對(duì)象-關(guān)系數(shù)據(jù)庫及其語言

1、對(duì)象-關(guān)系數(shù)據(jù)庫及其語言,2008.09,目錄,對(duì)象-關(guān)系數(shù)據(jù)庫的興起關(guān)系數(shù)據(jù)庫的弱點(diǎn)對(duì)象-關(guān)系數(shù)據(jù)庫的興起對(duì)象-關(guān)系數(shù)據(jù)模型及SQL:1999背景標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展過程SQL:1999內(nèi)容,1.1 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的弱點(diǎn)（1）,自20世紀(jì)80年代以來，關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（RDBMS）一直是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）的主流，其在數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品市場(chǎng)中一直占據(jù)統(tǒng)治地位。RDBMS的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在：關(guān)系數(shù)據(jù)模型（relational data m

2、odel）對(duì)傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（structured data）提供了簡(jiǎn)單、有效的建模（modeling）與表示（representation）機(jī)制；SQL語言以說明性（declarative）的聯(lián)想式訪問（associative access）方式提供了簡(jiǎn)便和國際標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)查詢與操縱機(jī)制；RDBMS提供了完備、高效的服務(wù)設(shè)施，包括索引和存儲(chǔ)（indexing & storage）、查詢優(yōu)化（query optimizatio

3、n）、事務(wù)管理（transaction management）、安全（security）、完整性（integrity）、觸發(fā)子（triggers）等；RDBMS產(chǎn)品具有廣泛的工業(yè)基礎(chǔ)和完善廠商支持。,1.1 關(guān)系數(shù)據(jù)庫的弱點(diǎn)（2）,但是，隨著數(shù)據(jù)管理技術(shù)應(yīng)用的拓寬與深入，關(guān)系數(shù)據(jù)庫也逐步暴露其弱點(diǎn)，主要表現(xiàn)在：有限的數(shù)據(jù)類型和刻板的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；缺少不依賴于屬性值的、全系統(tǒng)唯一標(biāo)識(shí)符（類似于OID）；不支持用戶自定義的或系統(tǒng)可擴(kuò)充的

4、函數(shù)或運(yùn)算。以上弱點(diǎn)的根源在于關(guān)系數(shù)據(jù)模型（relational data model）。,1.2 對(duì)象-關(guān)系數(shù)據(jù)庫的興起,為克服關(guān)系數(shù)據(jù)庫（源于關(guān)系數(shù)據(jù)模型）的弱點(diǎn)，20世紀(jì)80年代開始，研究界就對(duì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫后的下一代數(shù)據(jù)庫問題進(jìn)行探討，研究重點(diǎn)集中在數(shù)據(jù)模型上。有代表性的數(shù)據(jù)模型有：非第一范式（non-first normal form, NF2）關(guān)系數(shù)據(jù)模型語義（semantic）數(shù)據(jù)模型面向?qū)ο螅╫bject-orie

5、nted, OO）數(shù)據(jù)模型對(duì)象-關(guān)系（object-relational, OR）數(shù)據(jù)模型,1.2 對(duì)象-關(guān)系數(shù)據(jù)庫的興起,面向?qū)ο蠛蛯?duì)象-關(guān)系數(shù)據(jù)模型對(duì)數(shù)據(jù)庫工業(yè)的影響最大。（新興的）廠商推出了對(duì)象數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（ODBMS）產(chǎn)品，但由于諸多原因（見教材），其并未成為替代RDBMS的主流產(chǎn)品（mainstream products）；主要大廠商（e.g., Oracle, IBM, Microsoft）著眼于對(duì)傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫進(jìn)行

6、面向?qū)ο髷U(kuò)充，推出了對(duì)象-關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（ORDBMS）產(chǎn)品，成為支配當(dāng)前數(shù)據(jù)庫市場(chǎng)的主流產(chǎn)品。工業(yè)和標(biāo)準(zhǔn)化組織（e.g., ISO&ANSI）已制定ORDBMS數(shù)據(jù)模型及其數(shù)據(jù)庫語言（SQL3/SQL:1999）的國際標(biāo)準(zhǔn)。,2. 對(duì)象-關(guān)系數(shù)據(jù)模型及SQL:1999,2.1 背景 BackgroundSQL:1999 (formerly known as SQL3, also called Object-Orient

7、ed SQL) is a database language for Object-Relational DBMS, e.g., Oracle 8i/9i, Informix Universal Server, IBM’s DB2 Universal Database, and Cloudscape’s Cloudscape, etc.,2. 對(duì)象-關(guān)系數(shù)據(jù)模型及SQL:1999,2.2 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展過程 Standards Develop

8、ment ProcessSQL法定標(biāo)準(zhǔn)化組織美國：ANSI/NCITS H2(以前X3H2)；國際：ISO/IEC JTC 1SQL標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展過程(SQL1): SQL-86/SQL-87 ? SQL-89(minor enhancement)（by ANSI/X3H2, USA )SQL2: SQL-92 (by ISO & ANSI)(SQL3): SQL: 1999 (by ISO & ANSI)

9、 Next steps?,2.3 SQL:1999內(nèi)容,Here is not a complete feature set of SQL:1999, just new features to SQL2.劃分成“關(guān)系特性”與“面向?qū)ο筇匦浴眱刹糠帧?PART I 關(guān)系特性 Relational Features,新數(shù)據(jù)類型 New Data Types新謂詞 New Predicates新語義 New Semantics 增強(qiáng)

10、的安全機(jī)制 Enhanced Security主動(dòng)數(shù)據(jù)庫 Active Database,PART I 關(guān)系特性 Relational Features,新數(shù)據(jù)類型 New Data Types4 new data types or related facilities. (other: UDTs ? O-O features) (1)大對(duì)象 LARGE OBJECT (LOB)不允許用作PK or UNIQUE, FK；不允

11、許進(jìn)行除=﹑外的比較運(yùn)算；不允許用于Group By or Order By 子句中；客戶端類型LOB locator (二進(jìn)制唯一值)，作為DB中LOB值的替身，避免大量Clients端 - DB Server端的傳輸代價(jià)，可用于如SUBSTRING等操作：,PART I 關(guān)系特性 Relational Features,新數(shù)據(jù)類型 New Data Types(2)布爾BOOLEANallows SQL to directl

12、y record truth values: true, false, and unknown;allows SQL to express complex combinations of predicates, e.g.:WHERE COL1 > COL2 AND COL3 = COL4 OR UNIQUE (COL6) IS NOT FALSE,PART I 關(guān)系特性 Relational Feature

13、s,新數(shù)據(jù)類型 New Data Types(3)數(shù)組與行ARRAY & ROWARRAY & ROW are composite types, WEEKDAYS VARCHAR (10) ARRAY [7] CREATE TABLE employee (EMP_ID INTEGER,NAME ROW( GIVEN VARCHAR (30),

14、FAMILY VARCHAR(30) ),ADDRESS ROW(STREET VARCHAR (50),CITY VARCHAR (30),STATE CHAR (2)),SALARY REAL ) SELECT E.NAME.FAMILY WHERE employee E,PART I 關(guān)系特性 Relational

15、Features,新數(shù)據(jù)類型 New Data Types(3)數(shù)組與行ARRAY & ROWQUESTION: they violate the First Normal Form (1NF) condition?可認(rèn)為不是，≠”decomposable” data types.,PART I 關(guān)系特性 Relational Features,新數(shù)據(jù)類型 New Data Types(4) DISTINCT type

16、s, a data type-related facility 不同類型的屬性（值）不能在表達(dá)式中運(yùn)算，除非用函數(shù)CAST()明確轉(zhuǎn)換。不允許 WHERE MY_SHOE_SIZE > MY_IQSET MY_IQ = MY_IQ *2允許 WHERE MY_SHOE_SIZE > CAST(MY_IQ AS SHOE_SIZE) SET MY_IQ = MY_IQ * CAST (2 A

17、S IQ),PART I 關(guān)系特性 Relational Features,新數(shù)據(jù)類型 New Data Types(5) User_defined types (UDTs):見O-O features,PART I 關(guān)系特性 Relational Features,新數(shù)據(jù)類型 New Data Types新謂詞 New Predicates新語義 New Semantics 增強(qiáng)的安全機(jī)制 Enhanced Security

18、主動(dòng)數(shù)據(jù)庫 Active Database,PART I 關(guān)系特性 Relational Features,新謂詞 New Predicates3 new predicates. (1 predicate 見O-O features). (1) SIMILAR TO先前SQL標(biāo)準(zhǔn)僅提供字符串的：簡(jiǎn)單比較，e.g. =﹑>﹑or 基本的模式匹配：LIKE 如：WHERE NAME LIKE ‘%SMIT_’新SQL標(biāo)準(zhǔn)

19、提供：UNIX風(fēng)格的正則表達(dá)式模式匹配：SIMILAR TO如： WHERE NAME SIMILAR TO ‘(SQL-(86|89|92|99)) | (SQL (1|2|3))’,PART I 關(guān)系特性 Relational Features,新謂詞 New Predicates3 new predicates.(2) DISTINCT有點(diǎn)像原來的UNIQUE謂詞，但有較大的區(qū)別：兩個(gè)NULL值滿足UNIQUE，

20、但不滿足DISTINCT。,PART I 關(guān)系特性 Relational Features,新數(shù)據(jù)類型 New Data Types新謂詞 New Predicates新語義 New Semantics 增強(qiáng)的安全機(jī)制 Enhanced Security主動(dòng)數(shù)據(jù)庫 Active Database,PART I 關(guān)系特性 Relational Features,新語義 New Semantics(1)擴(kuò)大了可更新視圖（updat

21、able view）的范圍（取決于函數(shù)依賴） (2)提供了遞歸查詢（recursive query） 方法: Step 1) 寫出查詢表達(dá)式，并賦予一個(gè)名稱；Step 2) 在另一查詢表達(dá)式中調(diào)用這個(gè)查詢名稱 如：WHERE RECURSIVE Q1 AS SELECT … FROM … WHERE …, Q2 AS SELECT … FROM … WHERE …

22、 SELECT … FROM Q1, Q2 WHERE …,PART I 關(guān)系特性 Relational Features,新語義 New Semantics(3) Locator除了可代理LOB值外，還可代理：ARRAY值及UDT值。(4)增設(shè)了savepoint機(jī)制：ROLLBACK TO SAVEPOINT; //撤銷一個(gè)“子事務(wù)”操作RELEASE SAVEPOINT; //

23、提交一個(gè)“子事務(wù)”操作,PART I 關(guān)系特性 Relational Features,新數(shù)據(jù)類型 New Data Types新謂詞 New Predicates新語義 New Semantics 增強(qiáng)的安全機(jī)制 Enhanced Security主動(dòng)數(shù)據(jù)庫 Active Database,PART I 關(guān)系特性 Relational Features,增強(qiáng)的安全機(jī)制 增加了角色(role)機(jī)制(RDBMS產(chǎn)品中已廣泛實(shí)現(xiàn))

24、：見角色機(jī)制課件,PART I 關(guān)系特性 Relational Features,新數(shù)據(jù)類型 New Data Types新謂詞 New Predicates新語義 New Semantics 增強(qiáng)的安全機(jī)制 Enhanced Security主動(dòng)數(shù)據(jù)庫 Active Database,PART I 關(guān)系特性 Relational Features,主動(dòng)數(shù)據(jù)庫增加了觸發(fā)器（trigger）機(jī)制（RDBMS產(chǎn)品中已廣泛實(shí)現(xiàn)），

25、是ECA rules。用于:記日志(logging)維護(hù)完整性約束（Integrity Constraints）實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的業(yè)務(wù)規(guī)則（Bussiness Rules）見主動(dòng)數(shù)據(jù)庫課件,PART II 面向?qū)ο筇匦?Object Orientation,可調(diào)用例程 結(jié)構(gòu)化用戶定義類型 Structured User-Defined Types (UTDs) 函數(shù)與方法的異同 Functions vs Methods 函數(shù)

26、符號(hào)與點(diǎn)符號(hào) Functional and Dot Notations完全的對(duì)象特性O(shè)bjects,PART II 面向?qū)ο筇匦?Object Orientation,可調(diào)用例程一些O-O特性已在1996年發(fā)布的SQL持久存儲(chǔ)模塊（SQL/PSM）中提供，e.g. SQL語句中可調(diào)用函數(shù)或過程: SQL-invoked functionsSQL-invoked procedures這次新增了方法調(diào)用：SQL-invoked m

27、ethods函數(shù)、過程與方法通稱為可調(diào)用例程：SQL-invoked routines,PART II 面向?qū)ο筇匦?Object Orientation,可調(diào)用例程 結(jié)構(gòu)化用戶定義類型 Structured User-Defined Types (UTDs) 函數(shù)與方法的異同 Functions vs Methods 函數(shù)符號(hào)與點(diǎn)符號(hào) Functional and Dot Notations完全的對(duì)象特性O(shè)bjects,PA

28、RT II 面向?qū)ο筇匦?Object Orientation,結(jié)構(gòu)化用戶定義類型 UTDUser_Defined Types (UDTs)DISTINCT: based on SQL’s built-in typesStructured UDTs: based on any SQL types, including SQL’s built-in types and Structured UDTs例子： CREATE TYPE

29、emp_type UNDER person_type AS (EMP_ID INTEGER, SALARY REAL) INSTANTIABLE NOT FINAL REF (EMP_ID) INSTANCE METHODGIVE_RAISE

30、 (ABS_OR_PCT BOOLEAN, AMOUNT REAL) RETURNS REAL,PART II 面向?qū)ο筇匦?Object Orientation,結(jié)構(gòu)化用戶定義類型 UTDCharacteristics of Structured UDTs:have 1～n attributes, each of whi

31、ch can be any SQL type (built-in types like INTEGER, collection types like ARRAY, or other structured UDTs — nested as deeply as desired)Their behaviors are provided through methods, functions, and proceduresTheir attr

32、ibutes are encapsulated through the use of system-generated observer & mutator functions (“get”, “set”), which cannot be overloaded; other functions & methods can be overloadedComparisons of their values are don

33、e only through user-defined functions (UDFs),PART II 面向?qū)ο筇匦?Object Orientation,結(jié)構(gòu)化用戶定義類型 UTDCharacteristics of Structured UDTs:They may participate in “type hierarchies”:[注]：SQL:1999的類型層次是單繼承的（single inheritance），而不是

34、多繼承的（multiple inheritance）SQL:1999的類型定義器可指定類型是否可實(shí)例化（instantiable），即：類型的值可被創(chuàng)建SQL:1999結(jié)構(gòu)類型的值可出現(xiàn)的地方（如一個(gè)基表的列中）可出現(xiàn)其子類型的值（稱可替代性Substitutability）SQL:1999不支持類型封裝級(jí)別程度（encapsulation level/degree），而一些OOPL（如C++）則允許：PUBLIC、 PRIVAT

35、E、PROTECTED,PART II 面向?qū)ο筇匦?Object Orientation,可調(diào)用例程 結(jié)構(gòu)化用戶定義類型 Structured User-Defined Types (UTDs) 函數(shù)與方法的異同 Functions vs Methods 函數(shù)符號(hào)與點(diǎn)符號(hào) Functional and Dot Notations完全的對(duì)象特性O(shè)bjects,PART II 面向?qū)ο筇匦?Object Orientation,函

36、數(shù)與方法的異同不同之處：（簡(jiǎn)言之：一個(gè)M是一個(gè)帶有某些限制和增強(qiáng)的F）M被緊密綁定到一個(gè)單一UDT；F不是這樣。M所綁定的UDT（變?cè)愋停┦且粋€(gè)對(duì)此M特異的（如，可識(shí)別或區(qū)分的）數(shù)據(jù)類型；F的任何變?cè)欠翘禺惖?。F可以是多態(tài)的，但一個(gè)具體（i.e., 特定）的F是在編譯時(shí)就被選定的；M也可以是多態(tài)的，但其「特異變?cè)沟拇蠖鄶?shù)具體類型可在運(yùn)行時(shí)確定，并允許推遲到執(zhí)行時(shí)才選定具體的調(diào)用方法（當(dāng)然，其他變?cè)腔谄渖昝鞯念愋驮诰幾g

37、時(shí)消解的）M必須存儲(chǔ)于綁定它的結(jié)構(gòu)化類型定義所存儲(chǔ)的模式中；F則并不限定模式,PART II 面向?qū)ο筇匦?Object Orientation,函數(shù)與方法的異同相同之處：F & M均既可用SQL/PSM的計(jì)算完備（computationally-complete）語句來定義，又可用傳統(tǒng)的編程語言（如：JAVA）來定義。,PART II 面向?qū)ο筇匦?Object Orientation,可調(diào)用例程 結(jié)構(gòu)化用戶定義類型

38、Structured User-Defined Types (UTDs) 函數(shù)與方法的異同 Functions vs Methods 函數(shù)符號(hào)與點(diǎn)符號(hào) Functional and Dot Notations完全的對(duì)象特性O(shè)bjects,PART II 面向?qū)ο筇匦?Object Orientation,函數(shù)符號(hào)與點(diǎn)符號(hào)UDT的屬性值的訪問可使用兩種運(yùn)算符號(hào)實(shí)現(xiàn)：函數(shù)和點(diǎn)。它們是語法上等價(jià)的變種。 大多數(shù)情況下“點(diǎn)符號(hào)”更自然

39、。e.g., WHERE emp.salary > 10000少數(shù)情況下“函數(shù)符號(hào)”更自然。e.g., WHERE salary(emp) > 10000 //設(shè)salary是定義在emp所屬類型上的函數(shù)在此場(chǎng)合，Methods稍欠靈活——僅“點(diǎn)符號(hào)”可用于方法調(diào)用——至少為指定其一個(gè)特異變?cè)ㄖ担r(shí)。如： 若salary是其綁定類型為employee的方法，且： emp: emplo

40、yee //其中emp為列，employee為類型 則方法salary可這樣調(diào)用：emp.salary 當(dāng)然，employee中定義的方法give_raise可這樣調(diào)用（“點(diǎn)符號(hào)”與“函數(shù)符號(hào)”相結(jié)合）：emp.give_raise(amount),PART II 面向?qū)ο筇匦?Object Orientation,可調(diào)用例程 結(jié)構(gòu)化用戶定義類型 Structured User-Defined Types (UTDs

41、) 函數(shù)與方法的異同 Functions vs Methods 函數(shù)符號(hào)與點(diǎn)符號(hào) Functional and Dot Notations完全的對(duì)象特性 Objects,PART II 面向?qū)ο筇匦?Object Orientation,完全的對(duì)象特性Typed table:Object, it’s full features are embodied via typed tables, each RowID in a typ

42、ed table behaves as an OID of an objectREF type:It’s value refers to an RowID in a typed table, or is NULL (means “dangling reference”)All REF types are “scoped”, 使得編譯時(shí)被引用的表是可確定的Access attributes of a structured type