Obiektowość w bazach danych - koncepcje, nadzieje i fakty

K.Subieta. III KonferencjaORACLE, Folia 1

Obiektowość w bazach danych - koncepcje, nadzieje

i faktyKazimierz Subieta

Instytut Podstaw Informatyki PAN, Warszawa

Polsko-Japońska Wyższa SzkołaTechnik Komputerowych, Warszawa

III Konferencja Użytkowników I Developerów ORACLE


Plan prezentacjiGeneza i motywacje obiektowości

Podstawowe założenia obiektowości

Niektóre pojęcia obiektowści: obiekty, komunikaty, klasy

Co to jest obiektowy SZBD?

Standard ODMG 2.0

Komercyjne obiektowe SZBD

Systemy obiektowo-relacyjne

Obiektowość kontra model relacyjny

Podsumowanie


Obiektowość jako ideologiaObiektowość jest nową ideologią która wynika z zaobserwowanych wad istniejącego świata i podaje receptę jak te wady usunąć.

Wady:Wady:

Kryzys softwerowy: oprogramowanie i jego utrzymanie kosztuje zbyt dużo i jest zawodne współdziałanie pomiędzy produktami oprogramownia jest problemem

Niedopasowanie metodyk analizy i projektowania systemów informacyjnych do bazy realizacyjnej systemów (języków programowania, systemów zarządzania bazami danych)

Podwyższyć poziom abstrakcji w projektowaniu i programowaniu.Dopasować wszystkie fazy projektu do uwarunkowań technicznych i ludzkich.

Podwyższyć poziom abstrakcji w projektowaniu i programowaniu.Dopasować wszystkie fazy projektu do uwarunkowań technicznych i ludzkich.

Głównym problemem systemów stał się człowiek (analityk, projektant, programista).Technologie komputerowe powinny być bardziej zorientowane na ludzi, nie na maszyny

Głównym problemem systemów stał się człowiek (analityk, projektant, programista).Technologie komputerowe powinny być bardziej zorientowane na ludzi, nie na maszyny

Złożoność: przekleństwo ciążące na większości projektów i produktów informatyki.

Corobić?


Symptomy kryzysu oprogramowania

USA: Utrzymanie 10 mld. linii istniejących programów kosztuje 70 mld. $ rocznie. (IEEE Software Development, Aug 94, p.65)

Sprzeczność pomiędzy ogromną odpowiedzialnościa spoczywajaca na systemach komputerowych, a ich zawodnoscią wynikającą z niedoskonałości oprogramowania i technik jego tworzenia.

Długi cykl tworzenia oprogramowania, niska wydajność projektantów i programistów

Wysokie prowdopodobieństwo niepowodzenia projektu

Problem zmiany wymagań i systemów spadkowych


Filozoficzna misja obiektowości

Mentalnapercepcja światarzeczywistego

Modelpojęciowy

Schematstrukturydanych

W modelu relacyjnym model pojęciowy stara się odwzorować świat rzeczywisty, lecz jest ograniczony dostępną bazą implementacyjną. W rezultacie, schemat struktury danych gubi semantykę danych.

Uzyskanie jak najmniejszej luki pomiędzy myśleniem o rzeczywistości a myśleniem o danych i procesach które zachodzą na danych.

Model obiektowy podtrzymuje te zgodności, przybliżając semantykę danych do świata rzeczywistego.


Oczekiwania dotyczące obiektowości

Większa wydajność tworzenia oprogramowania, krótszy cykl tworzenia oprogramowania, mniejsze koszty tworzenia i utrzymywania oprogramowania.

Większa wydajność tworzenia oprogramowania, krótszy cykl tworzenia oprogramowania, mniejsze koszty tworzenia i utrzymywania oprogramowania.

Ponowne użycie (reuse) wcześniej wytworzonych komponentów oprogramowania. Może ono dotyczyć wszystkich elementów projektu i oprogramowania.Podstawowe mechanizmy: tworzenie klas wyspecjalizowanych, tworzenie agregatów.

Mechanizmy abstrakcji dostarczone projektantowi, pozwalające budować corazwiększe jednostki oprogramowania i operować tymi jednostkami bez wnikania w ichwewnętrzną struktur; oddzielenie specyfikacji od implementacji.

Jakość, niezawodność, testowalność, rozszerzalność, łatwa pielęgnacja oprogramowania, szybkie prototypowanie, współdziałanie, przenaszalność

Jakość, niezawodność, testowalność, rozszerzalność, łatwa pielęgnacja oprogramowania, szybkie prototypowanie, współdziałanie, przenaszalność

Mechanizmy kompozycji i dekompozycji: - zamykanie detali projektu lub oprogramowania w coraz większe jednostki - dekomponowanie złożonych struktur na ich fragmenty i rozpatrywanie tych fragmentów niezależnie od siebie i niezależnie od całości

Efekty:


Wyzwania technologiczne

• Wydajność wytwarzania oprogramowania

• Ponowne użycie składników projektów i oprogramowania

• Hermetyzacja składowych oprogramowania

• Automatyzacja wytwarzania oprogramowania

• Skalowalność oprogramowania (możliwość rozbudowy)

• Rynek komponentów oprogramowania


Czynniki wydajności produkcji oprogramowania

• Programowanie wizyjne sterowane zdarzeniami• Wysoki poziom abstrakcji w programowaniu• Środowisko obiektowe• Środki uniwersalne (generic) wysokiego poziomu• Współdziałanie systemów informatycznych (standardy) • Składniki oprogramowania ponownego użycia• Oprogramowanie komponentowe

Wydajność = krótki cykl tworzenia


Podstawowe założenia obiektowości

Złożone obiekty - Oprogramowanie powinno składać się z małych, zrozumiałychmodułów, zawierających struktury danych i dozwolone na nich operacje, czyli obiektów.

Hermetyzacja - Jasne rozróżnienie pomiędzy interfejsem do obiektu opisującym co obiektzawiera i co robi, a implementacją definiującą jak on jest zbudowany i jak on to robi.

Typy i klasy - Zgrupowanie obiektów o tych samych charakterystykach i traktowanie ichjako bytów tej samej klasy; sprawdzanie typologicznej poprawności użycia obiektów.

Dziedziczenie - Wielokrotne użycie tego, co wcześniej zostało zrobione: definiowanietypów, które mają wszystkie wcześniej zdefiniowane cechy plus niektóre nowe cechy.

Komunikaty - Obiekt wykonuje jedną z jego funkcji po wysłaniu do niego odpowiedniego komunikatu, który nie zależy od tego jak obiekt jest zaimplementowany.

Polimorfizm - Wybór nazwy dla operacji jest określony wyłącznie jej zewnętrznym,pojęciowym znaczeniem. Obiekt sam decyduje, którą operację wybrać, jeżeli w skierowanym do niego komunikacie została użyta ta nazwa.

Powiązania - Obiekty mogą być powiązane związkami asocjacyjnymi.


Obiekty (1)

Obiektem może być także pewien zamknięty fragment oprogramowania (dana, procedura, moduł, dokument, okienko dialogu,...), którym można operować jako zwartą bryłą (wyszukiwać, wiązać, kopiować, blokować, usuwać, indeksować, ...).

Obiektem może być także pewien zamknięty fragment oprogramowania (dana, procedura, moduł, dokument, okienko dialogu,...), którym można operować jako zwartą bryłą (wyszukiwać, wiązać, kopiować, blokować, usuwać, indeksować, ...).

Obiekt posiada swoją tożsamość, która wyróżnia go spośród innych obiektów.Tożsamość obiektu jest niezależna od wartości jakichkolwiek jego atrybutów i od jego lokacji w świecie rzeczywistym lub w przestrzeni adresowej komputera.(praktycznie: tożsamość = trwały wewnętrzny identyfikator obiektu)

Obiekt posiada swoją tożsamość, która wyróżnia go spośród innych obiektów.Tożsamość obiektu jest niezależna od wartości jakichkolwiek jego atrybutów i od jego lokacji w świecie rzeczywistym lub w przestrzeni adresowej komputera.(praktycznie: tożsamość = trwały wewnętrzny identyfikator obiektu)

Obiektem jest rzecz lub pojęcie obserwowane w świecie rzeczywistymktórego dotyczy SI. Obiekt jest odróżnialny od innych obiektów, ma dobrze określone granice i nazwę.

Obiektem jest rzecz lub pojęcie obserwowane w świecie rzeczywistymktórego dotyczy SI. Obiekt jest odróżnialny od innych obiektów, ma dobrze określone granice i nazwę.

Obiekt posiada stan, który może zmieniać się w czasie (bez zmiany tożsamości obiektu).

Obiekt posiada stan, który może zmieniać się w czasie (bez zmiany tożsamości obiektu).


Obiekty (2)

Obiekt może być złożony, tj. może składać się z mniejszych obiektów.Obiekt złożony zawiera w sobie wszelkie informacje, które składają się na jego stan

Obiekt może być złożony, tj. może składać się z mniejszych obiektów.Obiekt złożony zawiera w sobie wszelkie informacje, które składają się na jego stan

Obiekt może być powiązany z innymi obiektami związkami asocjacyjnymi.Obiekt może być powiązany z innymi obiektami związkami asocjacyjnymi.

Obiekt ma przypisane zachowanie, tj. zestaw operacji które wolno do niego stosować(implementacja operacji jest zwana metodą).

Obiekt ma przypisane zachowanie, tj. zestaw operacji które wolno do niego stosować(implementacja operacji jest zwana metodą).

Obiekt ma przypisany typ, tj. wyrażenie językowe, które ogranicza dopuszczalną budowę obiektu oraz ustala operacje, które wolno wykonać na obiekcie.

Obiekt ma przypisany typ, tj. wyrażenie językowe, które ogranicza dopuszczalną budowę obiektu oraz ustala operacje, które wolno wykonać na obiekcie.


Przykład obiektu

ObiektKONTO definiujący konto bankowe

Numer: 123-4321Stan konta: 34567 PLNWłaściciel: Jan KowalskiUpoważniony:.........

WypłaćWpłać

Sprawdźstan

UpoważnijZmień

upoważnienie

Porównajpodpis

Zlikwidujkonto

Nalicz procent


Komunikaty

Numer: 123-4321Stan konta: 34567 PLNWłaściciel: Jan KowalskiUpoważniony:....

WypłaćWpłać

Sprawdźstan

Upoważnij

Zmień upoważnienie

Porównajpodpis

Zlikwidujkonto

Nalicz procent

Wypłać 1000 PLN

OK, wypłaciłem

GrajCccco proszę...?


Klasa

2. Klasa jest miejscem przechowywania cech grupy obiektów, które są niezmienne (inwariantów). Klasa nie jest zbiorem obiektów i niekoniecznie jest definicją zbioru obiektów. Stosunek klasa/podklasa oznacza, że obiekty podklasy posiadają wszystkie inwarianty nadklasy, plus swoje inwarianty. Np. klasa Student ma wszystkie inwarianty klasy Osoba, plus niektóre własne.

2. Klasa jest miejscem przechowywania cech grupy obiektów, które są niezmienne (inwariantów). Klasa nie jest zbiorem obiektów i niekoniecznie jest definicją zbioru obiektów. Stosunek klasa/podklasa oznacza, że obiekty podklasy posiadają wszystkie inwarianty nadklasy, plus swoje inwarianty. Np. klasa Student ma wszystkie inwarianty klasy Osoba, plus niektóre własne.

Najważniejsze inwarianty to:

Nazwa, czyli językowy identyfikator obiektuTyp, czyli statyczna budowa obiektu (atrybuty)Metody, czyli operacje, które można wykonać na obiekcie

classDwa rozumienia, które nie zawsze są ze sobą zgodne:

1. Klasa jest nazwanym zbiorem obiektów o podobnych własnościach. Własności te (zestaw atrybutów, metody) są określone w definicji klasy. Stosunek klasa/podklasa oznacza zawieranie się zakresów znaczeniowych. Np. zbiór obiektów Student zawiera się w zbiorze obiektów Osoba.

1. Klasa jest nazwanym zbiorem obiektów o podobnych własnościach. Własności te (zestaw atrybutów, metody) są określone w definicji klasy. Stosunek klasa/podklasa oznacza zawieranie się zakresów znaczeniowych. Np. zbiór obiektów Student zawiera się w zbiorze obiektów Osoba.


Obiektowy SZBD jest to SZBD

Klasyczne funkcje SZBD:Klasyczne funkcje SZBD:

Zarządzanie pamięcią zewnętrzną Zarządzanie schematem Sterowanie współbieżnością Zarządzanie transakcjami Odtwarzalność Przetwarzanie zapytań Kontrola dostępu

Do tych funkcji dołożone są:Do tych funkcji dołożone są:

Złożone obiekty Typy definiowane przez użytkownika Tożsamość obiektów Hermetyzacja Typy i/lub klasy oraz ich hierarchia Przesłanianie/przeciązanie/późne wiązanie Kompletność obliczeniowa (pragmatyczna)


ODMG 2.0: standard obiektowych baz danych

Przenaszalność (portability):Aplikacja może działać na różnych obiektowych SZBD.

Współdziałanie (interoperability):Aplikacja może działać jednocześnie z wieloma obiektowymi SZBD

Wartość dodana, synergia:Wytwórcy oprogramowania mogą skupić się na wartościach dodanych,

nie na podstawowych interfejsach Narzędzia i biblioteki wspólne dla wielu systemów (nowy rynek)Uwolnienie użytkowników od niebezpieczeństwa zależności od jednego

dostawcySzybszy wzrost przemysłu, poprzez wzrost konkurencji

w zakresie wartości dodanychKomunikacja pomiędzy użytkownikami i projektantamiUjednolicone uczenie

W tej chwili jest dość trudno ocenić, czy standard spełni te oczekiwania. Jak uczy doświadczenie standardów SQL i C++, prawdopodobnie nie spełni. Jest to jednak nieodzowny początek drogi.


Co może podlegać standardyzacji?

InterfejsyInterfejsy Ale nie wnętrze OSZBD lub jego architektura

Kandydaci do standardyzacji:Kandydaci do standardyzacji:

• Model obiektowy (pojęcia, ograniczenia, terminologia)• Język definicji obiektów• Format wymiany informacji (przekazywania obiektów)• Obiektowy język zapytań• Abstrakcje wspomagające język zapytań (perspektywy, zapamiętane procedury, aktywne reguły,...)• Wiązania do języków programowania: C++, Smalltalk, Java,...• Zintegrowany język programowania aplikacji oparty o język zapytań (do pisania metod)• Pomosty (gateways) do innych systemów (np. relacyjnych)• Administrację systemem, katalogi BD, dostęp do katalogów• Prawa dostępu, bezpieczeństwo• Narzędzia i usługi (klasy systemowe, biblioteki klas)• Protokóły wymiany informacji w sieci (np. IIOP)

+++/-+/--

+-

-----

Jest jeszcze wiele do zrobienia...


ODMG 2.0: zawartość

• Ramowa architektura OSZBD• Model obiektowy• Języki specyfikacji obiektów - Język definicji obiektówODL (nadzbiór OMG IDL) - Format wymiany obiektów• Obiektowy język zapytań OQL (składnia wzorowana na SQL)• Wiązanie do C++• Wiązanie do Smalltalk’a• Wiązanie do Java• Dodatki - Porównanie z modelem obiektowym OMG - Obiektowe bazy danych w środowisku OMG CORBA

“Standard leży na przecięciu trzech istniejących dziedzin technologicznych: baz danych (SQL), technologii obiektowych (OMG) oraz obiektowych języków programowania (C++, Smalltalk, Java).”


Kluczowi zawodnicy obiektowych BD

System

ODB-II (Jasmine)GemStoneOdapter (Java/Depot)ITASCA (Orion)Illustra/InformixMATISSEO2ObjectStoreObjectivity/DBOmniscienceONTOS DBPersistenceIDB Object DatabasePOETUniSQLOSMOSODBMSVERSANT

Wersja

2.05.0B.05.xx2.3.53.03.05.04.0.24.13.03.23.2102.54.03.5R10.03.14.2

Firma

Fujitsu Software Corporation + Computer AssociatesGemstone Systems, Inc.Hewlett-Packard CompanyIBEX Corporation S.A.Illustra Information Technologies, Inc.MATISSE Software, Inc.O2 TechnologyObject Design, Inc.Objectivity, IncOmniscience Object Technology, Inc.ONTOS, Inc.Persistence Software, Inc.Persistent Data Systems, Inc.POET Software, Inc.UniSQL, Inc.Unisys CorporationVC Software, Inc.Versant Object Technology

Źródło: Barry & Associates, Inc., styczeń 1997, http://www.odbmsfacts.com


Systemy obiektowo-relacyjne

Podejście hybrydowe: zachowanie sprawdzonych technologii relacyjnych i wprowadzanie na ich wierzchołku innych własności, w tym obiektowych:

Informix Universal Server, DB2 Universal Database, Oracle8, …..

Atrakcyjne cechy umożliwiające efektywną produkcję aplikacji: multimedia (duże obiekty BLOB, CLOB i pliki binarne), dane przestrzenne (spatial), abstrakcyjne typy danych (ADT), metody definiowane przez użytkownika, kolekcje (zbiory, wielozbiory,...), typy referencyjne, przeciążanie funkcji, późne wiązanie i inne.

Systemy te zachowują jednocześnie wiele sprawdzonych technologii: architektura klient/serwer, mechanizmy buforowania i indeksowania, przetwarzanie transakcji, optymalizacja zapytań.

Systemy obiektowo-relacyjne są tworzone z myślą o szybkim i pewnym zysku. Mają licznych zwolenników z powodu pozycji systemów relacyjnych na rynku i odwołania się do ich wiernej klienteli.


Kryteria oceny (obiektowych) SZBD

Wydajność (performance) - jak szybki jest produkt?

Skalowalność (scalability) - jak produkt będzie działał gdy wzrośnie liczba użytkowników i objętość danych?

Funkcjonalność (functionality) - jakie możliwości i cechy produkt oferuje?

Zgodność ze standardami - czy produkt uzależnia od jednego dostawcy?

Łatwość użycia (usability) - ile wysiłku kosztuje nauczenie się produktu i jak łatwo będzie się go używać?

Niezawodność (reliability) - jak często produkt zawodzi?

Wspomaganie (support) - czy dostawca produktu zapewnia pomoc i jest odpowiedzialny?

Środowisko (environment) - na jakim sprzęcie/systemie operacyjnym pracuje produkt?

Żywotność (viability) - czy można oczekiwać, że dostawca będzie podtrzymywał produkt w przyszłości?

Cena (price) - ile kosztuje produkt, w krótkim czasie i w oczekiwanym horyzoncie czasowym?


Przeszkody dla obiektowości

Zastany świat interfejsów programistycznych (C, COBOL, Fortran, SQL, ...)

Mity i fałszywe steoretypy:

• Relacyjna baza danych zapewnia prostotę struktur danych • Bezpośrednie powiązania (wskaźniki) w bazie danych są niekorzystne• Tylko relacyjna baza danych zapewnia możliwość definiowania języków zapytań• Tylko relacyjna baza danych zapewnia sprawne przetwarzanie transakcji• Relacyjne bazy danych mają solidne podstawy matematyczne• Relacyjne bazy danych mają bardzo dobrą wydajność, nieosiągalną dla innych.

Własna słabość: słabo wyartykułowane zasady, formalizmy, języki, standardy;kompromisy w zakresie celów.

“Spuścizna”: ogromne inwestycje w hierarchiczne, sieciowe i relacyjne bazy danych


Obiektowość kontra model relacyjny?

Model relacyjny przegrał walkę z obiektowością w strefie ideologicznej.

Powstało szereg systemów relacyjnych, dojrzałych technicznie i użytecznych,ale posiadających zasadnicze odstępstwa od założeń modelu relacyjnego.

Mocne podstawy matematyczne modelu relacyjnego są mitem.Teorie matematyczne są całkowicie nieadekwatne do praktyki.

Powstają ideologie i systemy hybrydowe, ktore łączą koncepcje relacyjne z obiektowymi. Jakkolwiek mogą one być bardzo użyteczne, są one nieregularne, trudne do standardyzacji i uzależniające klienta od jednego dostawcy.

Twórcy systemów relacyjnych wzmacniają ich interfejsy o pojęcia obiektowe, orazumożliwiają obiektowe perspektywy relacyjnych struktur danych (np. interfejsy oparte o OMG CORBA).


Podsumowanie

Obiektowość jest nową ideologią, która zmienia myślenie realizatorów SI z “zorientowanego na maszynę” na “zorientowane na człowieka”.

Obiektowość jest konsekwencją kryzysu oprogramowania: kosztów związanychz oprogramowaniem, jego zawodnością, i trudną do opanowania złożonością.

Obiektowość przenika wszelkie fazy projektowania, oraz narzędzia i interfejsy.

Obiektowość dopracowała się własnej kolekcji pojęć i narzędzi.

Obiektowość jest na początku swojej drogi i musi walczyć z konserwą i spuścizną poprzednich ideologii.

Obiektowość w bazach danych - koncepcje, nadzieje i fakty

Documents

Transcript of Obiektowość w bazach danych - koncepcje, nadzieje i fakty