对象关系型数据库的由来与优势

对象关系型数据库的由来与优势石柱数据库技术发展进程中的几个重要历程70年代之前，数据库中的数据结构以层次型（如ims数据库）及网络型为主，在这些数据库中记录与记录之间往往存在着指针，以便于应用程序搜寻关联数据。1970年美国e•f•codd博士在其论文“codd70”中首次提出了关系型的数据库模式，按照这种创新的理论，记录与记录的关系不再基于隐藏的指针，而是建立在它们共享的0数值上，这样一来，数据库的查询就可以用非过程化的语句来表达。codd同时证明了，用一阶谓词逻辑微积分等数学理论作为非过程化语句基础的可能性，并进一步发展了关系微积分“codd71a”与关系代数“codd71b”，奠定了关系型数据库日后发展的理论基础，codd博士因此在1981年获得了计算机科学界的最高荣誉奖“acm图灵奖”。1973年，位于美国加州圣荷西市的ibm研究中心（今天ibm艾码登研究中心的前身）开始了一个大的关系型数据库系统研究项目systemr“astrahan76”，探讨并验证了在多用户与大量数据下关系型数据库的实际可行性，systemr对关系型数据库的商业化进程起到了关键性的促进作用。在d•chamberlin博士的领导下，systemr的一个研究小组发明了一套比关系微积分与关系代数更适合最终用户使用的非程序化查询语言sql“chamberlin74,76,80”。sql的设计宗旨是面向最终用户，简单、易学、易用，并且把诸如查询、数据修改、数据定义和控制等早期数据管理系统中各种独立的功能整合到了一个单一的语言环境内。为了使基于sql的关系型数据库能够在性能上满足大型商业数据处理应用的需求，毕业于哈佛大学应用数学系的p•selinger博士在systemr的sql查询语句处理模块设计中发明了一套系统化的基于成本优化处理模式“selinger79”，巧妙地将系统执行一条sql语句过程中各种会影响性能的变量与系统参数套入统计学与应用数学中的优化理论，从而求解出最佳物理数据存取路径。从70年代末期开始，基于sql的关系型数据库逐渐成为数据库管理系统的主流，目前所有的关系型数据库厂家的产品无不建立在sql的基础上。由于systemr与sql对关系型数据库管理系统结构的贡献，其主要设计人员在1988年获得了计算机领域中崇高的“acm实用软件系统奖”。80年代初期至中期，ibm艾玛登研究中心的研究人员通过systemr大项目“lindsay84”探讨分布式数据库的实现技术，在当时已经遍布全球各主要城市的ibm内部计算机网络vnet的帮助下，systemr大对包括分布式提交协议、回滚和恢复等分布式计算各种基础技术的实现与优化做了深入的探讨，systemr大所取得的研究成果为日后分布式关系型数据库架构标准drda和建立数据仓库时经常用到的数据复制等机制提供了技术资源。1984到1992年，艾玛登研究中心又开始了另一项名为starburst的大型研究计划“hass90，lohman91”，针对研究人员对sql关系型数据库各种局限的了解，starburst的目标是建立新一代的、具延伸性的关系型数据库原型。所谓延伸性是指在数据库各子系统中实现开放性，使用户能够很容易地把新功能加注到一个sql关系型数据库里，以便支持新一代的应用。当时所考虑的新应用内容主要包括多媒体的计算机辅助设计及制造cad/cam、地理信息系统gis、大型文本处理及专家系统等等。备受瞩目的数据库研究项目大型系统原型研究的主要目的是通过具体实验探索新一代数据库的设计与实现，向具体产品开发部门提供反复验证过的先进技术，促进整个数据库领域基础研究的发展。随着新技术的不断推出，这类大型计划的延伸对整个计算机科学领域的发展有着重要的意义，目前仍在进行的类似相关研究计划有并行处理、数据仓库、面向对象与数据库的结合、专家系统与数据库的结合以及一些尚未被掌握的新科技与数据库的结合等等，下面是三个备受数据库领域专家和用瞩目的研究项目： smrc(ananthanarayanan93，reinwald94)项目探讨c++语言的对象如何能够无缝地存储在关系型数据库中，并且由sql语言对其内容进行查询。——garlic(cody95)计划探讨如何把网络上各种表面互不相关的多媒体存储系统整合成一个大型的多媒体信息系统，提供检索与查询功能，易于用户根据各种多媒体数据特性作为查询条件。例如，在许多综合医院里，放射科的mri图与心脏科的ehg图往往存储于不同的系统内，而各化验室的化验报告又极可能是存储于特有的文件管理系统内，然而医疗人员在诊断病人时需要所有的记录，调度这些信息并确保整合报告的实时性是一大困难。若能在尽可能不影响现有各系统运作的条件下把这些数据源整合成一个信息库，这些数据肯定能够被更有效利地用，garlic研究项目是新兴的可视数据库(visualdatabasesystems)研究的一个范例。——包括数据复制在内的分布式数据库管理功能提供了建立数据仓库的基本体系结构，而sql关系型数据库因为提供了即席查询功能成为了目前数据仓库的数据存储与决策支持的环境，ibm的许多sql查询优化处理研究成果直接支持数据仓库环境下的应用。例如，在处理多维分析的时候，ibm的关系型数据库产品db2的优化器能以笛卡尔连接优化(又称星式连接)迅速完成多表连接，满足多维分析在关系型数据库内的执行。然而，随着数据的大量累积，许多隐藏在数据中的信息已很难被传统的决策支持应用所发掘，为此，一种称为数据挖掘或数据采矿(datamining)的技术正在兴起。quest[agrawal96]就是ibm艾玛登研究中心的另一项重要研究项目，探讨新的数据挖掘计算方法，这些技术包括关联定律、系列模式、归纳、时间系列群等数据挖掘方法。从关系型数据库到对象关系型数据库关系型数据库起源于systemr、systemr大等项目，初期发展重点是大型主机平台，到90年代初已部署到了中型机、小型机及微机平台，目前，各种关系数据库管理系统适用的硬件平台包括基于intel的个人电脑、各种risc服务器和工作站、大型并行处理机、as/400中型计算机以及运行vm、vse和mvs操作系统的主机系统。通过共同的应用程序接口，部署在一种平台上的应用程序可以很容易地移植到其它的平台。除了包含在各种平台上运行的数据库管理系统内核之外，一些流行数据库产品还为所有平台上的异构数据库访问、数据复制和数据库系统管理提供“中间件”解决方案，基本包括数据库服务器、网关、数据复制、数据库系统管理和客户机产品。成熟的关系型数据库技术的进一步发展是实现了对传统应用与非传统应用的支持及其与数据库体系结构的集成，对关系型数据库进行面向对象扩展，这就是目前在数据库技术与应用领域的新热点 对象关系型数据库系统（object以relationaldbms）。与以往的数据库技术相比，对象关系型数据库提供了许多对面向对象及多媒体应用的支持：用户定义类型（udt）具有对象关系功能的db2允许用户定义新的数据类型，称之为用户自定义类型。例如，一个用户可以定义出两种币值类型，用cdollar表示加拿大元，用usdollar表示美元，这两种类型在内部可以用decimal（十进制）类型来表示，但在意义上是有显著差别的：它们彼此间不应该、也不能直接进行比较，而且不可直接与decimal类型进行比较，在数据库内部，这种约束是通过db2的面向对象强类型机制来保证的。象内设类型一样，udt可以用来定义表的列值以及函数（包括用户定义函数）的参数。例如，用户可以定义一个类型：多边形polygons，这个用户自定义类型可有构造函数，还可有一组用户定义的函数作用于它，如求面积、角度及旋转多边形等等。用户定义函数（udf）用户用c、c++等编译语言定义的新函数称为用户自定义函数（userdefinedfunction），udf允许在查询中包含有力的计算过程和检索判定，以便滤除在数据源附近无关的数据。udf使用户有能力提供一组函数，它们作用于用户定义的类型，形成面向对象的封装，从而定义该udt的行为语义。sql优化器考虑到udf的语义和执行成本，因此对待用户定义的函数就完全象对待内设函数（如substr和ltength）一样。开发应用程序所用的语言环境可以不同，如c、c++、cobol、fortran和pl/i等，借助于sql，应用程序可以共享一组udt和udf。大对象（lob）lob允许用户在一个数据库中存储特大（若干个gb）对象，这种功能在db2中有分为二进制lob（blob）、字符lob（clob）和双字节字符lob（dbclob）等几种类型。用lob可以存储多媒体对象，例如文档资料、视频信号、影象和声音等，也可存储由udt和udf定义语义的小型结构。有些对象关系型数据库支持用于lob的功能强大的内设函