对象数据库系统详述

1、第23章 对象数据库系统23.1 研究动机示例23.2 ORDBMS23.3 OODBMS23.4 OODBMS和ORDBMS的比较第23章章 对象象数据库库系统对象数据据库系统统两个发发展方向向面向对象象的数据据库系统统目目标是针针对复杂杂对象扮扮演核心心角色的的应用领领域，这这种方法法受面向向对象的的编程语语言的影影响。对对象数据据库管理理组开发发了新的的标准：对象数数据模型型（ODM）和和对象查查询语言言（OQL）。对象关系系数据库库系统扩展展的关系系型数据据库系统统。SQL：1999扩展了了SQL标准以以支持数数据的对对象关系系模型。RDBMSOODBMSORDBMS23.1 研究究动

2、机示示例23.1.1新新的数数据类型型SQL：1999DDL语语句描述述的部分分Dinky的的ORDBMS模式，与传统统关系系系统的DDL有有一些重重要差别别，它们们突出了了ORDBMS的新的的数据建建模能力力。CREATTABLEFrames(framnointeger,imagejpeg-image,categoryinteger);(2)CREATTABLECategories(cid integer,nametext,lease-pricefloat,commentstext);(3)CREATTYPEtheater-tASROW(tno integer,nametext,addres

3、stext,phonetext);(4)CREATTABLETheatersOFtheater-t(5)CREATTABLENowshowing(filminteger,theaterref(theater-t)with scope theaters,startdate,enddate);(6)CREATTABLEFilms(filmnointeger,titletext,starssetof(text),directortext,budgetfloat );(7)CREATTABLECountries(nametext,boundarypolygon,populationinteger,la

4、nguage text);这一列值值只能引引用第4行定义义的theaters表中的的行（一一个给定定的REF类型型必须与与一个特特定的表表相关联联）23.1.2操操纵新新数据类类型例1(P574)Clog公公司想租租用一个个Herbet 和日日出图案案的图像像，并组组合成包包装盒。类SQL语法描描述形式式，一个个用于查查找可能能需要的的图像和和它们的的租借价价格的查查询。SELECTF.frameno,thumbnail(F.image), C.lease-priceFROM FramesF,CategoriesCWHEREF.category=C.cidANDis-sunrise(F.ima

5、ge) ANDIs-herbert(F.image)thumbnail方方法产生一一个输入入图像的的缩略图图。Is-sunrises方法法是是一个分分析图像像的布尔尔函数，如果图图像包含含一个日日出图案案返回真真。Is-herbert方法图像像包含Herbert的图形形时返回回真。结果产生一一个图形形祯的代代码号，图像缩缩略图和和所有包包含Herbert和和日出图图形的价价格。23.1.2操操纵新新数据类类型例2(P575)在在Andorra方方圆100公里里内正在在放映Herbert电影的的电影院院名字。SELECTN.theatername,N.theateraddress,F.title

6、FROMNowshowing N, FilmF, CountriesCWHEREN.film=F.filmnoANDOverlaps(C.boundary,radius(N.theateraddress,100)ANDC.name=Andorra ANDHerbertF.stars(5)行Nowshowing表中的的theater属性性是对另另一个表表中的一一个对象象的引用用，包含含属性name,address和和phone.这个对对象引用用支持符符号N.theatername和N.theateraddress.每个符符号都指指Nowshowing表中中行N引引用的theater-t对对象的属

7、属性。（6）Films表表的stars属性是是每个电电影中明明星名字字的集合合Radius方法返返回的第第一参数数为圆心心，第二二参数为为半径的的圆。overlap测测试空间间重叠关关系。23.2 对象象关系数数据库系系统23.2.1面面向对对象数据据模型23.2.2对对象-关系数数据库23.2.3小小结23.2.1面面向对对象数据据模型OO模型型的核心心概念类类层次(结构)继继承对对象的嵌嵌套OO模模型的核核心概念念1.对象象定义：对对象是由由一组数数据结构构和在这这组数据据结构上上的操作作的程序序代码封封装起来

8、来的基本本单位。组成部分分属性(Attribute)集合属性描述述对象的的状态、组成和和特性方法(Method)集合描述了对对象的行行为特性性OO模型型的核心心概念(续)2.对对象标识识OID(ObjectIDentifier)概念：面面向对象象数据库库中的每每个对象象都有一一个唯一一的不变变的标识识称为对对象标识识(OID)特点：永久持久久性独立于值值的、系系统全局局唯一的的OO模型型的核心心概念(续)3.封封装(Encapsulation)每一个对对象是其其状态与行行为的封装封装是对对象的外外部界面面与内部部实现之之间实行行清晰隔隔离的一一种抽象象，DBMS不不需要知知道一个个ADT的数据

9、据是如何何存储的的，也不不需要知知道ADT的方方法是如如何工作作的。只只需要知知道能获获得什么么方法，以及方方法的输输入输出出类型。这种隐隐藏ADT内部部细节的的方法称称为封装装。对象封装装之后查查询属性性值必须须通过调用方法法OO模型型的核心心概念(续)4.类类(Class)对象类(简称类类)：共共享同样样属性和和方法集集的所有有对象构构成了一一个对象象类实例：一个对对象是某某一类的的一个实实例(instance)23.2.1面面向对对象数据据模型OO模模型的核核心概念念类类层次次(结构构)继继承对对象的的嵌套类层次(结构)(续

10、)教员、行行政人员员、工人人中只有有本身的的特殊属属性和方方法同时它们们又继承承教职员员工类和和人的所所有属性性和方法法逻辑上它它们具有有人、教教职员工工和本身身的所有有属性和和方法图15.1学学校数据库库的类层层次结构构图类层次(结构)(续)超类/子子类之间间的关系系体现了了“IS A”的语义义超类是子子类的抽抽象(Generalization)或或概括子类是超超类的特特殊化(Specialization)或具体体化类层次可可以动态态扩展，一个新新的子类类能从一一个或多多个已有有类导出出23.2.1面面向对象象数据模模型OO模模型的核核心概念念类类层次次(结构

11、构)继继承对对象的的嵌套 继承承单继承：一个子子类只能能继承一一个超类类的特性性(包括括属性和和方法)层次结构构图是一一棵树多重继承承：一个个子类能能继承多多个超类类的特性性层次结构构图是一一个带根根的有向向无回路路图继承(续续)多重继承承具有多继继承的类类层次结结构图继承(续续)继承性的的优点第一，建建模的有有力工具具，提供供了对现现实世界界简明而而精确的的描述第二，提提供了信信息重用用机制子类与超超类的冲冲突子类在定定义自己己特殊属属性和方方法时可可能与继继承下来来的超类类的属性性和方法法发生冲冲突由系统解解决23.2.1面面向对象象数据模模

12、型OO模模型的核核心概念念类类层次次(结构构)继继承对对象的嵌嵌套 对象象的嵌套套对象嵌套套：一个对象象的属性性可以是是一个对对象，这这样对象象之间产产生一个个嵌套层层次结构构设Obj1和Obj2是两个对对象。如如果Obj2是Obj1的某个属属性的值值，称Obj2属于Obj1，或Obj1包含Obj2。复杂对象象Obj1子对象Obj2嵌套层次次结构对象的嵌嵌套(续续)汽车的嵌嵌套层次次图对象的嵌嵌套(续续)对象嵌套套层次结结构和类类层次结结构形成成了对象象横向和和纵向的的复杂结结构各种类之之间具有有层次结结构某一个类

13、类内部也也具有嵌嵌套层次次结构关系模型型与OO模型的的比较表15.1关关系数数据模型型与OO模型的的比较内容关系数据模型面向对象数据模型基本数据结构二维表类数据标识符码OID静态性质属性属性动态行为关系操作方法抽象数据类型无有封装性无有数据间关系主外码联系，数据依赖继承、组合模式演化能力弱强23.2 对象象关系数数据库系系统23.2.1面面向向对象数数据模型型23.2.2对对象-关系数数据库23.2.3小小结结23.2.2对对象-关系数数据库 对象象关系数数据库系系统中扩扩展的关关系数据据类型对对象关系系数据库库系统中中扩展的的对象类类型及其其定义23.2.2.

14、引用类类型(ReferenceType)继继承性子子表和超超表对象关系系数据库库系统中中扩展的的关系数数据类型型扩展的类类型：LOBBOOLEAN集合类型型ARRAY用户定义义的DISTINCT类型等等面向对象象的数据据类型行类型ROWTYPE抽象数据据类型（AbstractDataType）ORDBS中扩扩展的关关系数据据类型(续)大对象LOB(LargeOBject )类类型LOB可可存储多多达十亿亿字节的的串。LOB分分类二进制大大对象BLOB(BinaryLargeOBject)BLOB用于存存储音频频、图像像数据字符串大大对象CLOB(Characte

15、rLargeOBject)。CLOB用于存存储长字字符串数数据ORDBS中扩扩展的关关系数据据类型(续)2.BOOLEAN类型布尔类型型，支持持3个真真值：true、false和unknown操作符：NOT、AND、OR、EVERY、ANY例如WHEREEVERY(QTY200)或WHEREANY(QTY200)QTY列列为空值值：返回回unknown；QTY列列为非空空：当该列的的每一个个值都使使(QTY200)为true时时，EVERY返回true，否则则为false；当该列的的每一个个值都使使(QTY200)为false时，ANY返返回false，否则则为true。ORDBS中扩扩展的关

16、关系数据据类型(续)3.集合合类型(CollectionType)ARRAY相同类型型元素的的有序集集合称为为数组ARRAYSQL3新增的的集合类类型允许在数数据库的的一列中中存储数数组SQL3的数组组只能是是一维的的数组中的的元素不不能再是是数组ORDBS中扩扩展的关关系数据据类型(续)例2CREATETABLESALES(ITEM_NO CHAR(20)，/*商商品号*/QTYINTEGERARRAY12，/*整数数数组，存放销销售额*/PRIMARY KEY(ITEM_NO)；ORDBS中扩扩展的关关系数据据类型(续)向SALES表表插入一一个元组组：INSERTINTOSALES(IT

17、EM_NO，QTY)VALUES(T-shirt2000，ARRAY200，150，200，100，50，70，80，200，10，20，100，200)；查找三月月份销售售额大于于100的商品品号：SELECTITEM_NOFROMSALESWHEREQTY3100；ORDBS中扩扩展的关关系数据据类型(续)4.DISTINCT类型型SQL3新加了了一种DISTINCT类型型定义DISTINCT数据类类型语法法CREATTYPE ASFINAL ;ORDBS中扩扩展的关关系数据据类型(续)没有使用用DISTINCT类类型例如，职职工的智智商字段段(IQ)和鞋鞋号字段段(SHOE_SIZE)定

18、定义成INTEGER类型WHERESHOE_SIZEIQORDBS中扩扩展的关关系数据据类型(续)使用DISTINCT类型重新定义义这两字字段类型型CREATTYPE SHOE_SIZE_TYPE AS INTEGERFINAL;CREATTYPE IQ_TYPEASINTEGERFINAL;SHOE_SIZE_TYPE和IQ_TYPE成为为两种不不同的数数据类型型表达式：WHERESHOE_SIZE IQ是是非法法的如果在定定义类型型时设置置了选项项，下面用法法也是合合法的：WHEREMY_SHOE_SIZECAST (MY_IQASSHOE_SIZE)23.2.2对对象象-关系系数据库库2

19、 对象象关系数数据库系系统中扩扩展的关关系数据据类型 对象象关系数数据库系系统中扩扩展的对对象类型型及其定定义 参照照类型(Reference Type) 继承承性 子表表和超表表ORDBS中扩扩展的对对象类型型及其定定义在ORDBMS中，类型(TYPE)具有类(CLASS)的特征征，可以以看成类类1.行对对象与行行类型定义行类类型(ROWTYPE)：CREATEROW TYPE()；ORDBS中扩扩展的对对象类型型及其定定义(续续)创建行类类型例3CREATEROW TYPEPerson_type(pnoNUMBE

20、R，nameVARCHAR2(100)，addressVARCHAR2(100);ORDBS中扩扩展的对对象类型型及其定定义(续续)创建基于于行类型型的表CREATETABLE OF ;例4CREATETABLEperson_extentOFPerson_type(pnoPRIMARY KEY);ORDBS中扩扩展的对对象类型型及其定定义(续续)2.列对对象与对对象类型型可以创建建一个对对象类型型，表的的属性可可以是该该对象类类型。创建列对对象语句句如下:CREATETYPEASOBJECT();ORDBS中扩扩展的对对象类型型及其定定义(续续)例5CREATETYPEaddress_objt

21、ypASOBJECT(streetVARCHAR2(50)，cityVARCHAR2(50);CREATETYPEname_objtypASOBJECT(first_nameVARCHAR2(30)，last_nameVARCHAR2(30) );ORDBS中扩扩展的对对象类型型及其定定义(续续)创建表，定义其其中的属属性是对对象类型型例6CREATETABLEpeople_reltab(IdNUMBER(10)，name_objname_objtyp，address_objaddress_objtyp);ORDBS中扩扩展的对对象类型型及其定定义(续续)3.抽抽象数据据类型(Abastrac

22、t DataType，ADT)概念：SQL3允许用用户创建建指定的的带有自自身行为为说明和和内部结结构的用用户定义义类型称称为抽象象数据类类型定义ADT的一一般形式式为CREATETYPE(所有属性性名及其其类型说说明，定义该类类型函数数(方法法);ADT的的特点(1)ADT的的属性定定义和行行类型的的属性定定义类同同。(2)在在创建建ADT的语句句中，通通过用户户定义的的函数比比较对象象的值。(3)ADT的行为为通过方方法(methods)、函函数(functions)实现。(4)SQL3要求求抽象数数据类型型是封装装的，而而行类型型则不要要求封装装。(5)ADT可以参参与类型型继承23.2

23、.2对对象象-关系系数据库库对对象关系系数据库库系统中中扩展的的关系数数据类型型对对象关系系数据库库系统中中扩展的的对象类类型及其其定义 参照照类型(Reference Type)继继承性子子表和超超表参参照类型型(ReferenceType)REF类类型（参参照类型型、引用用类型）引入的原原因：类型之间间可能具具有相互互参照的的联系形式REF特点：REF类类型总是是和某个个特定的的类型相相联系。它的值是是OID参照类型型(续)创建两个个表：Employee和Company，两表表之间存存在相互互参

24、照关关系，即即某个职职工在某某个公司司工作(1)创建行类类型例7CREATEROW TYPEemployee_type(name VARCHAR(35)，ageINTEGER);CREATEROW TYPEComp_type(compnameVARCHAR(20)，locationVARCHAR(20) );参照类型型(续)(2)创创建基于于行类型型的表：CREATETABLEEmployeeOFemployee_type;CREATETABLECompanyOFComp_type(3)描描述参照照关系CREATEROW TYPEEmployment_type(employeeREF(empl

25、oyee_type)，companyREF(Comp_ type);CREATETABLEEmploymentOFEmployment _type表Employment中某某一个元元组的employee属性性值是某某个职工工的OIDcompany属性值值是该职职工所在在公司的的OID23.2.2对对象象-关系系数据库库对对象关系系数据库库系统中中扩展的的关系数数据类型型对对象关系系数据库库系统中中扩展的的对象类类型及其其定义参参照类型型(ReferenceType) 继承承性子子表和超超表继继承性O

26、RDBMS应应该支持持继承性性一般是单单继承性性例14CREATETYPEemp_typeUNDERperson_typeAS(emp_idINTEGER，salary REAL)NOTFINAL;NOTFINAL：表示不不是类层层次结构构中最后后的“叶叶结点”FINAL：该该类型是是类层次次结构的的叶结点点23.2.2对对象象-关系系数据库库对对象关系系数据库库系统中中扩展的的关系数数据类型型对对象关系系数据库库系统中中扩展的的对象类类型及其其定义参参照类型型(ReferenceType)继继承性子子表和超超表2

27、子子表和超超表超表、子子表、子子表的子子表构成成一个表表层次结结构表层次和和类型层层次的概概念十分分相似子表和超超表(续续)例15对对于下下面的类类型层次次，先定定义这些些类型TYPE，然后后创建基基于这些些类型的的表类型层次次示例子表和超超表(续续)CREATETYPEperson/*创建建person 类型型，根类类型*/(idINTEGER，name VARCHAR(20)，birthyearINTEGER，address VARCHAR(40)NOTFINAL；/*NOTFINAL表表示可以以有子类类型*/CREATETYPEemployee/*创建建person的子类类

28、型employee*/UNDERperson/*类型employee继承承person的属性性*/(salary INTEGER)/*employee定义义自己的的属性*/NOTFINAL；子表和超超表(续续)CREATETYPEexecutive/*创创建employee的子类类型executive*/UNDERemployee(bonusINTEGER)FINAL；CREATETYPEstudent/*创建建person的子类类型student*/UNDERperson(majorVARCHAR(10)，wageDECIMAL)FINAL子表和超超表(续续)例16Department类类型

29、和employee具有有相互参参照的联联系，使使用REF来表表示这种种联系CREATETYPEdepartment(IDINTEGER，manager REF(employee)，BudgetINTEGER);ALTERTYPE employeeADDATTRIBUTE deptREF(department);子表和超超表(续续)定义基于于这些类类型的基基本表和和表层次次：CREATETABLEperson_table OF person(nameWITHOPTIONS NOTNULL);employee_table是person_table的的子表CREATETABLEexec_tableo

30、fexecutiveUNDERemployee_tableCREATETABLEemployee_tableOFemployeeUNDERperson_table;子表和超超表(续续)CREATETABLEstudent_tableOFstudentUNDERperson_table；CREATETABLEdept_tableOFdepartment(managerSCOPEISemployee_table);/SCOPEIS用用来限定定所引用用的对象象在一个个确定的的表employee_table的范围围内ALTERTABLEemployee_tableALTERCOLUMNdeptADDS

31、COPEISdept_table;子表和超超表(续续)查询例例16所创建建的表例17SELECTname，addressFROMperson_tableWHEREbirthyear =1970;/查询询结果包包括了person_table、employee_table、exec_table、student_table表上的的所有人人子表和超超表(续续)关闭子表表的检索索例18SELECTname，addressFROMONLY person_tableWHEREbirthyear =1970;/ONLY将将检索的的对象限限制为指指定表中中的对象象，而不不是该表表和它的的子表中中的对象象子表和超

32、超表(续续)INSERT、DELETE、UPDATE对子子表和超超表的操操作规则则INSERT：向子表表插入一一行时一一般会在在该子表表的超表表上也插插入一行行。DELETE：从表删删除一行行时一般般会在该该表的超超表和子子表上也也删除相相应的一一行23.2 对象象关系数数据库系系统23.2.1面面向向对象数数据模型型23.2.2对对象象-关系系数据库库23.2.3小小结结23.2.3小小结结OO模型型的基本本概念对象对象标识识OID封装类对象关系系数据库库系统中中扩展的的关系数数据类型型大对象LOBBOOLEAN类型集合类型型ARRAYDISTINCT类型型小结(续续)对象关系系数据库库系统

33、中中扩展的的对象类类型行对象与与行类型型列对象与与对象类类型抽象数据据类型关系对象象数据库库系统支支持继承子表和超超表23.3 OODBMS23.3.1ODMG数据据模型和和ODLODMG对象数数据模型型对对象数据据库管理理组ODMG标标准中定定义的对对象数据据库模型型，借鉴鉴了面向向对象程程序设计计语言和和抽象数数据类型型的思想想，表达达了对象象数据库库管理系系统中的的各种语语义，以以描述对对象的特特征和行行为。该该对象模模型可以以在模式式中显示示地说明明对象的的数据成成员、对对象之间间的联系系、以及及对象的的操作方方法。ODMG对象模模型是一一种可扩扩充性很很强的数数据模型型，具有有继承性

34、性、多态态性以及及很强的的实体特特征的抽抽象能力力，能够够捕捉和和描述现现实世界界中更加加丰富的的语义。23.3.1ODMG数据据模型和和ODLODMG对象模模型主要要支持以以下概念念：数据模型型的最基基本的建建模结构构是对象象。每个个对象有有一个唯唯一的标标示符。Object对象都有有一个类类型，同同一类型型的对象象具有相相同的状态（特征集集）和共共同的行为（操作集集）。一一个对象象是某个个类型的的实例。（Type）一个对象象的状态态由该对对象的特特征集来来定义和和描述，对象的的特征可可以是对对象本身身的属性性或与其其它对象象之间的的联系。（PropertyAttributeRelation

35、ship）一个对象象的行为为由一组组操作来来定义，这些操操作可以以输入、输出参参数，并并且可以以返回特特定类型型的结果果。利用ODL定义义对象数数据管理理系统的的模式。它存储储的对象象都是模模式中定定义的类类型的实实例，即即对象，这些对对象可以以供多个个用户和和应用共共享。23.3.1ODMG数据据模型和和ODL对象：对象标示示符：类：数据据类中具具有相同同属性的的对象的的集合。类的外延延（Extent）：类的所所有实例例构成的的集合。如果对对象O是是类型A的实例例，那么么它一定定是类型型A的外外延中的的元素。如果对对象A是是类型B的子类类型，A的外延延是B的的外延的的子集。类层次和和继承：类

36、与类类之间的的继承关关系构成成类的层层次结构构。子类类继承超超类的属属性和方方法。父 Bpersonp1子 Astudentst1A外外延是B外延的的子集23.3.1ODMG数据据模型和和ODL属性 原子类型型结构的类类型ROWARRAYList ofSetofBagof联系系-联联系描述述对象与与同一类类或不同同类的一一个或多多个对象象的关系系。逆联系-直直观上它它是“另另一方向向”的联联系。状态23.3.1ODMG数据据模型和和ODL行为方法 应用用到类的的对象上上的函数数。接口（interface） 定义义一个类类，每个个接口可可以声明明一个区区间（extent）它是是该类的的当前对对象

37、集合合的名称称。如果只操操作单个个对象，则区间间声明可可以省略略。例：InterfaceMovie(extent MovieskeymovieName)/没有两个个对象有有相同的的movieName值attributedatestart；attributedateend；attributedatemovieName；relationshipset ShownAt inverseTheater:nowshowing;/一部电影影在多个个电影院院放映Movie类的的数据库库对象集集合称为为Movies。“Key”Movie中没没有两个个对象有有相同的的MovieName值。InterfaceThe

38、ater(extent Theaters keytheaterName)/没有两个个对象有有相同的的movieName值attributestringTheaterName；attributestringaddress；attributeintegerticketPrice；relationshipset nowshowinginverse Movie:shownAt;/一个电影影院正在在放映多多个电影影intnumshowing()/该电影院院正在放放映多少少部电影影Movie的的shownAt和Theater的nowshowing联联系的声声明彼此此是互逆逆的。定义一个个联系 可通通过遍历

39、历路径的的说明来来显示地地定义一一个联系系。遍历路径径描述了了参加联联系的两两个对象象实例间间的逻辑辑连接。遍历路径径的是成成对进行行的，分分别用来来说明该该联系中中的不同同遍历方方向。例：一个个教授可可以教多多门课程程，一门门课程由由某位教教授来讲讲授，可可以在professor中中定义一一个teachers遍历路路径，在在course中定义义一个is-taught-by遍遍历路径径。在两两个遍历历路径上上使用一一个inverse子子句来指指明这两两个遍历历路径作作用在同同一个联联系上。ClassProfessor:relationshipsetteachesInverseCourse：is

40、-taught-by；:;ClassCourser:relationshipsetis-taught-byInverseProfessor：teaches；:;由遍历路路径teaches和和is-taught-by定义的的联系是是Professor和Course对象象间的一一个一对对多的联联系，这这种基数数是在遍遍历说明明中进行行说明的的，一个个professor实例通通过teaches遍遍历路径径与多个个Course实例相相关联；一个Course实实例通过过is-taught-by遍历路路径与单单个Professor实例例相关联联。23.3.2OQL国际化标标准组织织对对象象的查询询语言OQ

41、L进进行了标标准化。OQL语言的的设计基基于以下下的原理理和假设设：OQL依依赖于ODMG的对象象模型。OQL类类似于SQL92，并且且对面向向对象的的概念进进行了扩扩充。例如：复复杂对象象、对象象标示符符、路径径表达式式、多态态性、方方法调用用、动态态绑定。OQL提提供了处处理集合合对象、包对象象、列表表对象和和数组对对象的基基本方法法。OQl是是一种基基于代数数操作，可以自自由复合合的函数数式语言言。基于同一一类型系系统，能能够在绑绑定编程程语言中中调用OQL查查询。相相反，OQL也也调用绑绑定编程程语言的的操作。OQL提提供对对对象的说说明性查查询。可以容易易地定义义OQL语言的的语义。23.3.2OQL例1查查找正在在放映多多于一部部电影的的电影院院以及它它正在放放映的电电影。SELECTmname：M.moviename,tname:T.theaterNameFROM MoviesM,M.shownAtTWHERET.numshowing()1SELECT给给