,元组集合l可对具有复杂数据的应用进行更直观的建模n直观定义:l所有允许使用原子(标量)值的地方可以使用关系 关系内的关系l保持关系模型的数学基础l违反第一范式9.5嵌套关系例嵌套关系例n例如:图书馆信息系统n每本书具有l书名 l作者集合l出版商l关键词集合n非1NF关系 books9.6嵌套关系的嵌套关系的1NF版本版本flat-booksflat-books9.7嵌套关系的嵌套关系的4NF分解分解n假设flat-books 上有下列多值依赖:ltitle authorltitle keywordltitle pub-name,pub-branchn

3、将flat-books分解到4NF模式:l(title,author)l(title,keyword)l(title,pub-name,pub-branch)9.8flatbooks的的4NF分解分解9.94NF 模式的问题模式的问题n4NF设计要求用户在查询中包含连接.n通过连接4NF关系而定义的1NF视图 flat-books:l使用户不必执行连接,l但丢失了元组与文档的一一对应.l具有大量冗余n嵌套关系表示法更自然.9.10复杂类型与复杂类型与SQL:1999/SQL:2003n为支持复杂类型而对SQL进行的扩充包括:l集合体与大对象类型4嵌套关系是集合体类型的例子l结构类型4类似符合属

4、性的嵌套记录结构l继承l面向对象4包含对象标识符和引用n我们主要基于SQL:1999和SQL:2003标准进行描述l在任何当前的数据库系统中都没有完全实现l但某些特性在每个主要商业数据库系统中都存在4请参阅你的数据库系统的手册9.11SQL中结构类型与继承中结构类型与继承nSQL中可声明并使用结构类型 create type Name as (firstname varchar(20),lastname varchar(20)finalcreate type Address as (street varchar(20),city varchar(20),zipcode varchar(20)n

5、ot finall注:final 和 not final 指示是否可以创建子类型n结构类型可用来创建具有复合属性的表 create table customer(nameName,addressAddress,dateOfBirth date)n使用点表示法来引用成员:name.firstname9.12结构类型结构类型(续续)n用户定义的行类型create type CustomerType as(name Name,address Address,dateOfBirth date)not finaln然后可以创建表,该表的行具有用户定义类型create table customer of

6、CustomerType9.13方法方法n可以为结构类型增加方法声明method ageOnDate(onDate date)returns interval yearn方法体单独定义create instance method ageOnDate(onDate date)returns interval yearfor CustomerTypebeginreturn onDate-self.dateOfBirth;endn现在可以求出每个客户的年龄:select name.lastname,ageOnDate(current_date)from customer9.14继承继承n假设有下列关

7、于人的类型定义:create type Person (name varchar(20),address varchar(20)n利用继承定义学生和教师类型 create type Student under Person (degree varchar(20),department varchar(20)create type Teacher under Person (salary integer,department varchar(20)n子类型可以在方法声明中通过用overriding method代替代替method来重定义方法9.15多重继承多重继承nSQL:1999和SQL:2

8、003 不支持多重继承n如果类型系统支持多值继承,可以如下定义助教类型:create type Teaching Assistant under Student,Teachern为避免两个department 之间的名字冲突,可以重命名 create type Teaching Assistant under Student with(department as student-dept),Teacher with(department as teacher-dept)9.16表继承表继承n表继承通过允许一个实体同时存在于多个表中,使得对象可具有多个类型.n例如 people 表:create

9、 table people of Personn可定义people 的子表students 和 teacherscreate table students of Student under peoplecreate table teachers of Teacher under peoplen子表的类型必须是父表类型的子类型.l因此people中的每个属性也存在于子表中.n子表中的每个元组隐含地存在于其父表中.l因此查询people不仅查到直接插入其中的元组,还能查到插入其子表students 和 teachers中的元组(仅返回people中存在的属性).l只查询people中独有的元组:使

10、用only peoplelonly还可用于delete和update语句,这时子表中的元组不受更新操作影响.n在概念上,多重继承对于表也是可能的.但SQL不支持.create table teaching-assistants of Teaching Assistant under students,teachers9.17对子表的一致性要求对子表的一致性要求对子表的一致性要求对子表的一致性要求n子表元组s对应父表元组t:s在所有继承属性上与t具有相同的值.ls和t表示的是同一实体n对子表的一致性要求l超表中的每条元组在每个直接子表中最多只能与一条元组对应.4例如:students 中不能有两

11、条元组对应于同一个people元组lSQL还有一条限制:相互对应的所有元组必须是由(插入到某个表中的)同一条元组派生的.4问:people中的元组p能同时对应于students中的s和teachers中的t吗?除非p、s和t都是因为向teaching-assistants 表插入了一条元组而隐含派生的.但SQL并不支持多重继承,因此上述限制实际上给出了否定答案.但可以不通过继承来表示TA,而是通过创建单独的表:people,students和 teachers,后两个表包含Person的键及自身的特殊属性.添加引用完整性约束来确保数据一致性:即students和teachers的元组必须出现在

12、people中.9.18SQL中的中的Array与与Multiset类型类型nSQL支持两种集合体类型:array和multisetlSQL:1999开始加入了array,SQL:2003开始加入了multisetlset是multiset的特例l支持E-R中的多值属性的建模narray与multiset声明的例子:create type Publisher as (name varchar(20),branch varchar(20)create type Book as (title varchar(20),author_array varchar(20)array 10,pub_date

13、 date,publisher Publisher,keyword_set varchar(20)multiset)create table books of Bookl类似于嵌套关系books,但用了作者array 而不是集合9.19创建及访问集合体类型的值创建及访问集合体类型的值nArray array Silberschatz,Korth,SudarshannMultisets multiset computer,database,SQLn创建books关系所定义的类型的元组:(Compilers,arraySmith,Jones,new Publisher(McGraw-Hill,Ne

14、w York),multiset parsing,analysis)l注意:构造子函数Publisher()需要显式创建n插入该元组到关系books insert into booksvalues (Compilers,arraySmith,Jones,new Publisher(McGraw-Hill,New York),multiset parsing,analysis)9.20查询具有集合体值的属性查询具有集合体值的属性n求所有具有关键词“database”的书select titlefrom bookswhere database in(unnest(keyword_set)l利用un

15、nest可将集合体值转换成关系,从而可出现在关系名能出现的地方n利用下标可访问数组的个别元素lE.g.:如果知道某本书有三个作者,可以写出:select author_array1,author_array2,author_array3from bookswhere title=Database System Conceptsn对每本书及其每个作者,生成关系,包含形如“书名,作者名”的序对 select B.title,A.authorfrom books as B,unnest(B.author_array)as A(author)n为保持array的排序信息,使用 unnest with

16、ordinality select B.title,A.author,A.positionfrom books as B,unnest(B.author_array)with ordinality as A(author,position)9.21解嵌套解嵌套(Unnesting)nunnesting:将嵌套关系转换成具有较少(或没有)关系值的属性n例如:将嵌套关系books展开 select title,A.author,publisher.name as pub_name,publisher.branch as pub_branch,K.keyword from books as B,un

17、nest(B.author_array)as A(author),unnest(B.keyword_set)as K(keyword)9.22嵌套嵌套(Nesting)nNesting:与unnesting相反,创建集合体值的属性.nNesting可以用与分组聚合类似的方式进行,只是用函数collect()代替聚合函数来创建一个多重集.lSQL:2003还提供了函数intersection()和fusion()n给定关系flat_books,对其属性keyword 进行嵌套:select title,author,Publisher(pub_name,pub_branch)as publish

18、er,collect(keyword)as keyword_setfrom flat_booksgroup by title,author,publishern同时对author和keyword属性进行嵌套:select title,collect(author)as author_set,Publisher(pub_name,pub_branch)as publisher,collect(keyword)as keyword_setfrom flat_booksgroup by title,publisher9.23嵌套嵌套(续续)n创建嵌套关系的另一种方法:在select子句中使用子查询s

19、elect title,array(select author from authors as A where A.title=B.title order by A.position)as author_array,Publisher(pub-name,pub-branch)as publisher,multiset(select keyword from keywords as K where K.title=B.title)as keyword_setfrom books4 as B9.24SQL中的对象标识与引用类型中的对象标识与引用类型n定义类型Department,具有字段name

20、和head,后者是对类型Person 的引用,并以表people 作为其作用域:create type Department(name varchar(20),head ref(Person)scope people)n然后可以创建表departments create table departments of Departmentn可从类型声明中省略scope people,代之以在 create table语句中增加有关声明:create table departments of Department (head with options scope people)n被引用的表(如peop

21、le)必须有一个属性(称为自引用属性)来存储对象标识:使用ref is子句 create table people of Person ref is person_id system generatedlperson_id是存储对象标识的属性,该列的值由系统产生9.25引用属性的值的初始化引用属性的值的初始化n必须获得被引用元组的标识n为创建具有引用值的元组,可以先创建具有空引用值的元组,然后再单独为引用属性赋值:insert into departments values(CS,null)update departments set head=(select p.person_id from

22、 people as p where name=John)where name=CS9.26用户生成的对象标识用户生成的对象标识n必须将自引用属性的类型声明作为被引用表的类型定义的一部分,并且表定义必须指明该引用是user generated create type Person (name varchar(20)address varchar(20)ref using varchar(20)create table people of Person ref is person_id user generatedn创建元组时,必须为对象标识提供唯一的值:insert into people(p

23、erson_id,name,address)values(01284567,John,23 Coyote Run)n然后向departments 插入元组时即可使用该标识l不必用单独的查询来获得标识值:insert into departments values(CS,01284567)9.27用户生成的对象标识用户生成的对象标识(续续)n甚至还可以使用现有的主键值作为对象标识:create type Person (name varchar(20)primary key,address varchar(20)ref from(name)create table people of Perso

24、n ref is person_id derivedn向departments 插入元组时即可使用insert into departments values(CS,John)9.28解引用解引用:路径表达式路径表达式n求所有系的系主任的姓名和地址:select head name,head addressfrom departmentsl形如“headname”的表达式称为路径表达式路径表达式n路径表达式避免了显式的连接l若head不是引用,则需要连接departments 和people 以得到地址信息l使查询的表达对用户更容易nderef():返回被引用元组select deref(he

25、ad).namefrom departments9.29实现实现O-R 特性特性n类似于如何将E-R 特性映射到关系模式n子表实现l每个表保存主键及在该表中定义的属性或者l每个表保存局部定义的属性以及继承来的属性9.30持久化程序设计语言持久化程序设计语言n持久数据：即使创建该数据的程序已终止仍然继续存在l如：关系数据库中的关系，元组；传统程序语言中的文件n持久化程序设计语言：扩充了能处理持久数据的构造nPPL与嵌入式SQL的区别l类型系统：PPL统一，ESQL需要转换lPPL程序员可以直接操作持久数据，不需要写代码将数据取进内存及存回磁盘，ESQL则相反nPPL的缺点l容易发生编程错误破坏数

26、据库l语言复杂难以实现高级优化l不能很好地支持声明性（declarative）查询9.31对象的持久化对象的持久化nOOPL创建的对象都是短暂的（transient）l随程序结束而消亡n使对象持久化的方式l根据类 显式声明某个类是持久的，则其所有对象默认是持久的4简单但不灵活4有些系统对类声明为“可持久化”l根据创建 用特定语法来创建持久对象l根据标记 对象创建后在程序中止之前将对象标记为持久的.l根据可达性 若干对象被显式声明为持久的（根对象）;其他对象是持久的当且仅当它可从根对象通过一个引用序列到达4只需声明少量根为持久即可使整个结构持久4数据库系统负担重9.32对象标识与指针对象标识与指

27、针n持久化对象应赋予持久化OIDnOID与指针：最简单的就是利用指向物理存储位置的指针作为内部标识l如：C+的对象标识就是内存指针l对象的存储位置可随时间变化n标识的持久程度:l过程内 标识仅在单个过程执行期间持续4如：局部变量l程序内 标识仅在单个程序或查询执行期间持续4如：全局变量4主存指针只能提供程序内标识l程序间 标识跨越多次程序执行4文件系统数据指针提供程序间标识，但随磁盘上的数据存储改变而改变l持久化 不仅程序间持久，且跨越数据结构重组4这才是OO系统需要的4持久化C+中实现了持久化指针作为持久对象的OID9.33持久对象的存取持久对象的存取n在数据库中存储对象l数据部分：各对象单

28、独存储l代码部分：可存储于数据库之外的文件中n在数据库中查找对象l命名对象4适用少量对象4通常只对类外延及其他对象集合命名,而非对象.l暴露OID或指向对象的持久指针4可在外部保存，不必是助忆符l存储对象集合,并允许程序在该集合上迭代以找到所需对象4对象集合本身可建模为汇集（汇集（collection)类型类型的对象Set,multiset,list,array,etc.类外延类外延(extent)属于该类的所有对象的集合通常为具有持久对象的类维护外延，并且类外延中只包含持久对象9.34持久化持久化OOPLnC+和Java的持久化版本已经实现lC+4ODMG C+4ObjectStorelJava4ODMG 4Java Database Objects(JDO)9.35O-O与与O-R数据库的比较数据库的比较n关系系统关系系统l简单数据类型,强大的声明性查询语言,高度数据保护，高级优化n基于基于PPL的的OODBl复杂数据类型,与程序设计语言的集成,高性能；数据易遭破坏，没有强大的查询能力n对象关系系统对象关系系统l复杂数据类型,强大的声明性查询语言,高度数据保护n一些实际系统模糊了这种划分边界l例如在关系或OR系统上实现一层OODB4可提供更强的数据保护4但性能不如直接建立在存储系统之上的OODBnStonebraker的四象限End of Chapter