bases de données orientées-objets 2. les bases de données objets
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Bases de données orientées-objets 2. Les bases de données objets. Yves Pigneur Stéphane Rey Ecole des HEC Université de Lausanne CH-1015 Lausanne [email protected] (+41 21) 692.3416. Agenda. Introduction: problématique. SGDBO: définition; objectifs; ... - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Bases de données orientées-objetsBases de données orientées-objets2. Les bases de données objets2. Les bases de données objets
Yves PigneurStéphane Rey
Ecole des HECUniversité de Lausanne
CH-1015 [email protected]
(+41 21) 692.3416
HEC Lausanne - 19992
Agenda
• Introduction:– problématique.
• SGDBO:– définition;
– objectifs;
– ...
• Persistance des objets:– persistance manuelle;
– persistance par héritage;
– persistance par référence.
• Navigation dans une base objet.• Attributs:
– ...
HEC Lausanne - 19993
Problématique
MéthodeMéthode
MéthodeMéthode
MéthodeMéthode
MéthodeMéthode
MéthodeMéthode
DonnéesDonnées SGBD(R)
• Pourquoi n'enregistrons-nous pas les données dans un SGBD(R)?
Le paradigme objet disparaît!
– L'objet devrait inclure des méthodes de lecture/écriture dans la base;
– L'objet ne pourrait pas être sauvegardé comme une instance;
– Les types complexes ne pourraient pas être gérés;
– La transformation d'un schéma objet en schéma relationnel et inversément pose certaines difficultés.
HEC Lausanne - 19994
Qu'est-ce qu'un SGBDO?
• Atkinson, Bancilhon, Dewitt, Ditrich, Maier, et Zdonick ont proposé une clarification de ce qu'est un SGBDO, dans "The Object-Oriented Database System Manifesto", 1989. [http://www.cs.cmu.edu/afs/cs.cmu.edu/user/clamen/OODBMS/]
• Un SGBDO doit offir les fonctions de base d'un SGBD, et supporter les fonctionnalités suivantes:– support d'objets atomiques et complexes;
– identité d'objets;
– héritage simple;
– héritage multiple (optionnel);
– polymorphisme;
– messages d'exception.
HEC Lausanne - 19995
Fonctions de base d'un SGBD (backup)
• Fonctions de base pour gérer une base de données:– indépendance physique des données;
– permanence des données;
– intégrité des données;
– possibilité de requêtes;
– gestion des transactions;
– concurrence;
– sécurité;
– ...
HEC Lausanne - 19996
Objectifs des SGBDO
• Supporter directement les objets, c'est-à-dire pouvoir enregistrer des instances dans la base;
• réduire, voire éliminer, les dysfonctionnements entre le langage de programmation et le langage de la base de données. (La plupart des SGBDO ont été intégrés à C++;)
• partager le code réutilisable des applications de la base de données (exemple des objets métiers).
MéthodeMéthode
MéthodeMéthode
MéthodeMéthode
MéthodeMéthode
MéthodeMéthode
DonnéesDonnées SGBDO
HEC Lausanne - 19997
SGBDO: pour quelles applications?
• Les besoins des applications nécessitant un SGBDO sont les suivants:– données imbriquées et fortement liées;
– données existant en de nombreuses versions;
– structure de données volumineuse et complexe.
• Quelques exemples d'applications:– ateliers de génie logiciel (AGL);
– conception assistée par ordinateur (CAO);
– fabrication assistée par ordinateur (FAO);
– bureautique;
– applications scientifiques et médicales;
– ...
HEC Lausanne - 19998
SGBDO et AGL
• Supporter le cycle de conception d'une application, de la définition des besoins à l'application finale.
• Gérer la configuration: gestion des accès concurrents à un module, suivi des différentes versions de modules, et enregistrement des informations de dépendance (déterminer les modules à recompiler).
• Gérer le projet: spécification, dépendances, et planification des sous-projets.
HéritageVersionsHéritageVersions
HEC Lausanne - 19999
SGBDO et AGL: exemple
SAP R/3SAP R/3
HumanResources
HumanResources
FinancialAccounting
FinancialAccounting
Manu-facturing
Manu-facturing
Business Objects Business Components
Base de donnéesobjet ?
HEC Lausanne - 199910
SGBDO et conception
• Les outils de conception s'appuient sur une base de données intégrée qui n'est pas accessible par l'utilisateur.
• Les outils de conception gèrent (exemple d'un circuit électrique):– un langage de description du comportement;
– un schéma fonctionnel;
– un schéma logique;
– un schéma de circuits;
– les sous-niveaux spécialisés;
– les masques de circuits intégrés.
• ...HéritageHéritage
HEC Lausanne - 199911
SGBDO et conception: exemple
Des objets ?
HEC Lausanne - 199912
SGBDO et bureautique
• Acheminer, traiter, archiver, détruire des objets:– messages (mail, fax, ...);
– documents;
– workflow;
– groupware;
– ...
Multimédia ...Multimédia ...
HEC Lausanne - 199913
Persistance des objets
• La persistance est un mécanisme selon lequel des objets peuvent être conservés sur mémoire secondaire (support physique).
• La persistance peut être assurée par les moyens suivants:– fichiers: un objet peut être mémorisé, donc retrouvé, dans un fichier (les
classes "storable" d'Eiffel par exemple);
– images: tout l'environnement d'une session peut être conservé, donc restitué (la méthode "saveimage" de Smalltalk par exemple);
– bases de données: les objets peuvent être ceux d'une base de données objets.
HEC Lausanne - 199914
SGBDO et persistance des objets
• Le problème des SGBDO est d'assurer la persistance des objets sur un support physique.
• La persistance pose quelques problèmes:– gestion des objets en mémoire et dans la base;
– performance d'accès aux objets;
– concurrence d'accès aux objets.
HEC Lausanne - 199915
Persistance manuelle (1)
• La persistance manuelle laisse la gestion de la persistance à la charge du programmeur, ceci à l'aide de fonctions de persistance.
• // Rendre persistant un objet
Oid = Persist (<name>, <ref>);
– Oid l'identifiant permanent et immuable attribué à l'objet dans la base
objet (Object Identity);– name le nom donné à l'objet;– ref la référence en mémoire de l'objet.
HEC Lausanne - 199916
Persistance (backup)
MéthodeMéthode
MéthodeMéthode
MéthodeMéthode
MéthodeMéthode
MéthodeMéthode
DonnéesDonnées
SGBDO
Reference/ou/ pointeur
Oid/ou/ identifiant
Mémoire (temporaire) Base (persistant)
HEC Lausanne - 199917
Persistance manuelle (2)
//Retrouver l'Oid d'un objet persistant à partir de son nom
Oid = Lookup (<name>)
//Activer un objet persistant désigné par son Oid
ref = Activate (<Oid>)
//Désactiver un objet persistant actif
Oid = DesActivate (<ref>)
//Supprimer un objet persistant, par son nom, ou son identifiant
Void Unpersist (<name>)
Void UnPersist (<Oid>)
HEC Lausanne - 199918
Persistance par héritage (1)
• La persistance par héritage permet de cacher au programmeur les mouvements d'objets entre la base de données et la mémoire.
• L'héritage assure la persistance automatique de tout objet qui hérite de la classe PObject.
//Déclaration de la classe Personne
Personne subclass PObject
• Un objet est persistant si et seulement s'il est de type sous-classe de PObject. On dit alors que la persistance n'est pas orthogonale au type.
PObject
New{Persist}Delete{Unpersist}
...
Personne
NewDeleteGetName
...
HEC Lausanne - 199919
Persistance par héritage (2)
• Inconvénient de la persistance par héritage:– il est impossible de définir une opération sur les objets qui soit indépendante
de leur propriété de persistance;
– si nous voulons des Personne persistantes et des Personne non persistantes (temporaires), nous devons dupliquer les classes.
PObject
New{Persist}Delete{Unpersist}
...
PersonP
NewDelete...
PersonNP
NewDelete...
HEC Lausanne - 199920
Persistance par référence (1)
• La propriété de persistance est associée directement à l'objet, et non à sa classe.
• Tout objet peut être une racine de persistance, et tout objet référencé par un objet persistant est persistant.
• Cela nécessite un nouveau mot clé Persistant dans le(s) langage(s) de programmation, et une précompilation qui génère les appels aux fonctions Persist, Unpersist, Activate, etc.
//Création d'un objet persistant
martin : Personne;
martin = new persistant("Martin");
HEC Lausanne - 199921
Persistance par référence (2)
• Tout objet racine de persistance est répertorié dans un catalogue:– Name– Oid
• La persistance par référenceprésente l'avantage del'orthogonalité de la persistanceau type de données.
"John"
"Jack"
...
Catalogue
"Adresse"
"Voiture"
HEC Lausanne - 199922
Navigation dans une base objet
• Le problème de la navigation dans les bases objets consiste à mémoriser de manière persistante les chaînages d'objets sur support physique.
• L'objet en mémoire John pointe sur l'objet Voiture John.
• L'objet mémoire John est écrit dans la base. Utilisé par une autre application, il pointe à présent sur un objet qui n'est plus présent en mémoire.
Objet "John"Objet
"Voiture John" Mémoire
Objet "John"Objet
"Voiture John" Mémoire
Objet "John" BasePointeur invalide
HEC Lausanne - 199923
Mutation de pointeurs (1)
• Transformation consistant à passer de pointeurs disques à des pointeurs mémoires lors de la première navigation en mémoire via un objet, et inversement lors de la dernière.
• Doubles pointeurs:– les références mémoires sont remplacées par des couples <oid, ref>;
– les parties ref des couples sont mises à 0 (zéro);
– un objet est référencé à partir de son Oid;
– la référence est chargée avec l'adresse de l'objet en mémoire.
HEC Lausanne - 199924
Mutation de pointeurs (2)
• Mémoire virtuelle (Single Level Store):– les objets utilisent la même adresse en mémoire centrale et sur disque;
– la mémoire virtuelle contient une image exacte de la base de données (ou d'une partition de la base);
– une violation mémoire virtuelle en lecture est déclenchée lorsqu'un objet référencé n'est pas en mémoire;
– le SGBDO retrouve la page de l'objet sur disque, et rend ladite page accessible en mémoire vituelle.
Mémoire virtuelle (client)
Page manquante
1. Accès
2. Violation3. Accès Serveur
4. Retour page
HEC Lausanne - 199925
Attributs des objets
• Attributs simples ou littéraux (entiers, nombres à virgules flottantes, caractères, ...);
• Attributs de grande taille (binary large objets - BLOBs);• attributs références;• attributs collections;• attributs dérivés.
HEC Lausanne - 199926
Attributs références (relation de composition)
• Les attributs références (AR) sont utilisés pour représenter des relations entre objets;
• les AR prennent comme valeur des objets, c'est-à-dire des références à des entités;
• les AR sont l'équivalent des pointeurs dans les langages de programmation, ou des clés étrangères dans les systèmes relationnels, avec deux différences majeures:– les attributs référencés sont incorruptibles;
– les attributs référencés ne sont pas associés à des valeurs visibles; si l'état d'un objet référencé est modifié, l'attribut référencé pointe toujours le même objet.
HEC Lausanne - 199927
Attributs collections
• Container typé désigné par un nom, contenant des éléments multiples organisés selon une structure particulière.
Document: {
title: STRING;
document: DATE;
keyword: SET[STRING]
chapter: LIST[Chapter]
}
• Un ensemble (set) est une collection non ordonnée, sans double;• un sac (bag) est une collection non ordonnée, qui accepte les doubles;• une liste (list) est une collection ordonnée, qui accepte les doubles;• un tableau (array) est une collection ordonnée et indexée.
• La première forme normale du relationnel interdit les attributs collections de valeurs (domaine atomique).
Chapter: {title: STRING;number: INTEGER;}
HEC Lausanne - 199928
Collections
• Contenu des collections:– des valeurs {10, 20, 30, 40}
– des objets <O1, O2, O3, ..., On>
• Dans les systèmes objet, la notion de collection est souvent réalisée par des classes paramétrées, encore appelées classes génériques ou patterns de classes.
Collection
InsertDeleteCount...
Set
IncludeChoiceExistUnion...
List
FirstNextLast...
HEC Lausanne - 199929
Collections et itérateurs
• Une collection peut contenir plusieurs milliers d'éléments. Il est plus efficace de renvoyer au programme un itérateur, au lieu de la collection elle-même.
• Un itérateur est un objet à part entière, qui possède les méthodes suivantes:– renvoyer l'élément;– passer à l'élément suivant;– passer à l'élément précédent;– terminer l'itération lorsque tous les éléments ont été parcourus;– repartir du premier élément;– sauter à un élément particulier.
• Les itérateurs sont soit directement accessibles au sein du langage de programmation, dans quel cas l'itérateur n'est pas transaprent pour l'utilisateur, soit utilisés en interne au niveau des méthodes d'accès du SGBDO.
HEC Lausanne - 199930
Collections avec les SGBD(R)
• Une collection de personnes avec un SGBDO
• Une collection de personnes avec un SGBDR
ID NOM
1000 Bolomet
1001 Gorsjean
1002 Norton
1003 McDonlard
1004 Blanc
... ...
aCollect
Person...
aPerson
Person...
aPerson
Person...
#1
#2
HEC Lausanne - 199931
Exemple d'une collection de personnes
Collect
CollectaddElement
firstElement...
Person
Person...
aPerson
Person...
aPerson
Person...
aPerson
Person...
aCollect
Person...
Voir exemple Java - code ci-dessous
HEC Lausanne - 199932
Exemple de collection: class Document.java
import Document;
public class Person{
private String name;private String level;private Document[] read;
//Constructorpublic Person(String n, String l){
this.name = n;this.level = l;
}}
HEC Lausanne - 199933
Exemple de collection: class Collect.javaimport java.util.*;
class Collect
{private Vector collection;
//Constructor to create a vector
public Collect()
{ collection = new Vector();
} //Add an element to a vector
public void addElement(Person element)
{ collection.addElement(element);
} //Get first element
public Person firstElement()
{ return (Person)(collection.firstElement());
} //Get size
public int getSize()
{ return collection.size();
} //Enumeration
public Enumeration elements()
{ return collection.elements();
}}
HEC Lausanne - 199934
Exemple de collection: class TryCollection.java (1)import java.util.*;
import java.io.*;
import Document;
public class TryCollection
{//Main procedure
public static void main(String[] args)
{Collect aCollect = new Collect();
Person aPerson;
for(;;)
{aPerson=readPerson();
if(aPerson==null)
break;
aCollect.addElement(aPerson);
} Enumeration thisLot = aCollect.elements();
while(thisLot.hasMoreElements())
{System.out.println(thisLot.nextElement().toString());
}
} //Read keyboard
...
}
HEC Lausanne - 199935
Exemple de collection: class TryCollection.java (2)... //Read keyboard
static public Person readPerson()
{ BufferedReader kb = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
try
{ System.out.println("\nName: ");
String name=kb.readLine().trim();
if(name.length()==0)
return null;
System.out.println("\nLevel: ");
String level=kb.readLine().trim();
return new Person(name, level);
} catch(Exception e)
{ System.out.println(e);
return null;
} }
...
HEC Lausanne - 199936
Attributs dérivés
• Les attributs dérivés permettent de définir de manière procédurale une valeur d'attribut, en spécifiant une procédure à exécuter dès que la valeur est consultée ou affectée.
Document: {
title: STRING;
document: DATE;
...
release: DATE PROC() = ToDay();
}
• Les SGBDR permettent également de définir de manière procédurale une valeur d'attribut:– triggers;
– stored procedures (Oracle).
HEC Lausanne - 199937
Et encore ...
• Algèbre pour objets complexes;• groupage et dégroupage;• algèbre d'Encore;• algèbre sous forme de classes:
– opérations de recherche;
– opérations ensemblistes;
– opérations de mise à jour;
– opérations de groupe;
HEC Lausanne - 199938
Conclusion
• Les bases de données objet soulèvent de nombreux problèmes difficiles.
• Les problèmes d'architecture:– architecture client-serveur d'objets;– architecture client-serveur de pages.
• Les problèmes de performance:– utilisation de caches d'objets;– utilisation de techniques de mémoire virtuelle;– utilisation de méthodes de regroupements d'objets.
• Et encore:– problèmes de concurrence;– problèmes de transactions;– ...