CƠ SỞ DỮ LIỆU HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG Chương 3 MÔ HÌNH ĐỐI TƯỢNG QUAN HỆ VÀ SQL3 Giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Tuệ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ - - CƠ SỞ DỮ LIỆU HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG Chương MƠ HÌNH ĐỐI TƯỢNG QUAN HỆ VÀ SQL3 Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Tuệ Học viên: Lớp cao học K14−HTTT HÀ NỘI, THÁNG NĂM 2009 MỤC LỤC MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương MƠ HÌNH ĐỐI TƯỢNG QUAN HỆ VÀ SQL3 Chuẩn bị sở liệu KẾT LUẬN .4 TÀI LIỆU THAM KHẢO K14 Hệ thống thông tin Trang K14 Hệ thống thông tin Trang MỞ ĐẦU Mơ hình thực thể - quan hệ (ER) mở rộng mơ hình (như EER) sử dụng phổ biến hệ quản trị sở liệu Với mơ hình này, có sở lý thuyết tốt, ngôn ngữ tốt cung cấp kiểu liệu phù hợp, phép toán thực thi sở liệu đảm bảo tính tồn vẹn liệu Ngôn ngữ SQL cho phép bảng kết hợp với mối quan hệ, đồng thời hệ quản trị sở liệu đảm bải lưu trữ khối lượng lớn liệu với mối quan hệ đơn giản, rút trích nhanh Tuy nhiên, mơ hình lại khơng chấp nhận thuộc tính đa trị, phức hợp; khơng có tính bao gói, tức khơng tích hợp phép tốn vào định nghĩa quan hệ, dẫn đến việc người dùng biết thuộc tính “bí mật” Ngơn ngữ lập trình hướng đối tượng trở nên phổ biến vào năm 80 90 cách mạng công nghệ phần mềm để dễ dàng thiết kế phần mềm sử dụng lại thành phần phần mềm Mô hình hướng đối tượng tích hợp chặt chẽ code liệu, loại liệu uyển chuyển, mối quan hệ liệu tổ chức theo mức tầng tham chiếu đối tượng khác Ngôn ngữ hướng đối tượng diễn đạt mối quan hệ phức tạp liệu thao tác liệu lại hỗ trợ cho việc lưu trữ rút trích liệu Do vậy, khắc phục nhược điểm hai mơ hình cách tích hợp mơ hình đối tượng vào mơ hình quan hệ Có hai hướng tiếp cận tích hợp ứng dụng hướng đối tượng với mơ hình quan hệ, thiết kế lược đồ quan hệ để nắm giữ đối tượng thiết kế lớp hướng đối tượng để giao tiếp với sở liệu quan hệ Cùng với việc tích hợp ngơn ngữ SQL phát triển tổ chức ANSI ISO chuẩn hố, ngơn ngữ biết đến với tên gọi SQL3, ngôn ngữ thêm vào chức để hỗ trợ tạo, truy vấn quản lý liệu hướng đối tượng K14 Hệ thống thông tin Trang Bài viết nhằm mục đích trình bày mơ hình đối tượng – quan hệ ngôn ngữ SQL3 K14 Hệ thống thơng tin Trang Chương MƠ HÌNH ĐỐI TƯỢNG QUAN HỆ VÀ SQL3 Mơ hình đối tượng – quan hệ 1.1 Tổng quan phát triển cơng nghệ sở liệu Hiện nay, có nhiều nhóm hệ quản trị CSDL sử dụng, đó, hai loại hệ quản trị chiếm ưu lớn hệ quản trị CSDL quan hệ - RDBMS hệ quản trị CSDL hướng đối tượng – ODBMS tương ứng với mơ hình liệu quan hệ mơ hình liệu hướng đối tượng Hai kiểu sản phẩm hệ quản trị CSDL phân cấp (hierarchical) mạng (network) – hay gọi hệ quản trị CSDL kế thừa Các kiểu nảy dựa mơ hình liệu phân cấp liệu mạng đời vào khoảng thập kỉ 1960 Hệ quản trị tiêu biểu cho mô hình phân cấp IMS IBM, cịn mơ hình mạng có nhiều hệ quản trị khác nhau, chẳng hạn IDS II (Honeywell), IDMS (Computer Associates), IMAGE (Hewlett Packard), VAX-DBMS (Digital) TOTAL/SUPRA (Cincom)… Cùng với phát triển cơng nghệ CSDL hệ quản trị kế thừa thay hệ quản trị Trong giai đoạn chuyển giao này, ta phải đối mặt với vấn đề hoạt động (interoperability) – tức khả hoạt động lượng lớn CSDL thuộc nhiều hệ quản trị CSDL khác hệ thống quản lý file thừa kế Để giải vấn đề nhiều hệ thống công cụ tạo ra, chẳng hạn ODMG CORBA, hệ thống cho phép ứng dụng hoạt động với CSDL từ mơ hình hệ thống khác 1.2 Mơ hình liệu quan hệ Mơ hình Ted Codd đưa vào năm 1970 gây ý tính đơn giản sở tốn học Mơ hình quan hệ sử dụng khái niệm quan hệ toán học khối sở lý thuyết Mơ hình biểu diễn CSDL tập quan hệ, quan hệ biểu diễn bảng giá trị, dòng biểu thị tập hợp giá trị liệu liên quan với Tên bảng tên cột dung để giúp giải thích ý nghĩa giá trị hàng, giá trị cột kiểu liệu Hệ quản trị CSDL quan hệ cung cấp nhiều đặc tính quan trọng để quản lý khối lượng lớn liệu, như: - Lưu trữ liệu lâu dài, - Truy cập nhanh liệu (query), - Đảm bảo toàn vẹn tham chiếu, đảm bảo ràng buộc, K14 Hệ thống thông tin Trang - Đảm bảo chia sẻ liệu, - Quản lý lỗi xảy thủ tục CSDL Theo thuật ngữ mơ hình quan hệ hình thức, hàng gọi cột, cột gọi thuộc tính, bảng gọi quan hệ Kiểu liệu mô tả kiểu liệu xuất cột gọi miền Mỗi dòng bảng tương ứng với item record, item xác định giá trị chúng Một cách để định danh item riêng thiết kế cột bảng mà giá trị item đảm bảo nhất, cột chứa giá trị coi khố Các quan hệ với record khác thiết lập cách định nghĩa cột nắm giữ khố record có liên quan gọi khố ngoại Mơ hình có ngơn ngữ truy vấn tốt: ngơn ngữ truy vấn có cấu trúc SQL – Structured Query Language) Đây ngôn ngữ chuẩn dùng để tạo lập truy vấn CSDL quan hệ SQL ngôn ngữ phi thủ tục, chuẩn mực điển hình, thơng tin cần thiết mà không cần phải làm để có thơng ti SQL xử lý tập hợp mẩu tin (bảng ) lần mẩu tin đơn lẻ Tuy nhiên, mơ hình có hạn chế - CSDL quan hệ không đủ nhớ để lưu trữ liệu ảnh, audio/video - Mơ hình quan hệ khơng chấp nhận thuộc tính đa trị, thuộc tính phức hợp, khơng biểu diễn đối tượng phức hợp - Các hệ quản trị CSDL quan hệ không thích hợp làm việc với ngơn ngữ ngồi SQL Mặc dù hệ quản trị viết C++, Java CSDL quan hệ không làm việc hiệu với ngơn ngữ - Trong CSDL quan hệ, bảng cần phải kết nối với (theo giá trị thơng qua khố) nên thực chậm - Mơ hình quan hệ khơng có tính bao gói khơng tích hợp phép tốn vào định nghĩa quan hệ (làm cho người dùng biết thuộc tính private) 1.3 Mơ hình liệu hướng đối tượng Mơ hình CSDL hướng đối tượng phát triển từ năm 1980 để giải hạn chế mơ hình quan hệ thách thức Web Internet Điểm quan trọng lập trình hướng đối tượng thể CSDL hướng đối tượng tính tích hợp ứng dụng Lập trình hướng đối tượng có đặc tính quan trọng: tính thừa kế, tính bao gói, định danh đối tượng tính đa hình K14 Hệ thống thơng tin Trang Tinh thừa kế cho phép nhà phát triển nâng cấp giải pháp sẵn có cách thêm đối tượng dựa đối tượng trước Tính bao gói liệu (đơn giản tính bao gói) cho phép ẩn thuộc tính bên đối tượng Các đối bao gói đối tượng truy cập phương thức Có ba kiểu bao gói đối tượng: thứ bao gói đầy đủ, tức thao tác đối tượng thực thi qua thông điệp gửi tới phương thức đối tượng Thứ hai bao gói ghi, tức thực thao tác đọc thuộc tính bên đối tượng Thứ ba bao gói phần, tức thực thao tác đọc/ghi phần thuộc tính bên Định danh đối tượng khiến cho đối tượng CSDL độc lập với đối tượng khác Tính đa hình liên kết động cho phép ta định nghĩa thao tác cho đối tượng áp dụng cho đối tượng khác Từ đó, người dùng/lập trình viên kết hợp đối tượng mà không cần thiết phải viết mã cho đối tượng Trong hệ quản trị CSDL hướng đối tượng (OODBMS) ngơn ngữ định nghĩa thao tác liệu (DDML) đóng vai trị quan trọng Ngôn ngữ cho phép tạo, cập nhật, xoá truy vấn liệu bền Hệ quản trị CSDL hướng đối tượng cần có tính tốn khác với ngơn ngữ quan hệ OODBMS ta cần tránh việc ghép cặp khơng tương thích DDML cho phép người dùng định nghĩa CSDL, gồm tạo lập thêm, thay đổi bảng thiết lập ràng buộc DDML dùng để để bảo trì truy vấn CSDL, bao gồm cập nhật, thêm, sửa truy vấn liệu Ưu điểm hệ quản trị CSDL hướng đối tượng: - Dữ liệu hướng đối tượng tự nhiên người dùng - Thao tác định nghĩa kiểu không phụ thuộc vào ứng dụng CSDL đặc biệt thời điểm - Các kiểu liệu liệu hướng đối tượng có thê mở rộng để hỗ trợ kiểu liệu phức tạp ảnh, audio/video số, đồng thời sử dụng thao tác đa phương tiện - Điểm khác biệt OODBMS tính dùng lại, ổn định tin cậy - Quan hệ OODBMS biểu diễn cách rõ ràng, thường hỗ trợ thao tác truy cập thông tin cách dịch chuyển (navigational) hay kết hợp (associative) Thao tác giúp tăng hiệu suất làm việc hệ thống so với mơ hình liệu - Cho phép người dùng định nghĩa phương thức truy nhập liệu riêng, ưu điểm quan trọng, người dùng định xem phương thức biểu diễn thực K14 Hệ thống thông tin Trang - Một ưu điểm đáng kể CSDL mở rộng sang lĩnh vực RDMS Y học, đa phương tiện vật lý cao lượng (high-energy) số ngành công nghiệp dựa vào CSDL hướng đối tượng Tuy vậy, mô hình hướng đối tượng gặp phải hạn chế định Một hạn chế thiếu mơ hình liệu chung Điều có nghĩa khơng có mơ hình liệu chuẩn thời điểm tại, dẫn đến khó khăn triển khai xây dựng hệ quản trị CSDL hướng đối tượng 1.4 Mơ hình đối tượng – quan hệ Mơ hình đối tượng quan hệ (object-relational) kết việc tích hợp mơ hình hướng đối tượng vào mơ hình quan hệ, hay nói cách khác “việc mở rộng mơ hình quan hệ với chức cần thiết nhằm hỗ trợ lớp lớn chương trình, cầu nối mơ hình quan hệ mơ hình hướng đối tượng” Hệ quản trị CSDL đối tượng – quan hệ (ORDBMS) quản lý kiểu liệu audio, video, ảnh mà CSDL quan hệ khơng có khả để quản lý Hơn nữa, kết việc sử dụng ngơn ngữ lập trình hướng đối tượng điểm khơng tương xứng phần mềm với phần mềm quản trị CSDL quan hệ Mơ hình đối tượng – quan hệ giữ lại đặc trưng mơ hình quan hệ đưa vào khái niệm: - Kiểu liệu người dùng: cho phép định nghĩa kiểu liệu kết hợp phép toán (như list, stack, queue, tree) - kiểu liệu trừu tượng (gồm hai phần: mô tả phép tốn) - Hỗ trợ thuộc tính đa trị, phức hợp (nên CSDL dạng 1NF) - Đưa vào khái niệm định danh đối tượng (OID): tham chiếu theo trỏ - Đưa vào khái niệm thừa kế kiểu - Đưa vào khái niệm thừa kế bảng Ưu điểm ORDBMS: thứ nhất, cho phép tiếp tục sử dụng hệ thống sẵn có mà thay đổi nhiều Thứ hai, cho phép người sử dụng lập trình viên sử đồng thời sử dụng hệ thống hướng đối tượng Tuy nhiên, triển khai hệ quản trị CSDL đối tượng – quan hệ gặp số trở ngại Thứ phương thức lưu trữ truy cập Thứ hai trình truy vấn thứ ba việc tối ưu hố câu truy vấn Nhiều nhà cung cấp phần mềm quản trị CSDL mở rộng hệ thống họ để có khả lưu trữ kiểu liệu ảnh, văn K14 Hệ thống thơng tin Trang có khả thực câu truy vấn phức tạp Trong phải kể đến phần mềm Baan, Oracle, SAP, Siebel Chương trình hãng cho phép thực thao tác phức tạp Quan trọng hơn, hệ quản trị CSDL có chức hỗ trợ cho Internte Web Dữ liệu lưu trữ truy cập thơng qua trình duyệt Web (các câu truy vấn người dùng tạo thông qua form trang Web, kết trả định dạng ngôn ngữ mark-up đó, HTML) Bài viết giới thiệu hai hệ quản trị CSDL đối tượng – quan hệ Informix Universal Server Oracle Đồng thời giới thiệu ngôn ngữ SQL3 (phiên SQL2) với chức hỗ trợ CSDL hướng đối tượng kiểu liệu mở rộng Hệ quản trị Informix Universal Server Informix Universal Server hệ quản trị sở liệu đối tượng – quan hệ (ORDBMS) tổ hợp từ công nghệ CSDL quan hệ CSDL hướng đối tượng (tương ứng với hai hệ quản trị Informix Illustra) Hệ thống phát triển từ hệ quản trị POSTGERES, dự án nghiên cứu ĐH California Berkeley thương mại hoá với tên gọi hệ quản trị CSDL Montage đổi tên thành Miro trước tiếp tục đổi tên thành Illustra Illustra sau Informix mua lại tích hợp vào hệ quản trị CSDL quan hệ có tạo thành hệ quản trị – hệ quản trị CSDL đối tượng – quan hệ Informix Universal Server Nhưng hệ quản trị CSDL đối tượng – quan hệ (ORDBMS) lại vượt lên hệ quản trị khác? Ta xem xét mơ hình sau: Chia hệ quản trị CSDL thành lớp theo chiều, (1) chiều X độ phức tap liệu, (2) chiều Y độ phức tạp truy vấn Trong khơng gian {0,1} ta có trường hợp sau: TH1: (X=0, Y=0): Dữ liệu đơn giản, truy vấn đơn giản TH2: (X=0, Y=1): Dữ liệu đơn giản, truy vấn phức tạp TH3: (X=1, Y=0): Dữ liệu phức tạp, truy vấn đơn giản TH4: (X=1, Y=1): Dữ liệu phức tạp, truy vấn phức tạp Các hệ quản trị CSDL quan hệ thuộc TH2, có truy vấn cập nhật phức tạp (như tiến trình giao tác – transaction), có liệu đơn giản dòng bảng Nhiều hệ quản trị CSDL hướng đối tượng thuộc TH3, hệ quản trị có khả lưu trữ liệu phức tạp có truy vấn đơn giản (chủ yếu dựa việc dịch chuyển) Để đồng thời hỗ trợ liệu phức tạp truy vấn phức tạp hệ quản trị CSDL quan hệ cần hỗ trợ thêm đối tượng liệu phức tạp, hệ quản trị CSDL hướng đối tượng cần hỗ trợ thêm truy vấn phức tạp, ngôn ngữ truy vấn mức cao OQL (đã trình bày chương trước) K14 Hệ thống thơng tin Trang Hệ quản trị CSDL Informix Universal Server thuộc TH4 hệ quản trị mở rộng mơ hình quan hệ với chức mơ hình hướng đối tượng Một số hệ quản trị CSDL đối tượng – quan hệ khác phát triển từ hệ quản trị CSDL quan hệ Oracle Oracle Corporation, Universal DB (UDB) IBM, Odapter Hewlett Packard (HP) (bản mở rộng hệ quản trị Oracle), Open ODB HP (mở rộng từ hệ quản trị Allbase/SQL HP) Các hệ quản trị vừa đảm nhận nhiệm vụ hệ quản trị CSDL quan hệ, đồng thời lại có chức bổ sung hỗ trợ CSDL hướng đối tượng Một hệ quản trị khác UniSQL UniSQL Inc hệ quản trị thiết kế nhằm quản trị CSDL hướng đối tượng Informix Universal Server mở rộng mơ hình liệu quan hệ từ hệ quản trị Illustra thể mục sau: - Hỗ trợ kiểu liệu mở rộng thêm vào số kiểu liệu - Hỗ trợ định nghĩa người dùng (hàm, thủ tục) - Hỗ trợ hồn tồn tính kế thừa - Hỗ trợ mục mở rộng - Data Blades Application Programming Interface (API) 2.1 Các kiểu liệu mở rộng Informix Universal Server gồm thành phần quản trị CSDL module Data Blade Informix Universal Server hỗ trợ kiểu liệu đặc biệt, có đối tượng hình học hai chiều (như điểm, đường thẳng, đường tròn elip), ảnh, thời gian, văn trang web Hệ quản trị cho phép người dùng tự tạo kiểu liệu riêng Ngồi kiểu liệu có sẵn, Informix Universal Server đưa bốn khái niệm sau để giúp người dùng định nghĩa kiểu liệu: Opaque type Distinct type Row type Collection type Mỗi tạo Đối tượng – quan hệ Oracle SQL3 Vấn đề cài đặt hệ sở liệu Mơ hình liệu quan hệ lồng K14 Hệ thống thông tin Trang 10 K14 Hệ thống thông tin Trang 11 KẾT LUẬN Mơ hình đối tượng - quan hệ K14 Hệ thống thông tin Trang 12 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Paul Ekman, Emotion in the Human Face vol (Cambridge: Cambridge UP, 1982) K14 Hệ thống thông tin Trang 13 ... khai xây dựng hệ quản trị CSDL hướng đối tượng 1.4 Mơ hình đối tượng – quan hệ Mơ hình đối tượng quan hệ (object-relational) kết việc tích hợp mơ hình hướng đối tượng vào mơ hình quan hệ, hay nói... tạo Đối tượng – quan hệ Oracle SQL3 Vấn đề cài đặt hệ sở liệu Mơ hình liệu quan hệ lồng K14 Hệ thống thông tin Trang 10 K14 Hệ thống thông tin Trang 11 KẾT LUẬN Mô hình đối tượng - quan hệ K14 Hệ. .. tin Trang Chương MƠ HÌNH ĐỐI TƯỢNG QUAN HỆ VÀ SQL3 Mơ hình đối tượng – quan hệ 1.1 Tổng quan phát triển công nghệ sở liệu Hiện nay, có nhiều nhóm hệ quản trị CSDL sử dụng, đó, hai loại hệ quản