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Modelli dei Dati di Nuova Generazione

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Organizzazione corso

� Introduzione� Introduzione al modello dei dati ad oggetti� I modelli dei dati relazionali ad oggetti

– il modello relazionale ad oggetti di Oracle

� Le basi di dati attive� Ricorsione in SQL-99� Le basi di dati multimediali

– testi

– immagini

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Organizzazione corso

� Progetto– progettazione e sviluppo di una base di dati relazionale ad

oggetti, attiva su Oracle 9i– il progetto potrà essere svolto nella parte finale del corso

– valutazione: 0-2

� Esame:– 2 compitini o scritto

– progetto– orale obbligatorio solo in caso di sufficienza non piena (16-17)

o scarsa su determinati argomenti

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Introduzione

� I sistemi di gestione di basi di dati relazionali (RDBMS) hanno permesso la realizzazione efficace ed efficientedi applicazioni di tipo gestionale, caratterizzate da

– persistenza, condivisione, affidabilità

– dati a struttura semplice, con dati di tipo numerico/simbolico

– transazioni concorrenti di breve durata (OLTP)

– interrogazioni complesse, espresse mediante linguaggidichiarativi e con accesso di tipo “associativo”

� La rapida evoluzioni tecnologica (miglioramento diprestazioni, capacità, e costi dell’hardware) ha fattoemergere nuove esigenze applicative per le quali la tecnologia relazionale è inadeguata

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Introduzione - aree applicative emergenti

� Progettazione assistita da calcolatore– CASE (Computer-Aided Software Engineering)

– CAD (Computer-Aided Design)– CAM (Computer-Aided Manufacturing)

� Gestione di documenti– testi e automazione d’ufficio

– dati ipertestuali– dati multimediali

� Altro– scienza e medicina– sistemi esperti, per la rappresentazione di conoscenza

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Introduzione - esempi di nuoveapplicazioni

� una base di dati con informazioni sui requisiti di adiacenza deicomponenti di un chip e l'esigenza di funzioni di ottimizzazione

� un archivio di 40.000 fotografie, con didascalie, coordinate geografiche ed esigenze di interrogazioni complesse:

– "trova le foto con un tramonto scattate a Roma o dintorni"

� archivio sinistri di una compagnia assicurativa (con foto, grafici, luogo) finalizzato alla ricerca delle frodi

� archivio del personale con informazioni sul curriculum, foto, residenza per una gestione integrata (riconoscimento, valutazionedelle competenze, proposta di "car-pool")

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Introduzione - caratteristiche nuove aree applicative

� Tali nuove applicazioni possono essere caratterizzate come data-intensive programming in the large

– data intensive: un programma data-intensive produce e/o richiede grandi quantità di dati

– programming in the large: programmi molto grandi e complessi, progettati e sviluppati da molti programmatori (software engineering)

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Introduzione - caratteristiche nuove aree applicative

� Oltre alle caratteristiche consuete di persistenza, condivisione e affidabilità, possiamo individuare

– dati a struttura complessa� dati non-numerici — immagini, dati spaziali, sequenze temporali, ...� tipi predefiniti e tipi definiti dall'utente (e riutilizzati)

� relazioni esplicite ("semantiche") tra i dati (riferimenti),aggregazionicomplesse

– operazioni complesse� specifiche per i diversi tipi di dato — es. multimedia

� associate anche ai tipi definiti dall'utente� transazioni di lunga durata� attivazione comportamento in automaticp

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Introduzione - Evoluzione dei DBMS

� DBMS orientati ad oggetti – DBMS + programmazione orientata ad oggetti

� DBMS relazionali estesi o relazionali ad oggetti– DBMS relazionali estesi con concetti ad oggetti

� DBMS attivi – DMBS + comportamento reattivo AI

� DBMS multimediali– applicazione DBMS relationali ad oggetti

� DBMS deduttivi – DBMS + programmazione logica

– ricorsione

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Basi di dati ad oggetti

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Introduzione - L’orientamento ad oggetti

� Object-orientation sempre più diffuso in ambito software engineering e linguaggi di programmazione

– vantaggio di unicità del paradigma

� L'object-orientation è una tecnologia chiave per architetture software avanzate e piattaforme di sviluppo di applicazioni

� Richiede maggior tempo di progettazione iniziale � Riduce significativamente la dimensione del codice � Richiede minor tempo totale e meno sviluppatori

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Introduzione - Unicità del paradigma

� Nel tradizionale ciclo di vita del software si devono superare diverse barriere ognuna delle quali comporta problemi di comunicabilità

– dal dominio del problema all'analisi (es. DFD), alla programmazione (es. C) alle basi di dati (es. ER+relazionali)

� Nel ciclo di vita del software orientato ad oggetti le varie fasi si basano su un unico modello

– non si deve progettare separatamente la struttura della base di dati

– non si hanno problemi di comunicazione tra DBMS e linguaggio di programmazione

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Introduzione - Integrazione di sistemi eterogenei

� Un requisito importante è che le nuove applicazioni possano interagire con le applicazioni esistenti e accedere ai dati gestiti da tali applicazioni

� La scelta di uno specifico linguaggio o DBMS dipende dai requisiti correnti dell'applicazione e dalla tecnologia disponibile, che variano nel tempo

– sistemi eterogenei

� Il paradigma ad oggetti, grazie all'incapsulazione, permette di risolvere problemi di integrazione

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Basi di dati ad oggetti (ODBMS)

� Alcune delle precedenti caratteristiche suggeriscono l’introduzionedi nozioni dal paradigma orientato agli oggetti nel mondo dellebasi di dati

� A partire dalla metà degli anni '80, sono stati realizzati numerosisistemi di gestione di basi di dati a oggetti (ODBMS) — di tipoprototipale o commerciale

� I sistemi sono stati sviluppati indipendentemente, senza nessunastandardizzazione circa il modello dei dati o i linguaggi dautilizzare

� Dopo un periodo di “evoluzione,” inizia ad esserci unaconvergenza su modello e linguaggio, per far sì che sistemirealizzati da produttori diversi possano almeno interoperare

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Tecnologia ODBMS

� La prima generazione di ODBMS è composta dai linguaggi diprogrammazione a oggetti persistenti, che realizzano solo alcunecaratteristiche delle basi di dati, senza supporto per l’interrogazione, in modo incompatibile con gli RDBMS

� Gli ODBMS della seconda generazione realizzano un maggiornumero di caratteristiche delle basi di dati, e generalmenteforniscono un supporto all’interrogazioneDue tecnologie diODBMS

– OODBMS (Object-Oriented): una tecnologia rivoluzionaria rispetto a quella degli RDBMS

– ORDBMS (Object-Relational): una tecnologia evoluzionaria rispetto a quella degli RDBMS

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Basi di dati orientate ad oggetti(OODBMS)

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Introduzione - Definizione di OODBMS

� Un OODBMS è un sistema con le funzionalità e le caratteristiche di: – un linguaggio di programmazione ad oggetti – un DBMS

� Il progetto di un OODBMS richiede l'integrazione della tecnologia delle basi di dati con la tecnologia object-oriented

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Introduzione - Funzionalità di un OODBMS

� object identity� oggetti complessi� incapsulazione� ereditarietà� overloading e late

binding� completezza

computazionale � estensibilità

� Persistenza� condivisione � sicurezza� affidabilità� linguaggio di

interrogazione � efficienza

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Introduzione - A chi è adatto un OODBMS?

� Organizzazioni che: – hanno necessità di tempi di sviluppo brevi – adottano programmazione ad oggetti – hanno necessità di condividere informazione

complessa

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Introduzione - Prodotti e prototipi

� ObjectStore(Object Design)

� GemStone (Serviologic)

� O2 (Ardent Software)� POET (POET Software)

� Jasmine (Computer Associates)

� Orion (MCC) /Itasca

� Ontos (Ontologic)

� Objectivity/DB (Objectivity)

� Iris/OpenODB(HewlettPackard)

� Versant (Versant Technology)

� Vision (Innovative Systems) � GBase (Graphael)

� Statice (Symbolics)

� Trellis (Digital)

� Zitgeist (Texas Instr.)

� Matisse (Matisse Software)

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Introduzione - Cenni storici

� 1986-1989:– lancio dei primi linguaggi ad oggetti con persistenza (sistemi

standalone, non adottano piattaforme standard industriali)– es: GBase, GemStone, Vbase

� 1990:– primi OODBMS con funzionalità complete – architettura client/server, piattaforme comuni– es: Ontos, ObjectStore, Objectivity, Versant, Itasca, O2 ,

Zeitgeist

� 1991:– nasce ODMG necessità di uno standard – 1993,1997: ODMG93 e ODMG 2.0 – 1999: ODMG 3.0 object data management

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Introduzione

� OODBMS sono stati fortemente influenzati da linguaggi di programmazione ad oggetti e fortemente contrapposti a DBMS relazionali

� prodotti da piccole compagnie (non quelle che dominano il mercato dei DBMS)

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Introduzione

� Caratteristiche fondamentali:– ricchezza di strutture dati– classi e tipi definiti dall’utente– stretta integrazione con linguaggi di

programmazione ad oggetti– accesso ai dati navigazionale

� gli OODBMS si sono imposti in nicchie di mercato che non trovavano adeguato supporto dai DBMS relazionali (es. CAD)

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Introduzione

� Tali DBMS non hanno avuto il successo di mercato sperato

– più carenti per quanto riguarda le funzionalità DBMS dei consolidati prodotti relazionali

– mancanza o limitatezza di accesso associativo ai dati

– problema dei legacy system

� nel frattempo, i più diffusi DBMS relazionali (Informix, Sybase, DB2, Oracle) sono stati estesi con caratteristiche ad oggetti (ORDBMS)

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Introduzione

� Gli OODBMS forniscono persistenza a oggetti creati in Java, C++, Smalltalk:

– estensione di un ambiente di programmazione ad oggetti

� gli ORDBMS (come i relazionali) introducono una API separata (basata su SQL) per lavorare con i dati memorizzati e hanno un loro sistema dei tipi che non è puramente object-oriented

� oggi la quota di mercato che utilizza OODBMS è piuttosto bassa

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Allora perchè li studiamo?

� Storicamente importanti� ci permettono di capire meglio i concetti alla

base dei sistemi relazionali ad oggetti� “semplici da capire” SE è nota la

programmazione ad oggetti

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Modelli dei dati ad oggetti

� Una base di dati a oggetti è una collezione di oggetti� Quindi

– Entita’ = oggetto� Ciascun oggetto ha un identificatore, uno stato, e un

comportamento– l’identificatore (OID) garantisce l’individuazione in modo

univoco dell’oggetto, e permette di realizzare riferimenti traoggetti

– lo stato è l’insieme dei valori assunti dalle proprietàdell’oggetto è in generale un valore a struttura complessa

– il comportamento è descritto dall’insieme dei metodi chepossono essere applicati all’oggetto

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Modelli dei dati ad oggetti –differenze con modello relazionale

� Due differenze fondamentali– struttura complessa:

� nidificata� con identificatori gestiti dal sistema

– comportamento

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Tipo e classe

� Gli oggetti sono associati ad un tipo (intensione) e ad una classe (implementazione)

– un tipo è una astrazione che permette di descrivere (1) lo statoe (2) il comportamento di un oggetto

– una classe descrive l’implementazione di un tipo — strutturadei dati e implementazione di metodi tramite programmi

� Gli oggetti vengono raggruppati in collezioni(estensioni)

� Faremo le seguenti ipotesi semplificative– il concetto di classe descrive sia l’implementazione sia

l’estensione di un tipo

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Tipi user defined

� Ogni applicazione richiede tipi di dato specifici � Nella maggioranza delle applicazioni, i dati

sono oggetti con strutture complesse – figure geometriche di base e vettori (applicazioni

CAD) – matrici (applicazioni CAM movimenti dei bracci dei

robot) – un articolo ha un titolo, una lista di autori, un

insieme di parole chiave, una lista di capitoli, ognuno con un titolo e una lista di sezioni ...

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Tipi user defined

� Non è possibile sviluppare un DBMS che fornisca tutti i possibili tipi di dato che potrebbero servire in un'applicazione

� Gli oggetti del mondo reale devono poter essere “mappati'' in oggetti della base di dati nel modo più diretto possibile

� La soluzione è quella di fornire agli utenti dei “building blocks'' con cui costruire i tipi di dato necessari (tipi user-defined )

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Tipi – parte statica

� Un tipo descrive le proprietà di un oggetto (la partestatica) e l’interfaccia dei suoi metodi (la partedinamica)

� Relativamente alla parte statica, i tipi vengono costruitia partire da

– Tipi atomici : un insieme di tipi atomici (numeri, stringhe, ...)

– Tipi complessi : un insieme di costruttori di tipo, tra loroortogonali� record-of(A1:T1, ..., An:Tn)

� set-of(T), bag-of(T), list-of(T)� un riferimento, indicato con *T, ad altro tipo definito nello schema

è considerato un tipo, utilizzato per rappresentare relazioni traoggetti (associazioni)

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Tipo complesso - esempio

automobile: record-of(targa: string, modello: string,il_costruttore: record-of(

nome: string,presidente: string,stabilimenti: set-of(

record-of(nome: string, citta: string,addetti: integer))),

colore: string, prezzo: integer,partiMeccaniche: record-of(

motore: string,ammortizzatore: string))

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Tipo complesso - esempio

automobile: record-of(targa: string, modello: string,il_costruttore: costruttore_t,colore: string, prezzo: integer,partiMeccaniche: record-of(

motore: string,ammortizzatore: string))

costruttore: record-of(nome: string,presidente: string,stabilimenti: set-of(

record-of(nome: string, citta: string,addetti: integer)))

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Valore complesso - esempio

� E’ possibile definire dei valori complessi compatibili con un tipocomplesso

V1: [targa: “MI67T891”, modello: “uno”,costruttore: [

nome: “FIAT”, presidente: “Agnelli”,stabilimenti: {

[nome: “Mirafiori”, citta: “Torino”, addetti: 10000],[nome: “Trattori”, citta: “Modena”,addetti: 1000]}],

colore: “blu”, prezzo: 15.5M,partiMeccaniche: [motore: “1100CV”, ammortizzatore: “Monroe”]]

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Oggetti e valori

� L’uso di tipi e valori complessi permette di associare ad un singolo oggetto una struttura qualunque

� Un oggetto è una coppia (OID, Valore), dove OID (object identifier) è un valore atomico definito dalsistema e trasparente all’utente, e Valore è un valorecomplesso

� Il valore assunto da una proprietà di un oggetto puòessere l’OID di un altro oggetto (realizzando così un riferimento)

� L’uso dei riferimenti permette di “normalizzare” la rappresentazione di valori complessi.

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Tipi complessi con riferimenti

automobile : record-of(targa: string, modello: string,il_costruttore: *costruttore,colore: string, prezzo: integer,partiMeccaniche: record-of(motore: string,ammortizzatore: string))

costruttore : record-of(nome: string, presidente: string,stabilimenti: set-of(*stabilimento))

stabilimento : record-of(nome: string, citta: string,addetti: integer)

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Oggetti - esempio

� O1: <OID1, [targa: “MI67T891”, modello: “uno”, costruttore: OID2, colore: “blu”,prezzo: 15.5M, motore: “1100CV”, ammortizzatore: “Monroe”]>

– Oggetto di tipo automobile

� O2: <OID2, [nome: “FIAT”, presidente: “Agnelli”, stabilimenti: {OID3,OID4}]>

– Oggetto di tipo costruttore

� O3: <OID3, [nome: “Mirafiori”, citta: “Torino”, addetti: 10000]>– Oggetto di tipo stabilimento

� O4: <OID4, [nome: “Trattori”, citta: “Modena”, addetti: 1000]>– Oggetto di tipo stabilimento

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Oggetti - identificatori

� Ogni oggetto ha un identificatore (OID) che lo distingue da tutti gli altri oggetti nella base di dati

� L'identificatore è immutabile ed indipendente dal valore dell'oggetto

� Gli OID in genere non sono visibili agli utenti

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Oggetti - identificatori : Esempio

� La persona “Mario Rossi”, residente in via Piave, è un oggetto

� può essere identificato dall’OID 417� se cambia indirizzo, il suo OID rimane 417

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Oggetti – differenze tra identificatori e chiavi

� Immutabilita’– Una chiave (valore di uno o più attributi) può essere modificata– l'OID è invece immutabile

� Gestione– Usando le chiavi, il programmatore deve:

� selezionare gli attributi da utilizzare come chiave � assicurare l'unicità dei valori di chiave

– Gli OID sono gestiti completamente dal sistema � Unicita’

– Le chiavi sono uniche all'interno di una relazione – Gli OID sono unici all'interno dell'intero sistema

� Semplicita’ di gestione– Poiché gli oggetti sono riferiti in modo uniforme è più semplice gestire

collezioni di oggetti eterogenei (es. insieme di persone e di dipartimenti)

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Oggetti - identità e uguaglianza

� Il concetto di OID introduce due tipi di uguaglianza tra oggetti: – identità (O1 = O2) se i due oggetti hanno lo stesso

OID – uguaglianza per valore se i due oggetti hanno lo

stesso valore� Shallow (O1 == O2): gli attributi corrispondenti sono

identici � Deep (O1 === O2): gli attributi corrispondenti sono uguali

(per valore)

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Oggetti - Esempio

� O1 = <OID1, [a, 10, OID3]>� O2 = <OID2, [a, 10, OID4]>� O3 = <OID3, [a,b]>� O4 = <OID4, [a,b]>

� NOT O1 == O2� O1 === O2 � O3 == O4� O3 === O4

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Oggetti - Esempio

NOT Articolo[i] == Articolo[k] NOT Autore[j] = Autore[h]Articolo[i] === Articolo[k] Autore[j] == Autore[h]

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Oggetti e valori - differenze

� I sistemi in genere permettono di distinguere tra valori (anche complessi) e oggetti

� Tra valori atomici e oggetti le differenze sono nette� Tra valori complessi e oggetti, la differenza principale

e’ data dalla presenza di un identificatore per l’oggetto� Differenza 1

– i valori atomici sono astrazioni universalmente conosciute (stesso significato per ogni utente)� Ad esempio , il valore del numero 4 è universalmente noto, quindi

in ogni applicazione, 4 mantiene lo stesso significato– gli oggetti (ma anche i valori complessi) hanno un significato

che dipende dall’applicazione� la struttura dell’oggetto Articolo[i] dipende dall’applicazione

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Oggetti e valori - differenze

� Differenza 2– I valori atomici sono built-in nel sistema

– gli oggetti (e i valori complessi) devono essere definiti

� Differenza 3– l’informazione rappresentata da un valore è se stesso

– l’informazione di un oggetto è rappresentata dalle relazioni conaltri oggetti e valori

� Differenza 4– i valori (atomici o complessi) sono utilizzati per descrivere altre

entità

– gli oggetti sono le entità che devono essere descritte

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Oggetti- associazioni

� Le associazioni vengono rappresentate tramite riferimenti

� Il concetto di riferimento presenta analogie con quello di puntatorenei linguaggi di programmazione, e con quello di chiave esterna in un sistema relazionale. Tuttavia

– i puntatori possono essere corrotti (dangling, appesi);– i riferimenti a oggetti (in un buon ODBMS) vengono invalidati

automaticamente in caso di cancellazione di un oggetto referenziato– le chiavi esterne sono visibili, in quanto realizzate tramite valori; gli

identificatori d’oggetto non sono associati a valori visibili dall’utente– modificando gli attributi di una chiave esterna, è possibile perdere

riferimenti; modificando il valore di un oggetto referenziato, ilriferimento continua ad esistere

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Oggetti – Associazioni : Esempio

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Oggetti - Associazioni

� Modello relazionale:– value-based– le associazioni tra entità sono rappresentate per valore tramite chiavi

esterne– Bidirezionale– Necessita’ di dividere gli oggetti strutturati in piu’ tabelle

� Uso di join durante l’esecuzione di interrogazioni per ricomporre il valore

� Modello ad oggetti:– identity-based– tramite riferimenti tra oggetti (puntatori)– navigazione (direzionale) del riferimento – rappresentazione diretta di oggetti strutturati senza bisogno di

decomporli in unità più piccole (tuple o record) � ricerca e ricomposizione più veloce

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Impiegati123 Mario Rossi … 3

Oggetti - Associazione: Esempio

Dipartimenti3 Ricerca …

Impiegato[i]

Imp#: 123 Nome:Mario

Cognome: Rossi …

Dip#: Dipartimento[j]

Dipartimento[i]

Dip#: 3 Nome:Ricerca

...

Chiave esterna

Riferimento tra oggetti

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Tipi - Gerarchia di aggregazione

� Gerarchia tra tipi (vedremo poi anche tra classi)

� Se un tipo T compare nella definizione del dominio di un attributo A di un tipo T’, si dice che c’è una relazione di aggregazione (o clientship) tra T’ e T (indicato con T’ � T)

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Tipi - Gerarchia di aggregazione

� La relazione di aggregazione puo’ essere:– Semplice , se A: T, cioe’ A e’ un valore di tipo T

� T’ � T– Complessa , se A ha tipo complesso definito su T. Per

esempio� A: set_of(T), A:tuple(…,T,…)� T’ � set_of(T)

– Semplice per riferimento , se A: *T, cioe’ A e’ un riferimentoad un oggetto di tipo T (contiene quindi il suo OID)� T’ �* T

– Complessa per riferimento , se A ha tipo complesso definitosu *T� T’ � set_of(*T)

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Tipi - gerarchia di aggregazione

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Tipi - gerarchia di aggregazione

� La gerarchia di aggregazione può contenere cicli

� Il dominio di un attributo può cioè essere la classe stessa

� Nell'esempio, l'attributo superiore della classe Impiegato ha come valori oggetti della stessa classe Impiegato

� I cicli possono ovviamente avere lunghezza arbitraria (cioè anche maggiore di uno)

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Tipi dinamici - metodi

� Un metodo è un modulo (funzione o procedura) � E’ caratterizzato da due componenti

– Interfaccia (o segnatura) : comprende tutte le informazioni che permettono di invocare il metodo (nome del metodo, il nome (e i tipi) degli argomenti, ed eventualmente il tipo del risultato)

� definisce i messaggi cui l'oggetto risponde � descrive interazione dell'oggetto con il mondo esterno

– implementazione : codice del metodo, scritto in qualche linguaggio di programmazione (eventualmente esteso)

� Non visibile all’esterno� ObjectStore: C++ o Java � O2: CO2 (estensione del C)

� ogni metodo ha sempre un parametro implicito che corrisponde all’oggetto sul quale il metodo viene invocato

� Il tipo specifica solo l’interfaccia del metodo

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Metodi - classificazione

� Costruttori: per costruire oggetti a partire da parametridi ingresso (restituendo l’OID dell’oggetto costruito)

� Distruttori: per cancellare gli oggetti, ed eventuali altrioggetti ad essi collegati

� Accessori: funzioni che restituiscono informazioni sulcontenuto degli oggetti (proprietà derivate)

� Trasformatori: procedure che modificano lo stato deglioggetti, e di eventuali altri oggetti ad essi collegati

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Metodi - esempio

automobile : record-of(targa: string, modello: string,costruttore: *costruttore,colore: string, prezzo: integer,partiMeccaniche: record-of(motore: string,ammortizzatore: string),public Init( // costruttore

targa_par: string,modello_par: string, colore_par: string,prezzo_par: integer): automobile,

public Prezzo(): integer, // accessorepublic Aumento( // trasformatore

ammontare: integer))

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Metodi - esempio

� Se mia_auto e’ un oggetto di tipo automobile:– mia_auto.Aumento (300) aumenta il prezzo di

mia_auto di 300

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Metodi - incapsulazione

� I metodi possono essere utilizzati per incapsulare lo stato di un oggetto

� Incapsulazione stretta– i valori degli attributi di un oggetto possono essere

letti e scritti solo tramite metodi accessori (getAttr) e trasformatori (setAttr)

– Si e’ forzati a scrivere molti metodi banali

� Incapsulazione non stretta– l’accesso ai valori degli attributi è diretto

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Incapsulazione e basi di dati

� Diversi approcci: – attributi possono essere acceduti (letti e scritti)

direttamente � es. Orion

– si forza incapsulazione stretta � es. GemStone

– si permette di specificare quali attributi possono essere acceduti direttamente e quali no (attributi pubblici e privati)� es. ODMG, O2, ObjectStore

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Metodi – overloading

� Metodi con lo stesso nome possono esseredefiniti in tipi diversi

� Esempio– Oggetto Impiegato[i] con metodo aggiorna_stip(incr:

numeric)� aggiunge incr allo stipendio di Impiegato[i]

– Oggetto Manager[j] con metodo aggiorna_stip(incr: numeric)� moltiplica lo stipendio di Manager[j] per incr

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Metodi – impedence mismatch

� I dati e le operazioni sono progettati insieme e sono memorizzati nello stesso sistema

– maggiore indipendenza logica dei dati

� si supera il problema dell’impedence mismatchpresente in SQL:

– in SQL: è necessario utilizzare SQL + linguaggio di programmazione per avere un completo potere espressivo� due linguaggi diversi� problemi di gestione codice

– in OODBMS: un unico linguaggio, che permette di definire operazioni mediante metodi associati agli oggetti� L'intera applicazione può quindi essere completamente scritta in

termini di oggetti

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Classi - Instaziazione

� L'istanziazione è un meccanismo che permette di “riutilizzare'' la stessa definizione per generare oggetti simili

� il concetto di classe è la base per l'istanziazione� Una classe specifica lo scopo delle sue istanze

specificando: – Un tipo, che definisce la struttura, cioe’ un insieme di attributi,

e un’interfaccia per gli oggetti istanza della classe

– un insieme di implementazioni, per i metodi specificati nel tipo

� Le istanze (cioe’ gli oggetti) vengono creati utilizzando i metodi costruttori

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Classi, tipi, interfacce

� Nel modello ad oggetti sono presenti diversi concetti legati alla descrizione delle caratteristiche di un insieme di oggetti: – tipo, classe, interfaccia

� La separazione tra tali concetti è piuttosto confusa e le differenze con cui i termini vengono utilizzati varia da sistema a sistema

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Classi, tipi, interfacce - differenze

� Tipo– É un concetto principalmente legato ai linguaggi di programmazione – fornisce la specifica di un insieme di oggetti o valori (e operazioni

invocabili su di essi) – è utilizzato a tempo di compilazione per controllare la correttezza dei

programmi � Classe

– Fornisce l'implementazione (stato + implementazione delle operazioni) per un insieme di oggetti dello stesso tipo

– fornisce primitive per la creazione di oggetti – è “first class object''

� Interfaccia– Fornisce la specifica del comportamento esterno di un insieme di

oggetti – può essere implementata da una classe – non può essere instanziata direttamente

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Classi – gerarchia di aggregazione

� La gerarchia di aggregazione sui tipi induce una corrispondente gerarchia di aggregazionesulle classi

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Classi - estensione

� In genere, la classe ha un significato intensionale� E’ un template che

– Permette di creare oggetti– Non corrisponde all’insieme di oggetti creati

� Oltre ad essere un template, la classe in alcuni sistemi denota anche la collezione delle sue istanze (estensione )

� Questo aspetto è importante perchè la classe diventa la base su cui sono formulate le interrogazioni

� Le interrogazioni sono significative solo se applicate a collezioni di oggetti

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Classi - estensione

� Quando la classe non ha funzione estensionale, le interrogazioni sono applicate a collezioni (insiemi)

� Possono esserci più insiemi che contengono istanze della stessa classe

� L’estensione automatica ha il vantaggio della semplicità

� L’estensione gestita dall'utente ha il vantaggio della flessibilità

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Classi - estensione: possibili approcci

� In alcuni sistemi (es. ObjectStore, GemStone e O2) la classe definisce solo la specifica e l'implementazione degli oggetti

� Le interrogazioni e gli indici sono definiti su collezioni di oggetti

� In altri (es. Orion) la classe definisce la specifica e l'implementazione, ed inoltre mantiene l’estensione (insieme delle istanze)

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Classi - estensione

� Nei sistemi con estensione non automatica l'utente mantiene generalmente l’estensione della classe

� esempio : classe Persona – si associa un nome esterno (es. Persone) ad un

oggetto di tipo Set(Persona) – dopo ogni new su Persona si inserisce l'oggetto in

Persone – per cancellare un oggetto, lo si rimuove da Persone

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Classi - persistenza degli oggetti

� Persistenza degli oggetti significa: – come gli oggetti sono inseriti nella base di dati – come gli oggetti sono rimossi dalla base di dati

� oggetti transienti :– non persistenti

– esistono solo durante la sessione di lavoro

� Nei RDBMS esistono comandi espliciti per inserire e rimuovere i dati nella/dalla base di dati (INSERT, DELETE)

� Nei OODBMS, sono possibili vari approcci

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Classi - persistenza degli oggetti

� Approcci per l’inserimento degli oggetti – persistenza automatica

� ogni oggetto diventa automaticamente persistente quando viene creato

� non c'è bisogno di un comando di inserimento esplicito

– radici di persistenza � gli oggetti creati sono transienti

� per renderli persistenti bisogna assegnare loro un nome o associarli, come componente ad un oggetto persistente

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Classi - persistenza degli oggetti

� Approcci per la cancellazione degli oggetti:– tramite un comando di cancellazione esplicito (es. Orion, Iris) – dal sistema quando non è più riferito da altri oggetti (es.

GemStone, O2)

� il secondo approccio assicura l'integrità referenziale, ma necessita di un meccanismo di garbage collection

– il sistema deve supportare un algoritmo in grado di capire quando un oggetto non è più riferito ed invocare tale algoritmo periodicamente

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Classi - persistenza degli oggetti

� Molti sistemi permettono di avere istanze persistenti e transienti di una stessa classe

� Le applicazioni accedono gli oggetti in modo uniforme, indipendentemente dal fatto che siano transienti o persistenti

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Classi - attributi e metodi di classe

� Caratterizzano la classe, intesa come un oggetto

� Non si applicano alle istanze della classe, ma alla classe stessa

� Esempio : – class Persona (nome: string, stipendio:numeric,

eta‘:integer)– class-attribute maxstipendio – class-method trova—il—piu'—ricco () � Persona

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Classi - metodi di classe: costruttori

� Esempio comune di metodi di classe: costruttori (new)� Metodi invocati al momento della creazione di un

oggetto � il body consiste nell'inizializzazione degli attributi � Non hanno tipo di ritorno � é possibile definire più costruttori per ogni classe

(ovviamente con numero di argomenti diverso)

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Ereditarietà

� L’ereditarietà è un importante meccanismo di riutilizzo del codice

� Permette ad una classe, detta sottoclasse, di essere definita a partire dalla definizione di una classe giàesistente, detta superclasse

� La sottoclasse eredita attributi, messaggi e metodi dalla superclasse

� Può introdurre attributi, messaggi e metodi addizionali � Può ridefinire (override) attributi, messaggi e metodi

ereditati (con alcune restrizioni)

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Ereditarietà - esempio

� Si considerino i seguenti tipi di oggetti:

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Ereditarietà - esempio (continua)

� Nel modello relazionale sono necessarie due tabelle e tre procedure

� Con l'approccio ad oggetti Camion e Bus sono riconosciuti essere veicoli

� Si introduce quindi una nuova classe Veicolo e le classi Camion e Bus sono definite come specializzazione di Veicolo

� è necessario definire solo le caratteristiche aggiuntive delle classi

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Ereditarietà - esempio (continua)

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Ereditarietà - vantaggi

� Evita ridondanza di codice � Fornisce un potente meccanismo di

progettazione � le classi possono essere raffinate in più passi � Permette una rappresentazione dello schema

della basi di dati più concisa e meglio organizzata

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Ereditarietà - sostituibilità

� Un'istanza di una sottoclasse può essere utilizzata ovunque ci si aspetti un'istanza della superclasse

� ad una variabile di tipo Persona può essere assegnato oggetto istanza della classe Impiegato

� Ogni variabile ha quindi – un tipo statico : tipo di cui è dichiarata

– un tipo dinamico : classe più specifica dell'oggetto cui la variabile è istanziata

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Ereditarietà - overriding

� Consideriamo un’applicazione che debba visualizzare oggetti di tipo camion e di tipo bus

� In un sistema relazionale, sarebbe necessario scrivere due procedure – display camion– display bus

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Ereditarietà - overriding

� Nell'approccio ad oggetti: – si definisce una classe generale Veicolo– si definisce un'operazione display – in ogni sottoclasse si ridefinisce opportunamente

l'operazione display

– for x in X do x.display()

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Ereditarietà - overloading

� Una conseguenza dell'overriding è che allo stesso nome di operazione corrispondono differenti implementazioni

– stesso nome usato per scopi diversi

– overloading

� Nell’esempio l'operazione display() ha almeno tre implementazioni differenti: veicolo, camion, bus

� L'overloading si può avere anche in assenza di ereditarietà (es. operazione =)

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Ereditarietà - late binding

� L'overriding implica l'utilizzo del late binding� Il metodo da utilizzare per rispondere ad un

messaggio non può cioè essere deciso a compile time ma solo a run-time

� Un oggetto risponde ad un messaggio eseguendo il metodo più specifico, che non è necessariamente noto a compile time

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Ereditarietà - method lookup(dispatching)

� È l'operazione effettuata dal sistema per determinare il metodo da eseguire per rispondere ad un messaggio

� Si determina la classe più specifica cui l'oggetto ricevente appartiene (il suo tipo dinamico)

� Si determina la superclasse più specifica di tale classe che fornisca un'implementazione per il metodo invocato (risalendo la gerarchia di ereditarietà)

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Ereditarietà - Method lookup: esempio

� Classe Veicolo con metodo display� Classe Camion, sottoclasse di Veicolo, ridefinisce

display� Nel codice:

– V: veicolo

– v.display� il tipo statico di v è Veicolo

– a run-time, a v può essere associato un Camion� il tipo dinamico di v è Camion

� si sceglie l’implementazione di display contenuta in Camion

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Ereditarietà - estensibilità delle applicazioni

� E’ possibile costruire applicazioni che possono essere estese senza modificarne il codice

� Modifiche allo schema (aggiunta o cancellazione di una classe) non impattano il codice applicativo

� Se si devono visualizzare anche informazioni relative ad Aerei, basta definire una nuova classe Aerei come sottoclasse di Veicoli

� Non si deve modificare né ricompilare il codice che effettua la visualizzazione degli oggetti

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Ereditarietà - ridefinizione del dominio degli attributi

� Poiché il dominio rappresenta un vincolo di integrità non è ammissibile lasciarlo ridefinire arbitrariamente nelle sottoclassi

� Sembrerebbe ragionevole lasciar raffinare il dominio sostituendogli un sottotipo del dominio ereditato

� Questa sostituzione può generare problemi di tipo a run-time

– esistono regole per evitare problemi di tipo (non le vediamo)

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Ereditarietà - ereditarietà multipla

� Permette ad una classe di avere più superclassi

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Ereditarietà - ereditarietà multipla

� Risoluzione dei conflitti alternative: – implicita basata su un ordinamento delle superclassi

� le caratteristiche per cui vi è conflitto sono ereditate dalla prima superclasse

� se ad esempio Sottomarino è definito come Veicolo a Motore Nucleare e Veicolo Acquatico le caratteristiche comuni (es. dimensioni) sono ereditate dalla classe Veicolo a Motore Nucleare

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Ereditarietà - ereditarietà multipla

� Risoluzione dei conflitti alternative: – esplicita

� l'utente specifica da quali superclassi una caratteristica per cui c'è conflitto debba essere ereditatata

� ad esempio in Sottomarino: attribute dimensioni from Veicolo Acquatico

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Ereditarietà - ereditarietà multipla

� Risoluzione dei conflitti alternative: – impedire conflitti di nome

� è possibile definire sottoclasse solo se le superclassi non hanno caratteristiche con nomi comuni

� problema del diamante – ad esempio attributo peso in Sottomarino

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Ereditarietà - diversi aspetti

� gerarchia di specializzazione (subtype hierarchy) – consistenza fra le specifiche dei tipi (sostituibilità)– comportamento degli oggetti come visto dall’esterno

� gerarchia di implementazione – condivisione del codice fra le classi

� gerarchia di classificazione – relazioni di inclusione tra collezioni di oggetti

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Accesso agli oggetti

� accesso navigazionale:– dato un OID il sistema accede direttamente (e in modo

efficiente) all'oggetto riferito – possibilità di accedere agli oggetti navigando da uno all'altro

– es. X.progetto.capo.stipendio

� accesso associativo:– attraverso linguaggio di interrogazione

– es. select nome from Impiegato where stipendio > 2000

� accesso per nome:– tramite nomi esterni specificati dall'utente

– es. MioDoc.titolo

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Accesso agli oggetti - accesso navigazionale

� l'accesso navigazionale è cruciale in molte applicazioni

� sfrutta la gerarchia di aggregazione tra gli oggetti e la presenza di riferimenti espliciti (direzionali)

� nei sistemi relazionali è estremamente inefficiente perchè richiede molte operazioni di join (una per ogni ‘.’)

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Accesso agli oggetti - accesso associativo

� i linguaggi di interrogazione sono cruciali per lavorare su grandi quantità di oggetti

� l'avere a disposizione un linguaggio di interrogazione dichiarativo ad alto livello riduce i tempi di sviluppo delle applicazioni

� i linguaggi di interrogazione dichiarativi sono alla base del successo dei DBMS relazionali – più importante caratteristica che gli OODBMS ne

hanno ereditato

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Accesso agli oggetti - nomi esterni

� i nomi esterni forniscono agli utenti riferimenti semanticamente significativi agli oggetti

� i nomi esterni permettono di definire entry pointnella base di dati: – oggetti per cui è possibile accesso diretto

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Accesso agli oggetti

� le varie modalità di accesso non sono esclusive, ma complementari

� esempio: – si seleziona un insieme di oggetti da una classe (o

collezione) con un'interrogazione dichiarativa – si naviga a partire da ogni oggetto per visualizzare

le sue componenti � una delle caratteristiche che distinguono un OODBMS

da un Persistent Object System è proprio la presenza di un linguaggio di interrogazione dichiarativo

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Linguaggi di interrogazione

� Caratteristiche principali – uso di path expressions

� Progetto.capo.nome

– scope delle interrogazioni: � singola classe

� gerarchia di ereditarietà

– invocazione di metodiSelect all from Veicoliwhere prox_revisione() > 10/11/1999

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Linguaggi di interrogazione

� la maggioranza dei linguaggi di interrogazione ad oggetti sono estensioni dei linguaggi relazionali

� la maggiore ricchezza del modello dei dati introduce nuove problematiche

– es. chiusura del linguaggio di interrogazione

� mancanza di base formale (algebra/calcolo ad oggetti) � nuove problematiche per l'ottimizzazione (metodi,

tecniche di indicizzazione specializzate)