SGBD orientados a objetos

1. SGBD orientados a objetos Basado en el curso del Dr. Jose Luis Zechinelli Martini, UDLAP.

2. SGBD relacionales (SGBDR) • Más de 20 años de usar SGBD relacionales en la industria: prototipos (75) y productos (80). • Modelo simple (tablas), programas y datos separados. • Bases teóricas sólidas: • Relaciones n-arias R Í D1 ´ D2 ´ ... ´ Dn. • Soporte matemático: álgebra y calculo relacional. • Dependencias funcionales (semántica de la relación). • Tecnología madura: • Optimización de consultas, • Indexación, • Administración de la concurrencia y de transacciones (ACID).

3. SGBDR (2) • Seguridad en el funcionamiento: recuperación. • Acceso transparente a los datos: persistencia sistemática. • Lenguaje SQL: • Lenguaje declarativo (especificar el qué y no el cómo). • Estándares: SEQUEL (76), ANSI SQL (86), SQL1 (89), SQL2 (92), SQL3. • Herramientas para el desarrollo de aplicaciones: SQL / REPORT, SQL /FORMS. • SGBD relacionales distribuidos (SQL server).

4. Debilidades de los SGBDR • Semántica pobre (modelo plano): • Tipos de datos: alfanuméricos y restricciones de integridad. • Datos sin operaciones: procedimientos no almacenados. • Ausencia de extensibilidad: • No hay tipos del usuario (tipos complejos). • Funciones del SGBD (caja negra cerrada). • Lenguaje de manipulación de datos “incompleto”: • SQL es un lenguaje de consulta. • SQL no es un lenguaje de programación. • Problemas de impedancia entre LMD y los lenguajes de programación: • Declarativo vs. procedural. • Conjuntos vs. elementos (conversiones).

5. Lenguajes de programación (LP) • Datos y programas integrados: unidad de trabajo write (no hay manejo de transacciones). • Un solo nivel de abstracción vs. Niveles interno y externo (Arquitectura ANSI / SPARC). • Lenguaje completo desde el punto de vista de la máquina de Turing.

6. LP (2) • Lenguajes expresivos: modularidad, herencia, tipos, etc. • Administración de la memoria central: optimización de código, administración de la memoria cache, garbage collector, etc. • Persistencia de la memoria (variables) en bloques y acceso a estos bloques por escritura y lectura explicita.

7. LP vs. LMD • Inconvenientes: • Dos lenguajes a aprender. • Dos estilos de programación. • Conversiones de datos entre la base y el espacio de trabajo del programa. • Escoger entre las operaciones del SGBD y las del programa. • Comunicaciones frecuentes entre los procesos cliente y servidor. • Solución: SGBD OO (objetos del disco a la pantalla). • Datos + comportamiento. • Lenguaje de consultas: OQL.

8. Bases de datos OO • Conceptos OO aplicadas sobre las bases de datos. • No hay teoría o apoyo matemático (salvo la teoría del LP). • Orígenes: • IA (modelos centrados en objetos: frame, facets). • LP OO: Smalltalk, Modula, ADA, LISP+, C++, EIFFFEL, etc. • BD (objeto, entidad) y modelos semánticos (relaciones de herencia, generalización, composición, etc.).

9. Reglas de base: Persistencia. Manejo de disco. Fiabilidad, seguridad. Compartir datos. Consulta ad-hoc. Reglas SGBD OO: Objetos complejos (ID). Tipos o clases. Encapsulación. Herencia. Sobre carga y ligado dinámico. SGBD completo y extensible. Reglas de oro

10. Acoplamiento de LP y SGBD • Punto de vista LP: • Lenguajes de programación persistentes o BD. • Sistemas: Galileo, PS-Algol, Adaplex, Napier88, Pjama, etc. • Punto de vista BD: • Lenguaje de programación OO + BD. • Sistemas: Gemstone, ORION, Itasca, O2, Versant, Poet, Jasmine, etc.

11. Extensión del modelo relacional • SGBD relacionales extendidos: • Principios del relacional + valores complejos. • Sistemas: VERSO, ORACLE, ILLUSTRA, UniSQL, etc. • SGBD deductivos: • Principios del relacional + lógica de primer orden. • Sistemas: RDL, LDL, NAIL, etc. • SGBD extensibles: • Principios del relacional + administración de módulos. • Sistemas: Exodus, Genesis, etc.

12. Plan • Introducción • Modelos • Modelo de datos (estructura, parte estática) • Modelo de comportamiento (operaciones, parte dinámica) • Modelo de nombres (puntos de entrada en la BD) • Modelo de persistencia (datos persistentes o no) • Programación de aplicaciones

13. Object Database Management Group (ODMG) (1) • Grupo de desarrollo de SGBD orientados a objetos • Ligado (más o menos) a la OMG (Object Management Group) • Creado a mediados de 1991 para definir los estándares de las BD orientadas a objetos • Aparición de “The ODMG-93 Standard” • Revisiones ODMG 95, 97, 99 (ODMG 3.0 + Java)

14. Object Database Management Group (ODMG) (2) • Object Design, Sun Microsystems, ONTOS, O2, Technology / Ardent Soft., Objectivity, Versant, Gemstone, Computer Associates, ObjectStore, InterSystems CACHE, etc. • Asegurar una portabilidad sobre los diferentes productos de estas compañías • Normalizar el modelo de datos a objetos y los lenguajes

15. ODMG-93, 95, 97 (v 2.0), 99 (v 3.0) • Object Model • Object Data Definition Language (ODL) • Object Manipulation Language (OML) • Object Query Language (OQL) • Interfaces con C++, Smalltalk, Java

16. Modelo de datos • Objetos complejos: atómico, tuple, bags, sets, lists, ... • Asociaciones entre objetos (1:1, 1:N, N:M) • Identificador de objeto: independencia del valor, referencia, compartir • Clase / tipo: caracterizar los objetos de la misma naturaleza • Herencia: especialización – relación “is a” (“es un”), orden parcial sobre los tipos / clases • Independencia lógica, física

17. Objeto • Encapsulación: métodos r_name, w_name, etc. • Valor es privado y puede ser complejo: tuple, set, list • Identificador único: p1, v1, v2, v3 • Métodos = interfaz del objeto • Les objetos reciben mensajes y ejecutan operaciones

18. Ejemplo de un valor complejo struct ( name: "Dupont", first_names: set<"Jean", "Jules", "Gaston">, birth_date: 490711, address: struct ( number:13, street: "chemin de la Vigne", zip_code: 38240, town: "Vienne“ ) ) struct ( name: string, first_names: set<string>, birth_date: integer, address: struct ( number:integer, street: string, zip_code: integer, town: string ) )

19. struct set list atom Objetos y valores • Objeto con un valor complejo • Identificador de objeto

20. Identificador de objeto • Referencia única: cada objeto tiene un identificador único para toda su vida: • El identificador es independiente del valor. • Permite compartir los objetos. • El identificador es un valor que permite identificar los objetos y crear grafos de composición (permitiendo ciclos). • Identidad e igualdad son dos conceptos diferentes.

21. Un objeto que representa a Francia: (p1, struct( name: “France”, capital: v1, towns: set<v1, v2, v3>) (v1, struct( name: "Paris", town_state: p1, population: 9000000)) (v2, struct( name: "Lyon", town_state: p1, population: 1260000)) (v3, struct( name: "Grenoble", town_state: p1, population: 400000)) Objetos

22. Grafo de composición de objetos

23. Clase • Objeto es una instancia de una clase • Valor es una instancia de un tipo • Métodos de clase

24. Tipo • Tipos atómicos: • integer ( 1, 36, -267 ) • real ( 3.14159, -6.4E12 ) • char (‘A’) • string ( “buenos días“ ) • boolean (true) y (false) • bits (0, 1) • nil • Constructores: struct, list, set, unique set • Tipos predefinidos: date, time, interval, timestamp

25. Country Town Grafo de composición de clases class Country struct( name: string, capital: Town, towns: set<Town> ) … end; class Town struct( name: string, town_state: Country, population: integer ) … end;

26. ODMG: Object Model (1) • OBJECT: caracterizado por un tipo (INTERFACE) que le asocia un estado y un comportamiento. Un objeto es una instancia de una clase. • Estado: definido por un conjunto de valores que el objeto lleva en sus propiedades (atributos, y / o varios otros objetos). Los valores de las propiedades pueden cambiar a lo largo del tiempo. • Comportamiento: definido por un conjunto de operaciones ejecutables sobre el objeto. • Bases de datos: interfaces y clases definidas en ODL y objetos.

27. ODMG: Object Model (2) • Un tipo tiene una especificación externa (propiedades, operaciones, excepciones) y una o varias implantaciones (aspectos internos). • INTERFACE: especificación abstracta del comportamiento. • CLASE: especificación abstracta del comportamiento y del estado. INTERFACE CLASS Literal Operaciones Estado (Propiedades)

28. ODMG: Objeto • Un objeto tiene un identificador único (en una base) • Atomic_object definido por el usuario • Collection_object de tipo: set<t>, bag<t>, list<t>, array<t>, dictionary<t> t puede ser un tipo de objeto o de literal • Structured_object • Date, Interval, Time, TimeStamp

29. ODMG: Literal Una Literal (valor) no tiene identificador. No es en general referenciable y está incluida en un objeto. • Atomic_literal: long, float, boolean, char, string, short, octet, etc. • Collection_literal: set<t>, bag<t>, list<t>, array<t>, dictionary<t> • Structured_literal: date, interval, time, timestamp • Structure: struct Address { unsigned short num; string street; string city }

30. Tipo Literal Atomic_literal long, short float char string boolean enum<> Collection_literal set <> bag <> list <> array <> dictionary <> Structured_literal date time timestamp interval structure <> Tipo Objeto Atomic_object Collection_object Set <> Bag <> List <> Array <> Dictionary <> Structured_object Date Time Timestamp Interval Nota: Atención con date, Date ODMG: Jerarquía de tipos

31. ODMG: Interfaz interface Student-IF { attribute string name; attribute string student_id; attribute Address address; relationship Set<Section> takes inverse Section::is_taken_by; boolean register_for_course(in unsigned short course, in unsigned short Section) raises (unsatisfied_prerequisites, section_full, course_full) } Student-IF define por una interfaz que especifica: - los atributos (abstractos) - las relaciones (o ligas) con otros tipos de objetos - las operaciones

32. ODMG: Atributo • Toma por valor una literal • Un atributo tiene un nombre y un tipo (de valores) asociados • No forzosamente almacenado Ejemplo: atributo short edad en una interfaz significa que puede ser almacenado o calculado ... instrumentado como método • No hay referencia a través de los atributos

33. teaches Professor Section is_taught_by ODMG: Asociaciones • Un objeto puede ser ligados con otros objetos a través de relaciones • Relaciones binarias y bi-direccionales 1-1, 1-N, N-M • Relación: par de encabezados con nombres de tipos y funciones de acceso en los dos sentidos • teaches en Professor y is_taught_by en Section funciones inversas una de otra • El sistema administra la integridad referencial

34. ODMG: Clase (1) Class Professor { attribute string name; attribute integer faculty_id; attribute Salary annual_salary; attribute enum Rank{full, associate,assistant} rank; relationship Set<Section> teaches inverse Section::is_taught_by; ... } Estructuras de datos para la representación de las instancias. Métodos que operan sobre estas estructures de datos.

35. ODMG: Clase (2) Class Section { attribute string number; relationship Professor is_taught_by inverse Professor::teaches; ... } struct Salary { float base; float overtime; float bonus; }

36. Ejercicio • Bases de datos de películas, estrellas, estudios ... algunos elementos. • Cada película tiene un título, un año de fabricación, un tiempo (minutos), tipo (color, blanco y negro, etc.), tiene actores, pertenece a un estudio, etc. • Cada estrella tiene un nombre, una dirección y un role en la película, ...