Bài giảng Cơ sở dữ liệu nâng cao: Chương 2 - Nguyễn Thị Mỹ Dung

Bài giảng Cơ sở dữ liệu nâng cao: Chương 2 Tổng quan Cơ sở dữ liệu hướng đối tượng cung cấp cho người học những kiến thức như: Giới thiệu; Mô hình dữ liệu; Cơ sở dữ liệu hướng đối tượng; Các hệ quản trị Cơ sở dữ liệu hướng đối tượng; Ưu điểm của Cơ sở dữ liệu hướng đối tượng; Chuyển đổi từ mô hình đối tượng sang mô hình quan hệ; Phân tích, thiết kế Cơ sở dữ liệu hướng đối tượng với UML.

Bài giảng

CƠ SỞ DỮ LIỆU

NÂNG CAO

Số tc: 2; LT: 20; Btập: 10 GV: Nguyễn Thị Mỹ Dung Khối lớp: Đại học L2

1 Chương 2: CSDL Hướng đối tượng

NỘI DUNG MÔN HỌC

Chương 1 Tổng quan CSDL phân tán (4)

Chương 2 Tổng quan CSDL hướng đối tượng

Chương 3 Cơ bản về Oracle (4)

7 Chương 7: Truy vấn trong CSDL HĐT (4)

Chương 2: CSDL Hướng đối tượng

V Ƣu điểm của CSDL HĐT

VI Chuyển đổi từ mô hình đối tƣợng sang mô

hình quan hệ

VII Phân tích, thiết kế CSDL HĐT với UML

3 Chương 2: CSDL Hướng đối tượng

4

I Giới thiệu

Các khái niệm của hướng đối tượng bao gồm:

Định danh đối tượng (OID); Nạp chồng (Overriding); Viết đè (Overloading); Đa hình (Polymorphism); Liên kết động (Dynamic binding); Đối tượng phức (complex object)

 Định danh đối tượng (OID: Object Identifier):

Trong RDBMS: OID= khóa chính Trong OODBMS: khoá chính không dùng làm OID, vì: khoá chính chỉ duy nhất trong 1 quan hệ, không phải trên toàn hệ thống; khoá chính được chọn từ các thuộc tính  phụ thuộc vào trạng thái của đối tượng

Chương 2: CSDL Hướng đối tượng

5

Định danh đối tượng (tt)

Cần phân biệt 2 trường hợp:

2 đối tượng là một (identical): cùng OID

2 đối tượng bằng nhau (equal): khác OID, nhưng trị các thuộc tính bằng nhau:

 Bằng cạn (shallow equality): khi loại bỏ hết các

tham chiếu (khoá ngoài) đến các đối tượng khác

 Bằng sâu (deep equality): khi tất cả các đối

tượng được tham chiếu đến cũng bằng nhau

Chương 2: CSDL Hướng đối tượng

Chương 2: CSDL Hướng đối tượng

7

Giới thiệu (tt)

 Viết đè (Overloading)

Là khái niệm tổng quát hơn overriding

Cho phép tên một phương thức được dùng lại trong một hoặc nhiều định nghĩa cho lớp

Có thể thay đổi trong định nghĩa phương thức:

Các tham số: về số lượng tham số, kiểu tham số, kiểu trả về

Làm đơn giản hoá trình ứng dụng: cho phép ngữ cảnh được xác định ý nghĩa nào thích đáng nhất tại một thời điểm

Chương 2: CSDL Hướng đối tượng

Về sự bao hàm (inclusion polymorphism): một phương thức trong lớp cha được thừa kê trong lớp con

Về tham số, hay còn gọi về khuôn dạng chung (parametric polymorphism/ genericity): dùng các kiểu như các tham số, để định ra các template

Chương 2: CSDL Hướng đối tượng

9

Giới thiệu (tt)

 Liên kết động (Dynamic binding)

Gắn kết (binding)= quá trình chọn phương thức thích hợp, dựa trên kiểu của đối tượng

Quá trình gắn kết động/ gắn kết trễ (dynamic binding /late binding): việc xác định kiểu đối tượng được trì hoãn đến lúc khai thác chương trình, chứ không phải ngay khi biên dịch

Chương 2: CSDL Hướng đối tượng

10

Giới thiệu (tt)

 Đối tượng phức (complex object)

Là đối tượng gồm các đối tượng con, hoặc các thành tố khác

Đối tượng được chứa sẽ được kiểm soát theo 2 cách:

 Được bao gói bên trong đối tượng phức, là một

thành phần của đối tượng phức, chỉ được truy cập thông qua phương thức của đối tượng phức

 Họăc, tồn tại độ clập ngoài đối tượng phức, và

chỉ có OID của nó được đặt trong đối tượng phức

Chương 2: CSDL Hướng đối tượng

3 Tính bao gói 7 DML phải đầy đủ về tính toán

4 Kiểu và lớp 8 Tập các kiểu dữ liệu phải mở rộng

được

Các đặc tính thuộc hướng đối tượng

Giới thiệu (tt)

9 Có tính bền vững dữ liệu 12 Phải phục hồi được từ

các sự cố phần cứng và phần mềm

10 Phải kiểm soát được

Các đặc tính thuộc hướng đối tượng

13

Ví dụ mô hình đối tƣợng

SVien

Ten Lop Nganh

LapTKB() InBangDiem()

Diem

DiemTH DiemLT DiemPrj SuaDiem()

HPhan

Ten SLuong 0 *

void set_makh(char * bmakh);

void set_tenkh(char * btenkh);

};

Chương 2: CSDL Hướng đối tượng

II Mô hình dữ liệu

Complex Object

Model

Object-Oriented Databases

 Quan hệ (relational): 1980 - nay

 Hướng đối tượng (object-oriented): 1990 - nay

 Đối tượng - quan hệ (object-relational): 1990 -

 Nhu nhu cầu giảm chi phí, bài toán ngày một phức tạp

và các chức năng hướng tới một mục tiêu là vượt lên trong môi trường cạnh tranh gay gắt ngày nay

 Từ quan điểm của công nghệ, xuất hiện áp lực thúc đẩy

việc áp dụng các công nghệ hướng đối tượng, nguyên tắc và phương pháp tiếp cận trong suốt chu trình phát triển phần mềm

 Mục tiêu là cung cấp một dòng mới của cơ sở dữ liệu,

được thiết kế và tối ưu hóa để lưu trữ và thao tác trên các đối tượng

Tại sao phải xây dựng mô hình đối tượng

1 Khái niệm

Thông tin được biểu diễn thành các đối tượng giống như các đối tượng trong lập trình hướng đối tượng

Dữ liệu thuộc tính mô tả các đặc trưng của các thực thể (đối tượng)

Các phương thức mô tả hành vi ứng xử của đối tượng

Mối quan hệ giữa các lớp với nhau

Thuộc tính khoá có thể được sử dụng để xác định các bộ dữ liệu ở những bảng khác được gọi là khoá

ngoại (foreign key)

III Cơ sở dữ liệu đối tượng

Mục đích của CSDLHĐT là để quản trị hiệu quả những kiểu dữ liệu phức hợp như âm thanh,

khắc phục những hạn chế của CSDL quan hệ

CSDL đối tƣợng (tt)

2 Kiến trúc của CSDL đối tượng

CSDL đối tượng được tối ưu hóa cho truy cập điều hướng và điều phối các đối tượng giữa các máy chủ cơ sở

dữ liệu Server và Client

Client-server architecture of an ODBMS

Một chương trình (đối tượng) có thể trao đổi với các đối tượng khác (phần mềm khác) bằng cách gửi

và nhận thông điệp (message) Các phương thức được cung cấp bởi các đối tượng sẽ xác định một tập thông điệp cần trao đổi với nhau ĐT 1

ĐT 2

ĐT 3

CSDL đối tƣợng (3 tt)

b Kế thừa (Inheritance) và sử dụng lại (Reuse)

Những lớp mới có thể mở rộng, kế thừa những lớp khác có sẵn (super-class) Ngoài những thuộc tính, phương thức được kế thừa, ta có thể bổ sung thêm những thuộc tính, phương thức mới để mô tả đúng những lớp các đối tượng của bài toán ứng dụng

Quan hệ kế thừa là quan hệ kiểu “thành viên” (”is-a“), nghĩa là một đối tượng của lớp con cũng là đối tượng của lớp cha và ngược lại đối tượng của lớp cha đại diện cho mội đối tượng của lớp con

Quan hệ kế thừa tuân theo qui luật 100%, nghĩa là các đối tượng của lớp con đều có tất cả các mối quan hệ giống như đối tượng của lớp cha đối với các lớp khác

CSDL đối tƣợng (3 tt)

Có 2 loại kế thừa cơ bản:

Kế thừa đơn (Single Inheritance)

CSDL đối tƣợng (3 tt)

c Đa trị ( Polymorphism )

Đa trị hay tương ứng bội là khái niệm rất mạnh của toán học: một thông điệp (lời gọi hàm) có nhiều nội dung thực hiện khác nhau, mỗi đối tượng nhận được sẽ thực hiện theo ngữ cảnh riêng

Khái niệm này liên quan chặt chẽ với khái niệm kế thừa đã nêu Các phương thức của các lớp dẫn xuất (lớp

kế thừa) có thể định nghĩa lại (viết đè – Overriding) những phương thức của lớp cha

Trong một lớp, có thể có những phương thức cùng tên (name) nhưng cho phép định nghĩa nhiều nội dung thực hiện khác nhau theo cơ chế nạp chồng (Overloading)

Để thực hiện được những khái niệm trên thì ngôn ngữ lập trình phải hỗ trợ liên kết động

Shape

paint()

Rectangle

paint() paint(Point x)

Object-Oriented Databases (OODB) =

Object Orientation + Database Capabilities

IV Các hệ quản trị CSDLĐT

 Hệ quản trị CSDLĐT là mở rộng sử dụng ngôn ngữ

lập trình hướng đối tượng:

 Đảm bảo tính nhất quán dữ liệu (Persistent data)

 Điều khiển sự truy cập tương tranh (Concurrency

Control)

 Cho phép truy vấn kết hợp (Associative Queries)

 Khôi phục dữ liệu (Data Recovery), v.v

 Việc lựa chọn hệ quản trị dữ liệu CSDLĐT phụ

thuộc vào ba yếu tố chính:

 Nhu cầu nghiệp vụ

 Đòi hỏi hiệu năng cao

 Dữ liệu phức tạp

• Informix: Illustra (Informix-Universal Server)

V Ƣu điểm của các CSDL ĐT

ĐT có khả năng lưu trữ các kiểu phức hợp, kiểu được định nghĩa bởi NSD, các lớp và thao tác trên chúng một cách dễ

dàng

phần mềm

hiện cả những ràng buộc không cấu trúc để chương trình phải thoả mãn khi nó thực hiện trong CSDL Một CSDLHĐT

có thể dẫn về một CSDLQH được chuẩn hoá

Ƣu điểm (tt)

CSDL nhất quán và rõ ràng giúp cho lập trình ứng dụng trở nên đơn giản và nhanh hơn Những người phát triển ứng dụng có kinh nghiệm thường

sử dụng những câu lệnh rất mạnh của các hệ QT CSDL thay cho những đoạn chương trình của

NSD

độc lập có thể giảm bớt sự sao chép dữ liệu của con người và mở rộng những câu truy vấn có thể trả lời được Mô hình hướng đối tượng cung cấp cách biểu diễn thống nhất làm thuận tiện hơn cho việc tìm hiểu và tích hợp thông tin

Nhược điểm của các hệ QTCSDL HĐT

 Thiếu cơ sở lý thuyết và chuẩn hoá Các hệ CSDL QH được thiết kế và xây dựng dựa trên mô hình đại số quan hệ rất chuẩn mực, trong khi các hệ QT CSDL HĐT được cài đặt nhưng thiếu cơ sở lý thuyết hình thức Hậu quả là các sản phẩm QTCSDL HĐT rất khác nhau và gây ra nhiều trở ngại cho quá trình phát triển ứng dụng khi không muốn phụ thuộc vào các hãng sản xuất phần mềm hệ thống

 Có thể sửa đổi làm sai lệch CSDL Một số hệ QTCSDL HĐT thực hiện trong không gian của tiến trình ứng dụng, kết quả là CSDL có thể là chủ điểm dẫn đến vi phạm tính an ninh hoặc dữ liệu bị sửa đổi bởi những con trỏ, tham chiếu lạ

 Khó mở rộng logic Các sản phẩm hiện nay đều không có sự độc lập dữ liệu cần thiết và chưa có các quan sát (view) CSDL tương tự như các hệ QTCSDL QH

 Chưa hỗ trợ các siêu (meta) ứng dụng Một số hệ QTCSDL HĐT dựa vào C++ không thực hiện được liên kết động, liên kết lúc thực hiện, mà chỉ cung cấp liên kết tĩnh, liên kết lúc dịch chương trình ứng dụng Hạn chế này là do hạn chế của ngôn ngữ C++ sử dụng những khai báo về kiểu để sinh mã chương trình tối ưu trong quá trình biên dịch và sau đó huỷ bỏ các khai báo đó Ngược lại, hầu hết các CSDL QH và những hệ QTCSDL HĐT dựa vào Smallalk hỗ trợ cho cả liên kết tĩnh

và liên kết động

Nhƣợc điểm (tt)

 Khó mở rộng logic Các sản phẩm hiện nay đều không

có sự độc lập dữ liệu cần thiết và chưa có các quan sát (view) CSDL tương tự như các hệ QTCSDL QH

 Chưa hỗ trợ các siêu (meta) ứng dụng Một số hệ QTCSDL HĐT dựa vào C++ không thực hiện được liên kết động, liên kết lúc thực hiện, mà chỉ cung cấp liên kết tĩnh, liên kết lúc dịch chương trình ứng dụng Hạn chế này là do hạn chế của ngôn ngữ C++ sử dụng những khai báo về kiểu để sinh mã chương trình tối ưu trong quá trình biên dịch và sau đó huỷ bỏ các khai báo đó Ngược lại, hầu hết các CSDL QH và những hệ QTCSDL HĐT dựa vào Smallalk hỗ trợ cho

cả liên kết tĩnh và liên kết động

Hệ QTCSDL HĐT thích hợp với những ứng dụng mới:

 Những ứng dụng thiết kế công nghệ Các hệ QTCSDL HĐT rất phù hợp cho những chương trình thiết kế ứng dụng, như thiết kế với sự trợ giúp máy tính (CAD: Computer-Aided Design), chế tạo với sự trợ giúp của máy tính (CAM: Computer-Aided Manufacturing), chế tạo tích hợp với máy tính (CIM: Computer-Integrated Manufacturing), và kỹ nghệ phần mềm với sự trợ giúp của máy tính (CASE: Computer-Aided Software Engineering )

 Các ứng dụng đa phương tiện (Multimedia) như hệ Jasmine Các hệ QTCSDL HĐT rất thích hợp cho những ứng dụng đa phương tiện với những đồ hoạ, audio, video phức hợp

Ứng dụng mới (tt)

 Các cơ sở tri thức Các luật của các hệ chuyên gia rất khó lưu trữ trong các hệ CSDL QH Mỗi khi có một luật mới cần bổ sung thì phải kiểm tra toàn bộ

cơ sở luật xem tính phi mâu thuẫn và dư thừa của

hệ thống có bị vi phạm hay không Hệ QTCSDL HĐT có thể hỗ trợ để thực hiện công việc trên ở mức thấp

nhập cần thiết vào các dịch vụ mức thấp

hợp để tạo ra những phần mềm nhúng vào các thiết bị điện, các thiết bị điều khiển, v.v

VI Chuyển đổi từ mô hình đối tƣợng sang mô

hình quan hệ

Có một số cách thức thực hiện:

Một trong các cách sử dụng phổ biến là là định nghĩa một bảng cho mỗi lớp, trong đó mỗi cột trong bảng đại diện cho một thuộc tính của lớp (đơn trị, hoặc đa trị)

Employee_Table

Chuyển đổi… (tt)

 Tất cả các thuộc tính của Employee được lưu trong

bảng Employee

 Những thuộc tính trên cùng với các thuộc tính bổ

sung của HourlyEmployee sẽ được copy để lưu bảng HourlyEmployee

 Tương tự đối với bảng SalariedEmployee

Chuyển đổi… (tt)

Nhận xét :

 Việc chuyển mô hình đối tượng về quan hệ khi có

kế thừa sẽ phải copy các thuộc tính của lớp cha sang lưu vào lớp con nên không bảo đảm được các dạng chuẩn dữ liệu

 Một khi các sơ đồ cần thiết đã được định nghĩa mã

chuyển đổi từ đối tượng sang quan hệ được ghi

Mã này là cần thiết để có một đối tượng, khi nó được tạo ra và xử lý trong các ngôn ngữ lập trình

và loại bỏ cấu trúc (deconstruct) để biểu diễn chúng theo yêu cầu của cơ sở dữ liệu

Chuyển đổi… (tt)

 Ngoài ra, khi cần tìm các đối tượng

HourlyEmployee trong CSDL thì phải kết nối các bảng HourlyEmployee và Employee Như vậy sẽ tốn kém thời gian

 Vấn đề quan trọng nữa là khi cập nhật thông tin,

vì có nhiều mối quan hệ giữa các bảng thực thể nên độ phức tạp sẽ càng tăng

Chuyển đổi … (tt)

Mỗi tập thực thể của mô hình ER chuyển đổi thành một lớp đối tượng có cùng tên và cùng tập thuộc tính Các thuộc tính đa trị và phức hợp của mô hình ER được chuyển thành các thuộc tính đa trị (sử

dụng từ khoá set) và phức hợp (sử dụng từ khoá

tuple) của mô hình hướng đối tượng

Việc xác định các phương thức cho mỗi lớp đối tượng được thực hiện sau đó bởi người thiết kế hệ thống CSDL

Quy tắc 1 (Quy tắc chuyển đổi mối quan hệ is-a)

Nếu tập thực thể A là có mối quan hệ is-a với tập thực thể B thỡ lớp A sẽ kế thừa tất cả các thuộc tính trong lớp B (tức: lớp A là lớp con của lớp B)

luong tuoi

Các quy tắc

Quy tắc 2 (Quy tắc chuyển đổi mối quan hệ nhị nguyên không có thuộc tính)

Nếu 2 tập thực thể A và B có mối quan hệ R thì mỗi lớp tương ứng A và B sẽ được bổ sung thêm thuộc tính mối quan hệ R (khai báo thuộc tính đa trị/đơn trị là tuỳ thuộc vào bản số liên quan) Cụ thể:

Xét hai trường hợp sau:

* Trường hợp 1: Nếu chỉ số cực đại của cung nối A và R là 1, thì

thuộc tính R trong lớp A sẽ được khai báo:

<Tên thuộc tính R>: <Lớp B>;

* Trường hợp 2: Nếu chỉ số cực đại của cung nối A và R là n, thì,

thuộc tính R trong lớp A sẽ được khai báo:

<Tên thuộc tính R>: set(<Lớp B>);

Các quy tắc

Mô hình quan hệ

TRUONGKHOA(id_tk, hoten, tuoi)

KHOA(id_k, tenkhoa, sodienthoai,

Ví dụ: (Mối quan hệ 1-nhiều)

Tenkhoa: String;

Sodienthoai: String;

Thuoc: set(GIAOVIEN); End KHOA

Mô hình quan hệ

GIAOVIEN(id_gv, hoten, tuoi, id_k)

KHOA(id_k, tenkhoa, sodienthoai)

Ví dụ: (Mối quan hệ nhiều-nhiều)

Mô hình hướng đối tượng

Mô hình ER

Mô hình quan hệ

GIAOVIEN(id_gv, hoten, tuoi)

MON(id_m, tenmon, sotiet)

Nếu mối quan hệ R của hai tập thực thể A1 và A2 có kèm các thuộc tính, khi đó, ngoài 2 lớp A1 và A2 tương ứng, ta cần bổ sung thêm một lớp mới C đóng vai trò trung gian Cụ thể:

Lớp C bao gồm các thuộc tính sau:

Các thuộc tính của mối quan hệ R

Hai thuộc tính có khai báo: