Bài giảng Chương 9: Thiết kế tầng quản lý dữ liệu

Bài giảng Chương 9: Thiết kế tầng quản lý dữ liệu cung cấp đến người học kiến thức về tầng quản lý dữ liệu bao gồm thao tác và truy cập dữ liệu và thiết kế thực sự về lưu trữ dữ liệu của hệ thống; tối ưu hóa định dạng lưu trữ dữ liệu; ánh xạ các đối tượng từ tầng miền bài toán (problem domain layer) sang định dạng lưu trữ dữ liệu đã lựa chọn...

Chương 9: Thiết kế tầng quản lý dữ liệu

1

Tầng quản lý dữ liệu

Tầng quản lý dữ liệu bao gồm thao tác và truy cập dữ liệu và thiết kế thực

sự về lưu trữ dữ liệu của hệ thống

- Quá trình thiết kề tầng dữ liệu bao gồm 4 bước:

1 Chọn định dạng lưu trữ các đối tương để hỗ trợ hệ thống Các định

dạng lưu trữ bao gồm tệp (tệp chủ, tệp giao tác, tệp lịch sử, tệp tra

cứu,…), cơ sở dữ liệu (csdl quan hệ, quan hệ - đối tượng, đối tượng)

2 Ánh xạ các đối tượng từ tầng miền bài toán (problem domain layer)

sang định dạng lưu trữ dữ liệu đã lựa chọn

3 Tối ưu hóa định dạng lưu trữ dữ liệu

4 Thiết kế các lớp truy cập và thao tác dữ liệu

3

Các định dạng lưu trữ dữ liệu

Các định dạng lưu trữ dữ liệu có thể được sử dụng để lưu trữ các đối

tượng:

- Các tệp

- CSDL quan hệ

- CSDL quan hệ-đối tượng

- CSDL hướng đối tượng

5

CSDL quan hệ

- Tập các bảng:

Bao gồm các trường xác định các thực thể

Khóa chính có duy nhất các giá trị ở mỗi dòng của bảng

Khóa ngoại lai là khóa chính của bảng khác

- Các bảng có quan hệ với nhau:

Trường khóa chính của một bảng là một trường của bảng khác thì

được gọi là khóa ngoại lai

Các quan hệ được thiêt lập bởi một khóa ngoại lai của một bảng kêt

nối với khóa chính của một bảng khác

Ví dụ về CSDL quan hệ

7

Hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ (DBMS)

- Là phần mềm để tạo lập và xử lý một cơ sở dữ liệu

- Hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ là hệ quản trị cơ sở dữ liệu quản trị cơ

sở dữ liệu quan hệ

- Hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ luôn hỗ trợ tính toàn vẹn tham chiếu

Ý tưởng đảm bảo rằng các giá trị kết nối các bảng với nhau thông qua

các khóa chính và khóa ngoại lai là hợp lệ và thực sự đồng bộ

Ví dụ về ràng buộc tham chiếu dữ liệu:

- Số hiệu khách hàng là khóa chính của bảng khách hàng

- Số hiệu khách hàng lại là khoa ngoại lai của bảng đơn hàng

- Một sự vi phạm sự toàn vẹn tham chiếu sẽ xảy ra nếu một đơn hàng

được nhập vào bảng đơn hàng cho một số hiệu khách hàng chưa được

nhập vào bảng khách hàng trước đó

- Mỗi hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ ngăn cấm việc nhập những bản

ghi như vậy

9

Ngôn ngữ truy vấn có cấu trúc (SQL)

- Đây là ngôn ngữ chuẩn để truy cập dữ liệu dưới dạng bảng

- Các lệnh SQL Commands

- Tạo lập, soạn thảo, hủy các bảng(Create, edit, and delete

tables)

- Bổ sung, soạn thảo và xóa dữ liệu (Add, edit, ,delete data)

- Hiển thị dữ liệu từ một hay nhiều bảng

- Hiển thị dữ liệu được tính toán từ dữ liệu của một hay nhiều

bảng

Việc lựa chọn định dạng lưu trữ nào cho hệ thống nên dựa trên bảng đánh

giá các định dạng lưu trữ dựa trên các tiêu chí khác nhau

11

Ánh xạ các đối tượng thuộc tầng miền bài toán sang các định dạng

lưu trữ dữ liệu

Các quy tắc ánh xạ các đối tượng thuộc tầng miền bài toán sang mô

hình CSDL quan hệ:

- Rule 1: Ánh xạ mỗi lớp cụ thể (conrete class, lớp được dùng để tạo ra

đối tượng) thuộc tầng miền bài toán thành một bảng dữ liệu

- Rule 2: Ánh xạ các thuộc tính đơn trị thành các thuộc tính trong bảng

tương ứng

- Rule 3: Ánh xạ các phương thức trong mỗi lớp thành các thủ tục lưu trú

(trên hệ quản trị CSDL) hoăc thành các chương trình con trong chương

trình ứng dụng

- Rule 4: Ánh xạ các quan hệ liên kết và kết hợp có lực lượng tham gia

liên kết hai phía là một – một thành một thuộc tính khóa ngoài vào của

một bảng trong quan hệ (cụ thể: lấy thuộc tính khóa của bảng bên này

đặt vào bảng bên kia làm khóa ngoài để tạo liên kết một – một giữa hai

bảng, ngược lại)

- Rule 5: Ánh xạ thuộc tính đa trị thành một bảng mới và tạo liên kết một

- nhiều từ bảng gốc tới các bảng mới

13

- Rule 6: Ánh xạ những quan hệ liên kết và kết hợp có lực lượng tham

gia quan hệ ở hai phía là nhiều – nhiều bằng cách tạo một bảng mới

Bảng này có khóa chính là các thuộc tính chính khóa của hai bảng gốc

và các thuộc tính riêng của liên kết

- Rule 7: Với những quan hệ kiên kết và kết hợp có lực lượng tham gia

liên kết hai phía là một – nhiều, lấy các thuộc tính khóa chính từ bên

một (1 1 hay 0 1) của quan hệ đưa vào bảng phía nhiều (1 * hoặc

0 *) để tạo thành khóa ngoài liên kết hai bảng

- Rule 8: Đảm bảo rằng các khóa chính của lớp con cũng chính là khóa

chính của lớp cha hoặc làm phẳng kế thừa

Ví dụ minh họa quá trình ánh xạ các lớp trong bài toán đặt lịch hẹn khám

sang biểu đồ cơ sở dữ liệu quan hệ

15

Tối ưu hóa CSDL quan hệ

Tối ưu hóa lưu trữ

Mục tiêu tối ưu hóa lưu trữ:

- Loại bỏ dư thừa dữ liệu vì dư thừa dữ liệu gây lãng phí bộ nhớ lưu trữ

và sinh ra các dị thường khi cập nhật dữ liệu (xem lại môn CSDL)

- Trong bảng nếu có chứa giá trị null, ngữ nghĩa của giá trị null đó rất

khó để diễn tả

17

Chuẩn hóa dữ liệu:

- Chuẩn hóa dữ liệu như là một tiêu chí để đánh giá một CSDL quan hệ

- Việc đưa các bảng về các dạng chuẩn sẽ giúp giảm đi các dư thừa dữ

liệu

- Bốn mức độ chuẩn hóa đầu tiên của bảng dữ liệu bao gồm:

- Dạng chuẩn 0 (0NF): không có điều kiện chuẩn hóa nào thỏa

mãn

- Chuẩn 1 (1NF): Không có các thuộc tính đa trị

Các bước thực hiện quá trình chuẩn hóa

19

Ví dụ minh họa dạng chuẩn 0

Ví dụ minh họa dạng chuẩn 1

21

Ví dụ minh họa dạng chuẩn 1

Ví dụ minh họa dạng chuẩn 2

23

Ví dụ minh họa dạng chuẩn 2

Ví dụ minh họa dạng chuẩn 3

25

Tối ưu hóa tốc độ truy cập dữ liệu:

Các phương thức để tối ưu hóa tốc độ truy cập dữ liệu bao gồm:

- Phi chuẩn hóa dữ liệu

- Phân cụm các bản ghi

- Đánh chỉ mục thuộc tính

Phi chuẩn hóa dữ liệu:

- Trong CSDL quan hệ, nếu một truy vấn cần kết hợp thông tin từ nhiều

bảng thì các bảng đó cần được kết nối với nhau trong quá trình thực

hiện truy vấn Việc kết nối các bảng sẽ tốn nhiểu thời gian và nếu truy

vấn đó lại là truy vấn thường xuyên thì sẽ ảnh hưởng đến tốc đọ xử lý

của hệ thống

- Để giảm bớt các phép kết nối bảng đối với các truy vấn thường xuyên,

chúng ta dùng kỹ thuật phi chuẩn dữ liệu

- Ví dụ, thêm tên khách hàng vào bảng đơn hàng để tránh việc kết nối hai

bảng đơn hàng và khách hàng khi cần lấy ra tên khách hàng mua đơn

hàng

27

Ví dụ 2 về phi chuẩn dữ liệu

Ví dụ 3 về phi chuẩn dữ liệu

29

Phân cụm các bản ghi

- Phân cụm vật lý các bản ghi trong định dạng lưu trữ làm sao để các bản

ghi tương tự được lưu trữ gần nhau

- Phân cụm trong một bảng: Các bản ghi trong một bảng được lưu trữ

cùng nhau cùng nhau Ví dụ, theo thứ tự giá trị khóa chính

- Phân cụm liên bảng: kết hợp các bản ghi từ nhiều bảng hay được truy

vấn cùng nhau vào một nhóm

Đánh chỉ mục cho các thuộc tính hay được truy cập thông tin

31

Ước lượng kích thước dữ liệu lưu trữ

Ước lượng kích thước dữ liệu lưu trữ

33

Thiết kế các lớp truy cập và thao tác dữ liệu (DAM class)

- Các lớp DAM hoạt động giống như một người biên dịch giữa các đối

tượng lưu trữ và các đối tượng thuộc tầng miền bài toán

- Với mỗi lớp cụ thể (concrete class) nên có tương ứng một lớp DAM

35

Ví dụ về thiết kế các lớp DAM trong hệ thống đăng kí lịch khám bệnh

Mối quan hệ giữa các yêu cầu phi chức năng và tầng quản lý dữ liệu

37