Bài giảng Cơ sở dữ liệu nâng cao - Chương 5: Cơ sở dữ liệu hướng đối tượng - Đỗ Thanh Nghị

Cơ sở dữ liệu nâng cao
Cơ sở dữ liệu hướng đối tượng
Phạm Nguyên Khang, Nguyễn Thanh Bình
Đỗ Thanh Nghị 
1
[email protected]
Cần Thơ
11-10-2016
CSDL hướng đối tượng
 Mục tiêu
 Trình bày HQTCSDL hướng đối tượng
 Giới thiệu các thành phần của HQTCSDL hướng đối tượng
 Tìm hiểu sâu về chuẩn HQTCSDL hướng đối tượng
2
Tài liệu tham khảo
[Connolly, 1998] 
Connolly T., Begg C., Strachan A. (1998)
Database Systems
A Practical Approach to Design, Implementation and 
Management
Addison Wesley
3
Chapitres 22
[Cattell, 1997] 
Cattell R. et al. (1998)
Object Database Standard: ODMG 2.0
Morgan Kaufmann
Tiếp cận HQTCSDL hướng đối tượng
 sử dụng cách tiếp cận thuần đối tượng
 từ phân tích đến cài đặt, và lưu trữ
suy nghĩ hướng đối tượng
quản lý các đối tượng
 từ giao diện người dùng đến ngôn ngữ lập trình
4
 phát triển hệ thống mới
 « quên đi » các hệ CSDL quan hệ
 thao tác, lưu trữ và quản lý các đối tượng
 định nghĩa yêu cầu cho các hệ thống này
 Các thành phần của HQTCSDL hướng đối tượng
 đề xuất chuẩn
 Chuẩn của HQTCSDL hướng đối tượng
Định nghĩa
 HQTCSDL hướng đối tượng
 Hệ thống bao gồm:
các chức năng của một HQTCSDL
tích hợp khái niệm đối tượng
 nhằm mô hình hóa
các đối tượng phức tạp
5
thiết kế thuần nhất: dữ liệu và chương trình
Khái niệm lớp và thừa kế
 từ góc nhìn hệ thống
lưu trữ hiệu quả tất cả các kiểu dữ liệu
tìm kiếm
quản lý giao dịch
Các thành phần của 
HQTCSDL HĐT
Tính năng bắt buộc
 đối tượng phức
 định danh đối tượng
 đóng gói
 kiểu hoặc lớp
 khả năng mở rộng
 thao tác dữ liệu
 lưu trữ lâu dài
 tin cậy
7
 định nghĩa chồng và 
ràng buộc muộn
 quản lý cạnh tranh
 đầy đủ
 thừa kế
 quản lý bộ nhớ ngoài
Đối tượng phức
 Định nghĩa
 Một đối tượng phức là đối tượng có một hai nhiều thuộc 
tính tham chiếu đến đối tượng khác hoặc đến một tập 
các giá trị.
 Một đối tượng có thể chứa nhiều đối tượng con
8
 Ví dụ
 Một căn hộ bao gồm nhiều phòng
o451 : tuple ( No : 10,
Address : "71 Pins",
Nb-Room : 4;
Rooms : set (o5, o6, o7, o8)
Price : 35 000 )
Định danh đối tượng
 định nghĩa
 Tất cả các đối tượng phải có 1 định danh (OID) duy nhất 
cho phép tham chiếu đến nó. Định danh này bất biến 
trong suốt chu trình sống của đối tượng.
 ví dụ
9
 Định danh của đối tượng "Appartment số 10" là: o451
 khái niệm liên quan
 tính đồng nhất của đối tượng
hai đối tượng là một nếu chúng có cùng định danh
 HQTCSDL HĐT phải hỗ trợ OID và tính 
đồng nhất của đối tượng
Đóng gói
 định nghĩa
 không được thao tác trực tiếp trên giá trị của đối tượng, 
chỉ có thể thao tác thông qua các phương thức được 
cho phép. Đây là nguyên lý của tính đóng gói.
 ví dụ
10
 không được thao tác trực tiếp trên các thuộc tính của 
đối tượng
 Sử dụng các hàm để lấy (hoặc đặt lại) giá trị của thuộc 
tích
 HQTCSDL HĐT phải hỗ trợ tính năng đóng 
gói
Kiểu hoặc lớp
 định nghĩa: Kiểu
 kiểu mô tả cách mà các giá trị được thao tác, cho phép 
kiểm tra tính hợp lệ của kiểu đối với phép toán nào đó
 định nghĩa: Lớp
lớp bao gồm tập các đối tượng có cùng các thuộc tính 
11

và hành vi chung. Lớp mô tả cấu trúc đối tượng và hành 
vi của nó và cho phép tạo ra đối tượng của lớp này.
 HQTCSDL HĐT phải hỗ trợ Kiểu hoặc Lớp 
hoặc hỗ trợ cả 2
Thừa kế
 định nghĩa
 sự phân cấp kiểu hoặc lớp cho phép mô tả kiểu con 
hoặc lớp con thừa kế các đặc tính (cấu trúc và hành vi) 
của kiểu cha hoặc lớp cha.
 Ví dụ
12
 Person (người), Prop (người chủ sở hữu), Locator 
(người thuê nhà)
 HQTCSDL HĐT phải hỗ trợ thừa kế
Định nghĩa chồng và ràng buộc muộn
 overriding : định nghĩa lại
 phương thức được định nghĩa cho mỗi trường hợp sử 
dụng
 overloading : nạp chồng
sử dụng một tên chung (của phương thức) cho nhiều 
13

bản cài đặt khác nhau
 late binding : ràng buộc muộn
 hệ thống xác định phương thức nào được sử dụng lúc 
thực thi (chứ không phải lúc biên dịch)
 HQTCSDL HĐT phải cho phép định nghĩa 
lại các phương thức
Tính đầy đủ và khả năng mở rộng
 Đầy đủ
 khả năng biểu diễn của ngôn ngữ lập trình
 hỗ trợ tất cả các kiểu thao tác
 Khả năng mở rộng
14
 khả năng mở rộng tập kiểu cơ sở
 cho phép xây dựng kiểu mới
Tin cậy và cạnh tranh
 Tin cậy
 cơ chế hoạt động của hệ thống phải được định nghĩa để 
có thể đối mặt với sự cố
 Cạnh tranh
hỗ trợ chia sẻ dữ liệu giữa các người dùng khác nhau
15

 Các cơ chế này phải thích nghi cho từng 
kiểu đối tượng khác nhau
Quản lý bộ nhớ ngoài
 cho phép lưu trữ và truy xuất dữ liệu
 đối tượng lớn
 đối tượng phức
 cung cấp cơ chế truy xuất hiệu quả
16
 chỉ mục
 gom nhóm dữ liệu
 quản lý vùng đệm
 phương pháp truy xuất
Lưu trữ lâu dài và thao tác dữ liệu
 Lưu trữ lâu dài
 khả năng lưu trữ đối tượng càng trong suốt càng tốt
 lưu trữ lâu dài phải độc lập với kiểu đối tượng
 Ngôn ngữ thao tác dữ liệu
17
 ngôn ngữ cấp cao
 độc lập với ứng dụng
 thích nghi cho việc tối ưu hóa câu truy vấn
Các thành phần của HQTCSDL HĐT
 Tính năng tùy chọn
 đa thừa kế
 kiểm tra và suy diễn kiểu
 phân tán
 giao dịch thiết kế
18
 quản lý phiên bản
 Tính năng mở
 họ ngôn ngữ lập trình
 hệ thống biểu diễn
 hệ thống kiểu
 tính đồng nhất của hệ thống
Chuẩn HQTCSDL HĐT
Chuẩn HQTCSDL HĐT
 Đại diện các công ty sau:
GemStone Systems, 
IBEX Computing SA,
O2 Technology,
Object Design,
20
Objectivity,
POET Software,
UniSQL
Versant Object Technology 
Chuẩn HQTCSDL HĐT
 Chuẩn
 OM: mô hình dữ liệu đối tượng
 ODL: ngôn ngữ định nghĩa dữ liệu
 OQL: ngôn ngữ thao tác dữ liệu
 Bindings: quan hệ với ngôn ngữ lập trình
21
Mô hình đối tượng
Mô hình đối tượng
 Mô hình dữ liệu
 dựa trên mô hình đối tượng của OMG
 mở rộng hỗ trợ 
trình bày các liên kết
khái niệm giao dịch
23
 Khái niệm mô hình đối tượng
 nguyên thủy (literal), đối tượng
 kiểu: đặc tả và cài đặt
 kiểu cơ bản và phương thức xây dựng
 tính chất : thuộc tính và liên kết
 phương thức
Nguyên thủy (Literal)
 Định nghĩa
 một nguyên thủy là cặp
 có thể là giá trị nguyên tử hay phức hợp
; 
24
 Tính chất
 không sở hữu định danh
 những giá trị không đổi
 được tích hợp vào trong một đối tượng
Đối tượng
 Đối tượng
 thể hiện của một lớp
 một đối tượng có một tham chiếu duy nhất (định danh 
đối tượng)
OID
25
 được định nghĩa như một cặp
 cài đặt những giao diện (interfaces)
cách xử lý
Đối tượng
 Đối tượng khác nhau
 tồn lưu (persistent)
lưu trong CSDL
 nhất thời (transient)
hiện diện trong bộ nhớ trong
26
 Tất cả các đối tượng
 chia sẻ tập các phép toán cơ bản
tạo, chép, xóa, lưu trữ
 xuất thân từ kiểu gốc
đối tượng
Kiểu
 Định nghĩa
 một kiểu có một đặc tả và một hay nhiều cài đặt
 Đặc tả
 định nghĩa những đặc tính và những phép toán trên các 
thể hiện của kiểu
27
 Cài đặt
 định nghĩa 
những cấu trúc dữ liệu 
những ngoại lệ
phương thức trên cấu trúc dữ liệu
Kiểu và lớp
 Lớp
 một lớp là sự kết hợp của đặc tả và cài đặt của kiểu
 lớp là khái niệm của việc cài đặt
 kiểu là khái niệm trừu tượng
Giao diện của một kiểu
28

 được tạo thành từ
tập hợp các kiểu trước đó (super-types)
mở rộng của kiểu (các thể hiện)
danh sách các khóa của kiểu
Kiểu cơ bản và phương thức xây dựng
Type
ObjectLiteral
Atomic Collection Structured Structured Collection Atomic 
29
set
bag
list
array
dictionary
Set
Bag
List
Array
Dictionary
ObjectObjectObjectLiteralLiteralLiteral
date
time
timestamp
interval
structure
long
short
unsigned long
unsigned shirt
float
double
boolean
octet
char
string
enum
Date
Time
Timestamp
Interval
Phương thức xây dựng
 set
 tập hợp không có thứ tự, không có 2 phần tử giống nhau
 bag
 tập hợp không thứ tự, cho phép 2 phần tử có thể giống nhau
 list
30
 tập hợp có thứ tự, cho phép 2 phần tử có thể giống nhau
 array
 mảng 
 dictionary
 dãy không thứ tự của các cặp , không có 2 phần 
tử có khóa giống nhau
Các đặc tính
 Thuộc tính
 cho phép ghi nhớ một giá trị hay một đối tượng (định 
danh đối tượng - OID)
 một thuộc tính không là một đối tượng, không có định 
danh
31
 Liên kết (Association)
 cho phép định nghĩa những liên kết giữa các kiểu
 hiện chỉ có liên kết nhị phân 1:1, 1:N, M:N
 một liên kết không phải là một đối tượng
 có thể được thao tác nhờ vào đường dẫn
traversal path
Phương thức
 Một phương thức được định nghĩa bởi
 tên
 tên và kiểu của tham số đầu vào
 tên và kiểu kết quả trả về
 tên của các ngoại lệ
32
Ngôn ngữ định nghĩa đối tượng
33
Ngôn ngữ định nghĩa đối tượng
 Định nghĩa kiểu
 Định nghĩa lớp
 Định nghĩa phương thức
 Kế thừa
34
 Định nghĩa liên kết
Định nghĩa kiểu
 Mô tả cấu trúc và cách xử lý nhưng không 
có mở rộng (kế thừa)
interface Person{ attribute string NAS;
attribute string LastName;
attribute string FirstName}
35
Định nghĩa lớp
 Mô tả cấu trúc, cách xử lý và có mở rộng 
(kế thừa)
interface Prop:Person
(extent Props;
key NAS
36
{relationship Set Posses inverse 
Appartment::Prop;
short nbappart() raises (no_prop)}
Ngôn ngữ truy vấn đối tượng 
(OQL)
37
Ngôn ngữ truy vấn đối tượng (OQL)
 OQL cho phép thao tác của những mở 
rộng của lớp
 đường dẫn truy xuất dữ liệu
 thuộc tính, phương thức hay liên kết
38
Ngôn ngữ truy vấn đối tượng
 Ngôn ngữ thao tác dữ liệu
 xem lại cú pháp SQL
 viết câu truy vấn 
kiểu xác định
kiểu duyệt, duyệt qua sự phân cấp của composition
39
 cho phép tạo ra kết quả
 Tương thích với ngôn ngữ lập trình
 tích hợp ngôn ngữ truy vấn đối tượng OQL trong các 
ngôn ngữ lập trình
Smalltalk, C++, JAVA
Biểu thức truy vấn 
 Truy vấn
SELECT DISTINCT 
FROM 
WHERE 
GROUP BY HAVING 
40
ORDER BY 
Biểu thức truy vấn
 Danh sách tập dữ liệu (list of collections)
 định nghĩa biến trong câu truy vấn
FROM Props AS L
 định nghĩa biểu thức (clause IN)
những truy vấn hoàn thiện
41
cho phép truy vấn những quan hệ tạm thời
 Cho phép thao tác
 mở rộng của một lớp
 có thể là một biểu thức mà kết quả cho ra một tập hợp
Biểu thức truy vấn
 Biểu thức có thể là
 biểu thức cơ bản
một lớp, một thuộc tính, một hàm
 biểu thức xây dựng
hỗ trợ xây dựng struct, list, bag, set, array
42
biểu thức trên nhuwxntg tập hợp hay những đối tượng
 những biểu thức nguyên tử
nối chuỗi, trích chuỗi con
 Tính chất
 số lượng lớn các biểu thức
 hoàn thiện về ngôn ngữ
Ngôn ngữ truy vấn đối tượng
 Ví dụ 1 : 
 Tìm kiếm NAS, LastName và Street của những chủ sở 
hữu ở Montréal
SELECT L.NAS, L.LastName, L.Address.Str
FROM Props L
43
WHERE L.Address.City = "Montréal"
Ngôn ngữ truy vấn đối tượng
 Ví dụ 2:
 Tìm số và địa chỉ của những căn hộ chung cư của chủ 
sở hữu Pierre Tremblay
SELECT A.No, A.Address
FROM Props AS L, L.Posses AS A
44
WHERE L.LastName="Tremblay"
AND L.FirstName="Pierre"
 phép kết nối được diễn đạt trong mệnh đề from nhờ vào 
định nghĩa tập hợp mới
Ngôn ngữ truy vấn đối tượng
 Tìm kiếm đồng thời một đối tượng
 Những HQTCSDL hướng đối tượng cho phép truy cập 
đồng thời một đối tượng
duyệt qua sự phân cấp
sử dụng định danh đối tượng (OID)
45
Ngôn ngữ truy vấn đối tượng
 Ví dụ
 truy xuất thông qua định danh đối tượng
tìm giá của căn hộ chung cư có định danh đối tượng là 
o1
• o1->price
46
 truy xuất bằng duyệt từng phần tử của tập hợp các đối 
tượng của lớp appartment
Hiển thị giá của căn hộ chung cư 
{ 
for (p in Appartment)
printf (p->price) 
}
Ngôn ngữ truy vấn đối tượng
 Duyệt qua sự phân cấp
 biểu thức nối kết không tường minh
tính diện tích phòng tắm của căn hộ chung cư tại địa chỉ 
31 Pins 
SELECT p.surface
47
FROM a IN Appartments,
p IN a.Rooms !! jointure implicit !!
WHERE a.address = "31 Pins"
AND p.type = "Shower Room"
Ngôn ngữ truy vấn đối tượng
 Duyệt qua sự phân cấp
 biểu thức nối kết tường minh
Tìm chủ sở hữu mà họ ở cùng thành phố với nhau
SELECT p1.lastname, p2.lastname, p1.city
FROM p1 IN Props,
48
p2 IN Props
WHERE p1.nas p2.nas !! jointure explicit !!
AND p1.city = p2.city !! jointure explicit !!
Ví dụ
 Tìm phòng diện tích nhỏ hơn 5m2
SELECT Rooms*
WHERE surface < 5
 Tìm phòng diện tích nhỏ hơn 5m2, không 
phải phòng tắm
49
SELECT Rooms* difference ShowerRoom
WHERE surface < 5
Ngôn ngữ truy vấn đối tượng
 Sử dụng các phương thức
 có thể sử dụng phương thức của đối tượng trong truy 
vấn
 tiếp cận hàm, tiếp cận theo phương châm hàm hoàn 
toàn có thể được sử dụng
50
những thuộc tính được định nghĩa như những hàm
 một số phương thức có thể được định nghĩa từ lời của 
phương thức khác
 Ví dụ
 tính diện tích căn hộ chung cư giá 30 000$
O2 select surface(a)
from a in appartment
where a.price = 30 000
Tiến hóa của chuẩn ODMG
 Nhiều phiên bản của chuẩn
version 1: ra đời 1994, bắt đầu làm việc 1991
version 2: ra đời 1995
version 3: ra đời 1997
51
52