(Luận văn thạc sĩ) cơ sở dữ liệu hướng đối tượng và một số vấn đề lý thuyết

ĐẠỈ HỌC QUỐC GỈA HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ PHẠM C H Í DANH C SỞ DỮ LIỆU HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG m VÀ MỘT SỐ VẤN ĐỂ LÝ THUYẾT ■ CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN MÃ SỐ: 1.01.10 LUẬN VĂN THẠC s ĩ « m N G Ư Ờ I HƯ ỚN G DẪN K H O A H Ọ C : TS NGUYỄN TU Ệ HÀ NỘI - 2003 MỤC LỤC LỜ ì Gỉ Ớ ì T H IỆ U CHƯƠNG / CƠ SỞ DỮ LỈỆU HƯỚNG Đ ố Ị TƯỢNG 1.1 Giói Ihìệu phương pháp tiếp cân hướng đối tượng 1.1.1 C ác khái n iệ m 1.1.2 Tính thừa k ế I ! Tính bao g ó i 1.1.4 T ính đa c ấ u 1.1.5 Tính trừu tư ợ n g 1.6 Đối tượng phức hợp - com pỉex o b jcct 1.7 N ạp chổng, ghì đè liên kết m u ộ n 1.2, Cơ sở liệu hướng đối tượ ng 1.2.1 Giới thiệu c h u n g 1.2.2 Các đặc trưng sở liệu hướng đối tư ợ n g 1.2.3 Ọ uản lý lưu trữ liệ u 11 1.2.4 N gôn ngữ hỏi hướng đối tượng O Q L 15 ] 2.5 So sánh cư sở liệu hướng đối tượng cư sở liệu quan h ệ 31 CHƯƠNG MÔ HỈNH HOẢ c SỞ DỮ L iệ u HƯỚNG Đ ố ỉ TƯỢNG 33 2.1 M hình mức khái n iệ m 33 2.1.1 M hình quan hệ đối tượng (O R M ) : 34 2.1.2 M hình hành vi đối tượng (O B M ): 41 1.3 M ô hình tương tác dối tượng (0 M ): .42 2.2 Biểu diễn tri thức irong sớ liệu hướng đối tư ợ n g 46 2.3 H ình thức hố m hình khái n iệ m 48 TƯỢNG 3.1 Phân tích hộ thống hướim dối tượng 52 3.1.1 Pli ân tích yêu cầu hẹ Ihống đánh giá tính kha t h ỉ 53 3.1.2 Các cơng cụ phân tíc h 54 3.1.3 Tích hợp m hình ứng d ụ n g 55 3.1.4 Kiểm chứng phùn tíc h 57 3.2 Đặc l a 59 3.3 Thiết k ế 63 3.3.1 Thiết k ế liệ u 63 3.3.2 Lý thuyết phụ thuộc h m 68 3.3.3 Chuẩn hoá liệ u 75 CHƯƠNG CÀI ĐẶT c SỞ DỮ LỈỆU HƯỚNG Đ ố! TƯƠNG 8ỉ 4.1 Cài đặt CSD L ngành Bảo hiểm xã h ộ i 81 4.1.1 Giới th iệ u 81 4.1.2 Phân tích, thiết k ế 82 4.1.3 Cài đ ặ t .86 4.2 Kết lu ậ n .92 TÀ! LIỆU THAM KHẢO 94 LÒI GIỚI THIỆU H iện phương pháp tiếp cận theo hướng đổi tượng (O bject - O riented) sử dụng rộng rãi irong việc phát triển phần m ềm Các phưưng pháp lập trình truyén ihống dần thay th ế phương pháp iập trình hướng dối tượng Các toán thực tế dược đặt với số lượng liệu lớn, phức lạp, đa chiều đòi hỏi vượt khỏi tẩm Cư sở liệu quan hệ Đ ồng ỉhờì, vói phương pháp tiếp cận hướng đố i tượng, việc m hình hóa th ế giới thực (real World) thực dễ dàng, xác Lý thuì sở liệu hướng đối tượng th ế nhiều nhà nghiên cứu quan tâm phất triển Tuy nhiên, chưa có lììộl hệ quản irị c sở liệu hướng dốị tượng hoàn chỉnh đáp ứng yéu cẩu thực tiễn C hính việc tìm hiểu vấn đề lý thuyết Irong ca sở liệu hướng đối tượng cần thiết T rong phạm vi luận văn đề cập đến phương pháp tiếp cận hướng đối tượng sở liệu phát triển theo m hình OSA (O bject System A nalysis) đề xuất David w Em bley Ị 11 cộng ông M ô hình giới thiệu rõ ràng, với đầy đủ c sở lý íhuyết m hình thực tế đổ phát trien m ột ứng dụng sở liệu theo phương pháp lấy đối tượng làm tảng, dồng (hời hỗ trợ việc cài đặt thông qua số hệ quản trị sở liệu hướng đối tượng phát triển |2 | Toàn nội d u n g luận văn bao gồm: Chương Giới Ihiệu chung sở liệu hướng đối tượng Chưong trình bày phần bàn là: G iới thiệu chung tiếp cận hướng đối tượng, sỡ liệu hướng đối lượng, phương pháp lưu trữ liệu, hỏi liệu so sánh sở liệu hướng đố i íượng với sở liệu quan hệ Chương 2: G iới thiệu m ô hình hóa sở liệu m ức khái niệm Chương gồm phần trình bày m hình khái niệm , phương pháp biểu diễn tri thức, hình thức hố m hình khái niệm Chương Phân tích, đặc tả thiết k ế sở liệu hướng đối tượng Chương tập trung vào vấn đé : 1) Phân tích hệ thống; 2) Đ ặc ỉa hệ thống; 3) Thiết k ế d ữ liệu giới thiệu m ột số phương pháp giảm dư thừa liệu Chương Cài đạt sở liệu hirớns dối tượng Trên sử nội dung chươnq trước, chương trình bày phần: i ) Giới thiệu phần m ềm O bjectStore PSii Pro for ' ứng d ụ n g vào cài đặt phán hệ sử liệu thu ngành Bảo hiểm xã hội V iệt Nam 2) T kết, đánh giá m ặt dược m ặt hạn ch ế sớ liệu hướng đối tượng, hướng phái Iricn sau Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn liến sĩ Nguyễn Tuệ khoa Cóng nghệ - Đại học Q uốc gia Hà Nội tạo diều kiện giúp đỡ suốt Irình học tập làm khoá luận X in cám ơn giúp đỡ bạn học viên lóp 7K T - K hoa Cơng N ghệ q trình học lập làm khoá luận Cám ơn lãnh đạo nghiệp T rung tâm CNTT - BHXH V iệt N am giúp đỡ, dộng viên tạo diều kiện để tơi hồn thành khố iuận Hà Nội, ngày thúng năm 2003 H ọc viên Phạm C hí Danh T rang 4/96 CHƯƠNG I C SỞ D ữ LIỆU HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG G iớ i t h i ệ u p h n g p h p t i ế p c ậ n h n g đ ố i t ợ n g Phươniĩ pháp tiếp cận hướng đối tượng trở nên phổ biến việc nghiên cứu phát triển hộ thơng Ihơng tin lập trình ứng tỉụng Đ ây m ột cách tiếp cận hoàn toàn m ẻ, khác hẳn phương pháp lập trình truyền Chống hướng chức hay hướng thủ tục (P rocedure-O riented Program m ing) Phươnu pháp tiếp cận (approach) hướng đổi tượng (O bject-O riented) với quan điểm iấy đối tượng làm tảng m ột cách nhìn việc lập trình 15 Ị, cách tiếp cận tạo khung nhìn trực tiếp, xác vồ hạ thống th ế giới thực Đ ể hiểu rõ vé cách tiếp cận này, tìm hiểu khái niệm hướng đối tượng phần sau 1.1 C ác k h i n iệ m i) Đối tượng (O bject): Đối tưựng biểu diễn thực (hể (entity) th ế giới thực m ô lả thông qua thuộc tính hành vi chúng Các thực thể khái niệm , trừu tượng ! vật có giới hạn rõ ràng có ý nghĩa lĩnh vực cụ thể M ột đối tượng gổm thành phần: + Trạng thái (Stale) + Hành vi (Behavior) + Định danh (Identity) Các đối tượng có thổ tương tác với thơng qua việc gửi thông báo (m essage) - Lớp (class): Các đối tượng ciống hành vi (behavior) tính chất (charateristic) có thê nhóm lại m ột lớp Khái niệm lớp m ột khuôn m ẫu đối lượng, bao gồm định nghĩa ihc tính (attribute) hành vi (behavior) đối tượng - Phân cấp lớp (class hierarchy): Khi lớp dẫn từ lớp khác, chúng lạo thành tập hợp định nghĩa lớp theo cấu trúc (tree), mối quan hệ lớp I nhánh biểu diễn quan hệ lớp - lớp cha (subclass - superclass) Lớp xem ià đặc biệi hố (specialization) lớp cha Chươ/IỊÌ / Cơ sở liệu hướìig dơi MỢìì ẹ Trang 5/96 ii) Khái niệm _ hướng (lối tượng (Object Orientcd-OO): Hướng đối tượng kết họp nội dung cùa Ihiết kế phần m ềm k ế Ihừa (inheritance), lính bao gói (encapsulation), che giấu thơng tin (inform ation hiding), hồ trự kiểu liệu trừu tượng (data abstraction) người dùng định nghĩa (userdefined type), m đun hố chương trình (m odularity), cho phcp ch ế sử đụng lại (re u s a b le ) Cũng có tính chất mà phương pháp tiếp cận hướng đối tượng khắc phục nhiểu nhược điểm iập trình truyền thống Hình Các thành phần hộ thống hướng đối tượng Mơ hình đối lượng hay m hình hướng đối tượng đa dạng, Nó bao gồm m ạng ngữ nghĩa ngôn ngữ lập trinh hướng đối tượng C húng cho phép m hình hóa hệ thống phức tạp, trừu lượng hay thay đổi th ế giới thực Ta tìm hiểu lừng tính chất hệ thống thiết k ế theo hướng đối tượng 1.1.2 T ín h th a k ế Thừa kế íà c h ế chia xẻ cách m ột lớp định nghĩa m ột phần lớp tổn tại, gọi lớp sở (base-class) Các lớp nhận từ lớp c sở bổ sung thêm định nghĩa lại cấu trúc phương thức tổn lớp sở, hay nói cách khác thừa k ế c h ế chia xỏ hành vi thuộc tính giừa lớp m mội iớp đặc biệt hố cua lớp khác (quan hệ “ís a ” ) Có thể phân loại thừa kế: + Thừa kế phát triển lên (increm ental inheritance): trình bổ sung thôm phương thức biến ( variable) vào khai báo lớp có đ ể thu dược lớp Kỳ thuật sở cho việc sử dụng lại đoạn m ã lóp ch a (parent class) m không nằm bốt kỳ bảo đảm lớp nhận ctuợe ỉà đặc biệt hoá lớp cha Chương Cơ sở liệu hưímg đổi tượng Trang 6/96 _ .^ + Thừa k ế kiêu (stibtyping ỉtìherìtance): cho plìép đặt định nghĩa ỉớp cấu Irúc phân cấp, ỉhoả m ãn điều kiện thành viên lóp thành viên lớp cha (xubclass) (superclưss - siêu lớp) 1.1.3 T ín h b a o gói - Bao gói cho phép định rõ đoạn m ã liệu phạm vi định, giới hạn điều khiển truy nhập bới ứng dụng khách củ a m odul bao gói Một m odul bao gói ứng dụng khách m odul bị giới hạn định nghĩa ngơn ngữ lộp trình truy nhập đến m odul vùng khai báo giao diện ngồi Q trình kết hợp liệu m ã nguồn phù hợp với dừ liệu, tất mộl m odul, Có nghĩa khơng m ột người dùng sử dụng hàm dược cài đặt bên lớp (cỉass), m phụ thuộc vào giao diện bén - Sự bao gói cho khả cất giừ ricng biệt đữ liệu phương thức (m ethod) tác động lên liệu Tất thơng tin m ột hệ thống hướng đối tượng lưu trữ bên đối tượng hành xử đối tượng lệnh thực thao lác [10] Như vậy, bao gói khơng chí đơn !à gom ch ung liệu chương trình vào m ột khối mà chúng hiểu theo nghĩa dừ liệu thao tác lác động lên liệu Khi đó, khơng cần quan tâm đến vấn dề "phải làm cơng việc cụ thổ ” m ta điều khiển mộ( m ệnh lệnh hay thơng báo “ làm việc”, chương trình tự nhận biết thực phương thức lựa chọn N hư có m ột che giấu thơng tin (iníịrm aũon hiding) chí có phương thức giao tiếp làm cầu nối, người dùng tlữ liệu 1.1.4 T ín h đ a c ấ u Tính đa cấu (polym orphism ) khả gửi thông báo lới m ột vài đối lượng m điều khiển theo cách đặc biệt Những đáp ứng đối tượng tới thông báo chung ià chủ quan đối tưựng C lient gửi thơng báo m khơng m ó tả kiểu đối tượng tới đích m Ihơng báo đánh địa Cơ ch ế liên kết m uộn (late bindins) sử dụng để xác định dối tượns: chạy m ột dẫn chứng cho cài đặí phương thức thơng báo (m cssage) Có thổ giới thiệu tính đa cấu môi trường hướng đối tượng theo phương thức; Chương Ị Cơ sở ỉiệii hướng đối tượng • _ _ rang 7/96 _ _ _ _ _ _ Bằng cách phân lớp: phưưng thức khai báo lớp cá biệt cũ n g tự dộng khai báo tất lớp • Bằng cách nạp chổng: tên giông sử dụng phương (hức phẩn dộc lập phân cấp lớp Tính đa cấu tạo phương thức liên kết phức tạp ánh xạ m ột - m ột, ánh xạ - nhiều tên phương thức lên cài đặt ỉ 1.5 T ín h trừ u tư ợ n g - Dữ liệu trừu tượng (data abstraction); Cho phép người d ù n g định nghĩa phương thức trừu tượng liệu trừu tượng Hành ví đối tượng dừ liệu trừu tượng khai báo m ột cách đẩv đủ tập phương thức trừu tượng đối urợng ] 1.6 Đ ố i tư ợ n g ph ứ c h ợ p - c o m p le x o b je c t Các hệ thống hướng đối tượng hổ trợ kiểu liệu phức tạp, trừu tượng tức m ột đối urợng có chứa thuộc tính m thuộc tính đối tượng H ay nói khác đi, lược dồ i đối tượng ỉà dạng ch u ẩn (F irst N orm al Form ) Các thuộc tính có ihể đối urợng phức như: danh sách (list), lúi (bag) lập (set) hay đối tượng nhúng (em bedded object) O íc dối tượng phức hợp dược chia làm loại: Các đối tượng có cấu trúc đối tượng phi cấu trúc - Các đối tượng có cấu trúc (structured) tạo nên từ thành phán khai báo từ kiểu dược tạo dựng sẵn m ức khác - Các ctốị tượng phi cấu trúc (unstructured) kiểu liệu địi hỏi m ột số lượng lưu trữ ión đữ liệu đa phương tiện ảnh (im age), video (phim ) v.v C ác hệ thống hướng đối tượng cho phép người dùng định nghĩa kiểu liệu m ới, bao gồm cấu trúc thao tác, từ dó cho phcp tạo thu viện kiểu d ữ liệu phức hợp Từ thư viện này, kiểu ỉiộu khai báo sử d ụ n g lại thay đổi dựa việc thừa k ế kiểu liệu định nghĩa 1.1.7 N p c h n g , g h i đ è v liên k ết m u ộ n - Nạp chồng {overloading}: Lớp sửa đổi phương íhức đ ã khai báo, cách sử dụng tên nhau, vớí danh sách kiểu tham số k h ác Chương ì ■ Cơ sà liệu hướng đối tượng - Ghi dc (overriding): Sự cài dặt phương Ihức phụ thuộc vào kiểu đối urựng m gắn và« - Liên kết m uộn (late binding): Các phương thức hiên dịch chạy có lời gọi den phương thức Hộ thốns thiết k ế hao cồm thành phần xem ìà hệ thống hướng đối tượng, dó có thành phần sử dụng lại (reuse), dỗ dàng thay dổi m rộng C SỞ d ữ l i ệ u h n g đ ố i t ợ n g G iói th iệ u c h u n g Phát triển C sở liệu theo phương pháp liếp cận hướng đối tượng đưa từ nãm 198Ü T rong c sở liệu quan hệ (relational database) đặc lả rõ làng C odđ m ặt m ngơn ngữ hỏi liệu, lại chưa có m ột m ô tả đầy đủ cho hệ thống hướng đối tượng [15], có m ột số sản phẩm phát triển thị trường (O bjectSfore, Oi, G em Slones, O bjeetivity/D B Các sở liệu quan hệ chiếm tỉ lệ lớn hệ thống ứng dụng, nhiên cũ n g đ ã bộc lộ nhiều điểm yếu Đạc biệt việc xây dựng ứng dụng với dừ liệu phức tạp, Irên qui m ô lớn liệu văn lớn, đổ thị (graphic), loại liệu không gian (rong sờ liệu không gian sở dừ liệu đa phương tiện (m ultim edia (spatial databases) hay database) , hệ thống tương tác phức tạp sở dừ liệu quan hệ khơng giải Chính m m hình sở liệu hướng đối tượng quan tâm phát triển năm gần M ột sở đữ liệu m ẫu dưa năm 1989 (M anifesto), irong đưa lựa chọn, đặc tính cần có m ột sở liệu dối tượng, tập trung theo hướng: i) Hệ thống c sở liệu hướng đối tượng cần có thành phần: Các đối lượng phức hợp (com plex objects), định danh đối tượng (object identity), bao gói (encapsulation), kiểu ỉớp (types or classes), Ihừa kế (inheritance), nạp chồng (overloading), ghi đè (overriding), ỉiên kết m uộn (late binding), lí nh khả m (extensibility), bổ sung đầy đủ tính tốn (com putational com pleteness), lính bền vững (persistence), quản ỉý ỉưu trữ (secondary storage m anagem ent), tương tranh (concurrency), khả khôi phục (recovery) càu hỏi phức tạp (ađ hoc query) Chương ỉ Cơ sà Ỉiệỉt hướng dối tượng T r a n g / CHƯƠNG C À I Đ Ặ T C O s D ữ L I Ệ U H Ư Ớ N G Đ ố i T Ư Ợ N G Cài đặt C S D L n g n h B ảo h iểm x ã hội ! G iới ihiệu Trong thực tế, chưa có quy trình chuẩn cho việc phát triển hệ thống sỡ liệu theo phương pháp liếp cận hướng đối tượne, nhiên (rong khuôn khổ luận vãn tỏi xin đề xuất bước để xây dựng nên CSDL theo phương pháp tiếp cận hướng đối tượng, dồng thời áp dụng vào phát triển phân hệ sở liệu hệ thống ihông tin quản lý ngành BHXH Việt Nam Bước 1: M hình hố hệ thống Bước 2: Phân tích-thiết k ế hệ thống Bước 3: Xây dựng biểu đồ lớp từ biểu đồ mơ hình Bưức 4: Cài đặt * Cơng cụ phân tích, thiết kế Trong q trình phân tích thiết kế hệ thống, thường phải xây dựng mơ hình để hình đung tập trung vào khía cạnh riêng hộ thống Đây tà cơng đoạn nhà phân lích tiếp cận trực tiếp với hệ thống sửa đổi, bổ sung m ô hình cho phù hợp với hệ thống lrong giới thực Tiếp cận hướng m hình cung cấp khả linh hoạt cách tiếp cận cơng việc phân tích, mồ hình OSM cung cấp cho ta hướng tiếp cận đế’ thực trình phồn tích: + T iếp cận mơ hình đối tượng - quan hệ (O R M ) + Tiếp cận m ô liinh dối tượng - hành vi (OBM) + Tiếp cận m hình đối tượng - tương tác (OIM ) * Từ mơ hình đ ã xây đựng, tích hợp hồn ihíện vào lược đ ổ thống - Dựa lược đồ O RM tiến hành thiết kê' liệu với việc áp dụng lý thuyết phụ thuộc hàm vào việc chuẩn hố liệu * Cơng cụ cài đặt: - Sử dụng phần mềm Aỉỉegro để vẽ lược đổ mức m hình - Cư sở liệu thiết kế công cụ ObjectStore Database Design (thiết kc lược đổ lớp) nằm ObjectStorc PSE Pro Chương Cùi (lật sớ th? liệu hướng (lối tượng Trang 82/96 Các lược đổ lớp sau thiết kế nhúng vào Microsoft Developer Studio Visual c ++ sinh m ã thành class tĩiođul thông qua ObjeelStore Component Wizard - Từ lớp biên địch c ấc ActiveX dạng file thư viện liên kết động (D LL) sử dụng Visual Basic đổ ihiết k ế giao diện chương trình 4.1.2 Phân tích, thiết kế * Phát biểu toán: Bài toán quan trọng ngành bảo hiểm xã hội (BHXH) tốn quản iý cơng tác thu, nộp tiền BHXH, m thực chất quản !ý người lao động có tham gia B HXH X ây đựng hệ Cơ sở dừ liệu quàn lý người lao động làm việc tham gia nộp liền BHXH bái buộc nhiệm vụ trọng tâm ngành Việc quản lý thực từ người lao động bắt đầu làm có tham gia nộp BHXH Q uá trình từ thời điểm di làm den ngưòi lao động nghỉ hưu trình dài với nhiều biến động như: thay đổi đơn vị công tác, thay đổi mức lương làm cân đóng BHXH, thay dổi día bàn cơng tác q trình cơng tác bị gián đoạn khoảng thời gian Chính vậy, viộc quản lý đến người !ao động trình cơng lác họ tốn xúc, với số lượng lao động ỉớn phức tạp (khoảng ÍÜ triệu lao dộng), phân bố trèn địa bàn rộng nhiều loại hình đơn vị khác Các ycu cầu hệ llìống sau: * Cho phcp đăng ký đối tượng tham gia nộp BHXH đơn vị lao động + Đãng ký đối tượng mói tham gia đóng BHXH địa bàn tỉnh (BHXH lỉnh) + Đãng ký dem vị * Cho phép cập nhật liệu Thu + Cập nhật đon vị sử dụng lao động (sau gọi tắt đơn vị) + Cập nhật lhông tin cho người ỉao động: thống tin cá nhân, mức lương * Báo cáo - thống kê + Danh sách íao động đóng BHXH + Số liệu đ ó n g cùa đơn vị + Quá trình đóng người lao động Trons phạm vị luận vãn tơi khơng có tham vọng thiết k ế hoàn chỉnh hệ sờ liệu cho quản lý nghiệp vụ ngành BHXH, m lấy phần ứng dụng làm ví dụ cho viộc mơ hình vìl cài đặt hơ sở đừ liơu theo tiếp cận hướng đối tượng Ch ươn Cùi dặt s ỏ