Bases de Datos Avanzadas

Transcripción

1 Tema III: Bases de datos orientadas a objetos () Facultad de Informática Semestre: 9º Curso: Profesor: Matilde Celma Giménez Objetivos: - estudiar los fundamentos de los sistemas de bases de datos orientadas a objetos. Programa: 4. Bases de datos orientadas a objetos: motivación, aplicaciones. 4. Sistemas de gestión de objetos. 4. Conceptos del modelo orientado a objetos 4.4 Estándares 4.4. SGBD Orientados a Objetos: el estándar ODMG SGBD Objeto-relacionales: el estándar SQL 4.5 Construcción de SGBD orientados a objetos.

2 Bibliografía: Sistemas de Bases de Datos Orientados a Objetos. Khoshafian, S. Object-oriented databases. Jhon Wiley & Sons, 99 Cattell, R.G. Object data management. Addison Wesley, 994 Cattel, R.G Object database standard: ODMG.0., Morgan Kaufman, 997 Elmasri; Navathe Sistemas de Bases de Datos, Cap., Addisson Wesley, 997 Connolly, T.; Begg, C.; Strachan, A. Database Systems, Cap.,,, Addisson Wesley, 998 Atzeni, P.; Ceri, S.; Paraboschi, S. Database Systems. Concepts, Languages and Architectures, Cap., Mc Graw Hill, 999. Sistemas de Bases de Datos Objeto-Relacionales. Stonebraker, M. Object-relational DBMSs. The next great wave, 997 Date, C.J., Darwen, H., Foundations of Object-relational databases, 998 Gulutzan, P. Trudy, P., SQL-99 Complete Really, Bases de datos orientadas a objetos: motivación, aplicaciones. Motivación: el modelo relacional de datos no es capaz de satisfacer las necesidades planteadas por las nuevas aplicaciones de bases de datos: objetos complejos, relaciones complejas,...

3 5 Nuevas aplicaciones de bases de datos: Nuevas aplicaciones en bases de datos Nuevos requisitos CAD/CAM (Diseño asistido/producción asistida) CASE (Ingeniería de software asistida) Sistema Multimedia Sistemas Expertos Sistemas de información geográfica objetos complejos - campos de longitud variable - operadores específicos - relaciones complejas (parte_de, es_un; versión_de,...) - transacciones largas de baja frecuencia 6 DATOS TRANSACCIONES V olum en Estructura Frecuencia Com plejidad A p licacion es relacionales A p licacion es orientadas a objetos grande sencilla alta cortas/sencillas pequeño compleja baja largas/complejas

4 Limitaciones del modelo relacional: 7 estructuras de datos (relación) con atributos simple sobre dominios escalares. identificación de las entidades por contenido (valor de sus atributos) referencia a otras entidades por el valor de su identificador (manipulación de las relaciones entre entidades explícitamente por el usuario) ausencia de primitivas para representar entidades complejas (agregación) ausencia de primitivas para representar jerarquías de entidades (generalización/especialización) lenguajes de manipulación (SQL9) computacionalmente incompletos operadores predefinidos y genéricos (INSERT, DELETE, UPDATE) limitaciones en la definición de información implícita: vistas recursivas limitaciones en la definición de comportamiento activo: disparadores (triggers) 8 atributos simples sobre dominios escalares. identificación de las entidades por contenido manipulación de las relaciones explícitamente Bases de datos orientadas a objetos ausencia de primitivas para representar entidades complejas (agregación) ausencia de primitivas para representar jerarquías de entidades (generalización) lenguajes de manipulación (SQL9) computacionalmente incompletos operadores predefinidos y genéricos (INSERT, DELETE, UPDATE) Bases de datos deductivas limitaciones en la definición de información implícita: vistas recursivas limitaciones en la definición de comportamiento activo: disparadores Bases de datos activas

5 9. Sistemas de gestión de objetos Extensiones del modelo relacional Extensiones de los modelos semánticos Lenguajes de programación orientados a objetos Sistemas de gestión de objetos Qué es un sistema de gestión de bases de datos orientadas a objetos? 0 Abstracción de datos Herencia en jerarquía de objetos Identidad de objetos Principios de la orientación a objetos Persistencia de los datos Acceso concurrente Gestión de transacciones Facilidades de interrogación Integridad / Seguridad Recuperación / Reconstrucción Optimización / Eficiencia Funcionalidad de los SGBD Expresividad Funcionalidad Sistema de gestión de bases de datos orientadas a objetos

6 . Conceptos del modelo orientado a objetos Objetivo: mantener una correspondencia directa entre los objetos del mundo real y su representación en la base de datos - no existe un modelo orientado a objetos (MOO) estándar - de los modelos subyacentes a los SGBDOO existentes se pueden abstraer unas características comunes a) Identidad de objetos b) Abstracción de datos c) Herencia en jerarquía de objetos Ejemplo: teléfono (,) (,) DEPARTAMENTOn (0,) pertenece director adscrita fe cha (9, ) (0,) docencia (0, ) dirección teléfono PROFESOR (0, ) (0, ) categoría créditos ASIGNATURA cré-prá cré-teo

7 a) Identidad de objetos: Modelo Relacional de Datos estructura de datos relación - los objetos del mundo real se representan como tuplas de relaciones - las tuplas se identifican por contenido: por el valor de los atributos que constituyen la clave primaria de la relación si cambia el valor de la clave de una tupla entonces cambia la identidad del objeto representado las referencias al objeto desde otros objetos de la base de datos (claves ajenas) no son válidas y deben ser actualizadas 4 Profesor dirección teléfono categoría dpto Dpto-tlfno dpto tlfno Docencia codp-rof cod_asg créditos Departamento director Asignatura cre_teo cre-prac dpto Esquema relacional

8 5 Profesor dpto MCG Matilde Celma. DSIC JCR Juan Carlos Casamayor DSIC.. Departamento.. DSIC Sistemas Informáticos. DISCA Ingeniería de Sistemas..... si cambia el del departamento de Sistemas Informáticos (DSIC) las referencias a él desde las tuplas de Profesor no tienen sentido y deben ser actualizadas Modelo Orientado a objetos 6 el SGBDOO proporciona una identidad única a cada objeto de la base de datos en el momento de su creación OID (object identifier) generado por el sistema no visible para el usuario inmutable -no depende de valores de atributos del objeto -no depende de la dirección física del objeto el SGBDOO lo utiliza internamente para identificar univocamente cada objeto en la creación y manejo de relaciones (referencias) entre objetos

9 7 Clase Profesor. dpto. tira(4) tira(0) Departamento Clase Departamento tira(0). el valor del atributo dpto de un objeto de tipo Profesor será el OID del objeto de tipo Departamento que representa el departamento del profesor b) Abstracción de datos 8 integrar toda la información del objeto (objetos de estructura compleja) separar la especificación de las propiedades de su implementación Modelo Relacional de Datos estructura de datos relación - los objetos del mundo real se representan como tuplas de relaciones - los dominios de los atributos de las relaciones deben ser escalares - la información del objeto está dispersa en varias relaciones - el valor de un objeto (valor de sus atributos) debe ser reconstruido por el usuario manejando las referencias (claves ajenas) entre las relaciones de la base de datos durante la consulta de ésta: operaciones de JOIN

10 Profesor dirección teléfono categoría dpto Dpto-tlfno dpto Docencia codp-rof cod_asg créditos Departamento director Asignatura cre_teo cre-prac dpto 9 tlfno SELECT P., P., P. dirección, P.teléfono, P.categoría, D., A., Doc.créditos FROM Profesor P, Departamento D, Docencia Doc, Asignatura A WHERE P.=Doc.cod_prof AND A.=Doc.cod_asg AND D.codigo=P.dpto Modelo Orientado a Objetos - los objetos pueden ser representados por estructuras de cualquier complejidad definidas por medio de constructores de tipos 0 constructores de tipos: - conjunto -lista - vector -tupla -bolsa valores de los tipos estructurados: {v, v, v,.. v n } <v, v, v,.. v n > [v, v, v,.. v n ] [a : v, a : v,.. a n :v n ] (v, v, v,.. v n ) tipos básicos: -entero - real - tira de caracteres -lógico -fecha el valor de un objeto se puede construir a partir de otros objetos y/o de valores atómicos de tipos básicos mediante los constructores de tipo

11 Esquema de la base de datos: definición de tipos (clases) de objetos Clase Departamento tira(0) director TUPLA (Prof: Profesor, fecha: fecha)* teléfono CONJUNTO (tira(0)) prof LISTA (Profesor) asg LISTA (Asignatura) definición de la estructura del tipo de objeto Departamento (OID, valor) valor de un objeto de tipo Departamento ( i, [: DSIC, : Sistemas Informáticos, director: [Prof: i, fecha: --96 ], teléfono: { , }, prof: <i, i, i4>, asg: <i5, i6, i> ] ) Clase Profesor tira(0) dirección tira(40) teléfono tira(0) categoría tira() director TUPLA (Dpto: Departamento, fecha: fecha)* dpto Departamento docencia LISTA (TUPLA (Asg: Asignatura, créditos: entero)) Clase Asignatura tira(0) cre-teo entero cre-prac entero dpto Departamento docencia LISTA (TUPLA (Prof: Profesor, créditos: entero))* * las relaciones binarias con atributos propios serán reconsideradas posteriormente

12 Relaciones entre objetos: - las relaciones binarias entre objetos (pertenece, director, adscrita y docencia) se representan por medio de un atributo en cada uno de los objetos relacionados; los valores de estos atributos son los identificadores (OID) de los objetos relacionados: pertenece: prof en Departamento, dpto en Profesor director: director en Departamento, director en Profesor adscrita: asg en Departamento, dpto en Asignatura docencia: docencia en Asignatura, docencia en Profesor - para poder mantener la integridad de la base de datos el sistema debe conocer como se representa una misma relación en cada uno de los objetos relacionados: referencias inversas Relación adscrita entre Departamento y Asignatura: Clase Departamento tira(0) director TUPLA (Prof: Profesor, fecha: fecha)* teléfono CONJUNTO (tira(0)) prof LISTA (Profesor) asg LISTA (Asignatura) Asignatura.dpto 4 una actualización en asg en Departamento (resp. dpto en Asignatura) significará la actualización automática de dpto en Asignatura (resp. asg en Departamento) referencias inversas Clase Asignatura tira(0) cre-teo entero cre-prac entero dpto Departamento Departamento.asg docencia LISTA (TUPLA (Prof: Asignatura, créditos: entero))*

13 Cómo representar las relaciones ternarias? 5 Ejemplo: incluyamos en el esquema información sobre los grupos en los que los profesores imparten docencia dirección teléfono PROFESOR (0, ) categoría docencia (0, ) (0, ) ASIGNATURA cré-prá cré-teo GRUPO lugar Clase Profesor.. docencia LISTA (TUPLA (Asg: Asignatura, grupo: grupo) Asignatura.docencia Grupo.docencia Clase Asignatura.. docencia LISTA (TUPLA (Prof: Profesor, grupo: grupo) Profesor.docencia Asignatura.docencia Clase Grupo.. docencia LISTA (TUPLA (Prof: Profesor, Asg: Asignatura) Profesor.docencia Asignatura.docencia la correspondencia se establece por de atributo!! solución 6

14 Clase Profesor tira(0).. docencia LISTA (Docencia) Docencia.prof para representar las relaciones ternarias entre objetos se define un nuevo tipo de objeto que representa la relación 7 Clase Asignatura tira(0)... docencia LISTA (Docencia) Docencia. asg Clase Grupo lugar tira(5) docencia LISTA (Docencia) Docencia. grupo Clase Docencia prof Profesor Profesor.docencia asg Asigantura Asignatura.docencia grupo Grupo Grupo.docencia solución Representación de las referencias inversas en el caso de las relaciones binarias (con atributos propios): director, docencia del esquema original 8 Clase Profesor tira(0).. director Dirección Dirección.prof Clase Dirección prof Profesor Profesor.director dpto Departamento Departamento.director fecha fecha Clase Departamento tira(0)... director Dirección Dirección.dpto

15 Clase Profesor tira(0).. docencia LISTA (Docencia) Docencia.prof Clase Docencia prof Profesor Profesor.docencia asg Asigantura Asignatura.docencia créditos entero 9 Clase Asignatura tira(0)... docencia LISTA (Docencia) Docencia.asg b) Abstracción de datos 0 Modelo Relacional de Datos estructura de datos relación los objetos del mundo real se representan como tuplas de relaciones la estructura de los objetos es visible para el usuario las relaciones se manipulan con un conjunto de operadores genéricos: INSERT, DELETE, UPDATE, SELECT las restricciones de integridad se definen en el esquema de la base de datos, siendo responsabilidad del SGBD su comprobación si se cambia la estructura deben cambiarse los programas de acceso

16 Modelo Orientado a Objetos ocultamiento de la estructura del objeto manipulación del objeto a través de operadores específicos definidos para el tipo de objeto Encapsulamiento del objeto definir un tipo de objeto por medio de los operadores (consultores, constructores) que se pueden aplicar sobre los objetos del tipo definición de un tipo de objeto definición de un TAD Interfaz del objeto Signatura de los operadores:, tipo y argumentos Implementación del objeto Estructura interna del objeto: definida con los constructores de tipo Implementación de los operadores (métodos) : en función de la estructura del objeto

17 encapsulamiento total del objeto todos los atributos deben ser ocultos y las propiedades del objeto sólo se pueden consultar a través de sus operadores excesivamente rígido y tedioso encapsulamiento parcial del objeto atributos públicos: de estructura visible para el usuario y manipulables con los operadores genéricos del lenguaje de interrogación atributos privados: de estructura oculta para el usuario y manipulables con operadores específicos definidos para el tipo de objeto La definición de operadores específicos para un tipo de objeto permite: 4 definir los operadores de manipulación de los atributos ocultos : los atributos de un objeto cuya actualización está condicionada por el cumplimiento de ciertas restricciones de integridad deben ser definidos como privados* definir atributos derivados (atributos no almacenados): los operadores permitirán consultar el valor del dato derivado, aplicando la ley de derivación definir operaciones de creación y eliminación de objetos comprobando las restricciones de integridad correspondientes * Algunos sistemas permiten definir estos atributos como públicos pero no actualizables con los operadores genéricos del lenguaje, definiéndose para ellos operadores específicos de actualización

18 Ejemplo: Si la docencia de un profesor estuviese sometida a alguna restricción de integridad, como la limitación de carga lectiva según la categoría del profesor, entonces, los atributos de Docencia podrían definirse como ocultos de forma que el usuario solo pudiese crear nuevas ocurrencias de Docencia o actualizar las existentes a través de los operadores definidos, operadores cuya implementación comprobaría las restricciones de integridad. 5 Clase Docencia Atributos públicos: Atributos privados: prof Profesor Profesor.docencia asg Asigantura Asignatura.docencia créditos entero Operadores: crear_docencia (prof: Profesor, asg: Asignatura, créditos: entero): Docencia... la implementación de este operador (definida en algún lenguaje de programación) comprobará las restricciones de integridad c) Herencia en jerarquía de objetos 6 definición de un nuevo tipo de objeto (subtipo) a partir de otro tipo ya definido (supertipo) - el subtipo hereda todas las propiedades (atributos y operadores) del supertipo y su implementación - el subtipo puede tener atributos y operadores propios - en el subtipo se puede cambiar la implementación de alguna de las propiedades heredadas (polimorfismo)

19 7 Herencia múltiple un tipo de objeto se define como subtipo de varios tipos de objetos ambigüedad: se produce cuando los supertipos tienen atributos u operadores del mismo pero con distinto significado. La ambigüedad se resuelve: dejando elegir al usuario en el momento de la creación del subtipo qué se debe heredar cambiar en uno de los supertipos el de la propiedad (atributo u operador) que crea la ambigüedad usar algún criterio por defecto del sistema Herencia selectiva un subtipo hereda sólo algunas de las propiedades del supertipo