modelli dei dati e dbms di nuova generazione + labo di basi di dati ii

1

Modelli dei Dati e DBMS di Nuova Generazione

+Labo di Basi di dati II

Marco Mesiti

[email protected]

http://www.disi.unige.it/person/MesitiM/teach.html

Marco Mesiti

[email protected]

http://www.disi.unige.it/person/MesitiM/teach.html

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Organizzazione dei corsi• Modello dei dati ad oggetti• Modelli dei dati relazionali ad oggetti

• Il modello relazionale ad oggetti di Oracle• Le basi di dati attive (in particolare Oracle)• XML DBMS

• Modello dei dati ad oggetti• Modelli dei dati relazionali ad oggetti

• Il modello relazionale ad oggetti di Oracle• Le basi di dati attive (in particolare Oracle)• XML DBMS

Parte COMUNE

•I sistemi di data warehouse•Tecniche di data mining

•Regole di associazione•Alberi di decisione

•I sistemi di data warehouse•Tecniche di data mining

•Regole di associazione•Alberi di decisione

Modelli dei dati

•Organizzazione dati su memoria secondaria•Strategie di elaborazione delle interrogazioni

•Organizzazione dati su memoria secondaria•Strategie di elaborazione delle interrogazioni

Basi di dati II

I due corsi sono complementari. Ha senso inserire sono uno dei due nel piano di studi

I due corsi sono complementari. Ha senso inserire sono uno dei due nel piano di studi

3

Organizzazione di ogni corso

Progetto– progettazione e sviluppo di una base di dati relazionale ad oggetti su

Oracle Seminario

– Approfondimento di uno degli argomenti visti a lezione Progetto + Seminario

– Da svolgere in gruppi da 2 o 3 persone– Valutazione complessiva: [-2,2]– Se il seminario viene svolto entro la fine del corso, il range di

valutazione e’ [-1,3] Esame:

– 2 compitini (o scritto)– Progetto + Seminario– orale obbligatorio solo in caso di sufficienza non piena (16-17) o

scarsa su determinati argomenti

4

Orario

Lunedi’:– 13:30 – 14:30– 14:45 – 16:00

Mercoledi’– 11:00 – 12:00– 12:15 – 13:30

Orario ricevimento: mercoledi’ 14:30 – 16:00 (ufficio Prof. Bertino)

5

Introduzione

Le prime e più rilevanti applicazioni dei DBMS sono state in campo finanziario ed amministrativo

questo ha influenzato l'organizzazione e l'utilizzo dei dati nei DBMS

innovazioni hardware hanno aperto il mercato a nuove applicazioni che richiedono strumenti software adeguati

6

Introduzione

Esempi di tali applicazioni sono: – (Iper)testi, multimedia – Progettazione: CAD/CAM, CASE – Computer integrated manufacturing – Sistemi esperti/basi di conoscenza – Office automation – Reti intelligenti (telecomunicazioni) – Sistemi di supporto delle decisioni – Sistemi informativi geografici/cartografici

7

Introduzione

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)

Sistemi software molto grandi e complessi che richiedono di gestire grandi quantità di dati

8

Introduzione - requisiti nuove applicazioni

Condivisione dei dati Persistenza dei dati Grandi quantità di dati Affidabilità dei dati Interoperabilità

Dati strutturati (tipi complessi)

Semantica dei dati Modellazione del

comportamento attivazione comportamento

in automatico manipolazioni complesse

I DBMS tradizionali soddisfano solo i primi quattro requisiti

9

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

10

Introduzione - Evoluzione dei DBMS

Datawarehouse– DBMS + sistemi per il supporto alle decisioni

Datamining– DBMS + statistica

DBMS XML– DBMS + documenti XML

DBMS deduttivi – DBMS + programmazione logica

11

Basi di dati orientate ad oggetti

12

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

13

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. Data Flow Diagram), 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

14

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

15

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

16

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

17

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 – sviluppano sistemi intelligenti

18

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)

19

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

20

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)

21

Introduzione

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

programmazione ad oggetti– accesso navigazionale ai dati

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

22

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 (problemi nel garantire

compatibilita’ all’indietro)

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

23

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

24

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

25

Modelli dei dati ad oggetti - Concetti di base

Oggetti ed identificatori di oggetti Oggetti complessi

Incapsulazione Classi Associazioni Ereditarietà

26

Oggetti (riassunto caratteristiche)

Entita’ del mondo reale contraddistinte da un identificatore (OID)

L’OID e’ indipendente dallo stato dell’oggetto Diversi concetti di uguaglianza/identita’ tra oggetti Gli OID degli oggetti non sono “chiavi” degli oggetti La presenza degli OID permettono la condivisione

(sharing) di oggetti Gli oggetti complessi sono oggetti che presentano una

struttura specifica per una applicazione

40

Oggetti complessi

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

41

Oggetti complessi

Gli OODBMS forniscono: – tipi di dato strutturati – oggetti complessi – tipi di dato (ADT) specifici dell'applicazione – tipi di dato non strutturati es. binary large objects

(Blobs)

42

Oggetti complessi

Assemblati a partire da oggetti atomici mediante costruttori – Oggetti atomici true, false, 25, ''this is an atom'' – Costruttori

tuple [fname: John, lname: Doe] set {John, Susan, Mary } array <1:25, 2:20, 3:21> list [25, 20, 21]

possono a loro volta essere componenti di altri oggetti

48

Incapsulazione - Componenti di un oggetto

In un OODBMS i dati e le operazioni su di essi sono incapsulati in un'unica struttura (l'oggetto)

Un oggetto consiste quindi di: – un OID, o identificatore – uno stato, o valore, costituito dai valori per un certo numero di

attributi, o campi tali campi possono contenere riferimenti ad altri oggetti

– un comportamento costituito da un insieme di metodi o operazioni l’accesso ad un attributo “a” o metodo “m” di un oggetto “o” si indica con la

seguente path expression:– o.a– o.m

49

Incapsulazione - Metodi

La definizione di un metodo consiste di due componenti: – segnatura: specifica il nome del metodo, il nome (e i tipi) degli

argomenti, ed eventualmente il tipo del risultato – body: consiste di codice scritto in qualche linguaggio di

programmazione (eventualmente esteso) 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

50

Esempio

Interfaccia:– aggiorna_stip(int incr)

Implementazione: quando il metodo viene invocato su un oggetto “o”:

o.stipendio = o.stipendio + incr

51

Incapsulazione - Metodo: messaggi e implementazione

L'implementazione (body) delle operazioni è nascosta, cioè non è visibile dall'esterno

l'interfaccia di un oggetto è l'insieme delle segnature delle operazioni – definisce i messaggi cui l'oggetto risponde – descrive interazione dell'oggetto con il mondo

esterno

52

Incapsulazione - metodi

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 mismatch presente 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

53

Incapsulazione - Metodi

Un metodo è invocato mandando un messaggio ad un oggetto – o.aggiorna_stip(incr)

mando il messaggio aggiorna_stip all’oggetto o

Mandando lo stesso messaggio a due oggetti di due classi differenti questi possono esibire comporatamenti differenti (vedi dopo)– overloading: metodi con lo stesso nome ma

comportamento differente

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Incapsulazione - Overloading: esempio

Oggetto Impiegato[i] con metodo aggiorna_stip(incr):– aggiunge incr allo stipendio di Impiegato[i]

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

55

Incapsulazione e basi di dati

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

letti e scritti solo tramite metodi accessor (getAttr) e mutator (setAttr)

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

56


Metodi accessor:– restituiscono il valore associato ad un attributo di un

oggetto o.getStipendio: restituisce lo stipendio di un impiegato o

Metodi mutator: – modificano il valore di un attributo di un oggetto

o.setStipendio(stip): lo stipendio di o diventa stip

si è forzati a scrivere molti metodi banali

57


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

58

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 descrive le sue istanze specificando:

– una struttura, cioè un insieme di attributi – un insieme di messaggi che definiscono l'interfaccia esterna

degli oggetti – un insieme di metodi che sono invocati da tali messaggi

59

Classi - Esempio

Classe Impiegato

(

string nome,

int stipendio,

METHOD aggiorna_stip(int incr)

)

60

Classi - tipo, classe, interfaccia

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

61

Classi - tipo

É un concetto principalmente legato ai linguaggi di programmazione

fornisce la specifica di un insieme di oggetti o valori (operazioni invocabili su di essi)

è utilizzato a tempo di compilazione per controllare la correttezza dei programmi

62

Classi - classe

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

fornisce primitive per la creazione di oggetti Fornisce primitive per la creazione di

associazioni tra classi è “first class object''

63

Classi - interfaccia

Fornisce la specifica del comportamento esterno di un insieme di oggetti

può essere implementata da una classe non può essere instanziata direttamente

64

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 sistemi relazionali esistono comandi espliciti per inserire e rimuovere i dati nella/dalla base di dati (INSERT, DELETE)

65


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

66


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

67


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

68

Classi - estensione

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

69

Classi -Estensione

Per creare gli oggetti, le classi supportano sempre un metodo di creazione (new)– new_persona(): crea un nuovo oggetto di classe

persona

il metodo di creazione è un metodo di classe– si veda oltre

73

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, stipendio, eta') – class-attribute maxstipendio – class-method trova—il—piu'—ricco () -> Persona

74

Classi - metodi di classe: costruttori

Metodi invocati al momento della creazione di un oggetto il body consiste nell'inizializzazione degli attributi Non hanno tipo di ritorno ed il nome coincide con quello della

classe é possibile definire più costruttori per ogni classe (ovviamente con

numero di argomenti diverso)

Esempio– Classe Persona– costruttore: new_persona -> Persona

restituisce un nuovo oggetto istanza della classe Persona

75

Associazioni

Una associazione e’ un legame tra due classi Simile al concetto di associazione del modello

ER

Nel modello ad oggetti sono supportate solo associazioni binarie

PROGETTO IMPIEGATOCAPO

76

Associazioni: Rappresentazione in UML

Progetto

nome: String

Documento

titolo: Stringstato: Stringcommento: ...

Documenti

Impiegato

nome: Stringstipendio: Numberstelefono: Numbers

autori

superiore

progetto

capo

77

Associazioni: Traversal path

Un’associazione del modello ad oggetti viene dichiarata definendo una coppia di traversal path, uno per ogni direzione di attraversamento dell’associazione

Ogni traversal path rappresenta il legame logico tra le due classi (es: un impiegato e’ il capo di un progetto e un progetto ha un responsabile)

78

Associazioni: Traversal path

I traversal path quindi permettono di specificare l’associazione da una classe A ad una classe B e la sua inversa

Per definire un traversal path in una classe C, si usa la seguente notazione:

relationship <tipo> <nome>

inverse <relazione>;

79

Associazioni: Esempio

BAR BIRRA

BAR BIRRA

BAR BIRRA

serve

serve

servitaDA

80

Associazioni: Esempio

class Bar {attribute string nome;attribute string indirizzo;relationship Set<Birra> serve inverse Birra::servitaDa;

}class Birra {

attribute string nome;attribute string manuf;relationship Set<Bar> servitaDa inverse Bar::serve;

}

Il tipo dell’associazione servee’ un insieme di oggetti Birra.

L’operatore :: lega il nome sulla destra al contesto in cui si trova tale nome, sulla sinistra

81

Associazioni: Tipi

Il tipo di una associazioni puo’ essere:1. Una classe, (ad es. Bar). Un oggetto di Birra

puo’ essere associato a un solo oggetto di Bar.

2. Set<Bar>: l’oggetto e’ associato con un insieme di oggetti di Bar.

3. Bag<Bar>, List<Bar>, Array<Bar>: l’oggetto e’ associato ad un bag, list, o array di oggetti di Bar.

82

Associazioni: Molteplicita’

Associazioni “molti-a-molti” hanno Set<…> come tipo della associazione e della sua inversa

Associazioni “molti-a-uno” hanno Set<…> come tipo della associazione dal lato “uno” e solo la classe per l’associazione dal lato “molti”

Associazioni “uno-a-uno” hanno classi come tipo in entrambe le direzioni

83

Associazioni: Esempio di moltiplicita’

class Bevitore { …relationship Set<Birra> ama inverse Birra::fans;relationship Birra birraTop inverse Birra::superfans;

}class Birra { …

relationship Set<Bevitore> fans inverse Bevitore::ama;relationship Set<Bevitore> superfans inverse Drinker::birraTop;

}

Molti-a-molti usa Set<…>in entrambe le direzioni.

Molti-a-uno usa Set<…>solo dalla parte di “uno.”

84

Associazioni: Associazioni n-arie e binarie con attributi

ODL non supporta:– associazioni binarie con attributi – associazioni ternarie o di grado superiore

E’ possibile modellare tali situazioni attraverso una classe di “connessione”, i cui oggetti rappresentano le tuple di oggetti che si vorrebbero mettere in relazioni atttraverso l’associazione (eventualmente con i relativi attributi).

85

Associazioni: Classi di connessione

Si supponga di voler connettere le classi X, Y, e Z attraverso l’associazione R.

Si crea una classe C, i cui oggetti rappresentano triple di oggetti (x, y, z) presi dalle classi X, Y e Z, rispettivamente.

Sono necessarie tre associazioni “molti-a-uno” da (x, y, z) per ogni x, y e z.

86

Associazioni: Esempio di classe di collegamento

Si supponga di avere le classi Bar e Birra e di voler rappresentare il prezzo a cui un bar vende una birra

– Una associazione “molti-a-molti” tra Bar e Birra non puo’ avere un attributo prezzo come nel modello E.R.

Una soluzione: Creare una classe BBP che ad ogni birra e bar associa il prezzo relativo.

La classe BBP deve contenere due associazioni “molti-a-uno” tra un suo oggetto e gli oggetti di Bar e Birra che rappresenta.

87

Associazioni: Esempio di classe di collegamento

class BBP {

attribute prezzo:real;

relationship Bar ilBar inverse Bar::aBBP;

relationship Birra laBirra inverse Birra::aBBP;

} Bar e Beer devono essere modificate per

contenere la relazione aBBP di tipo Set<BBP>.

88

Associazioni: Un altro esempio

Si supponga di avere le classi:– Progetto– Impiegato– Sede

E di voler rappresentare l’associazione AssegnatoA che rappresenta il fatto che un impiegato e’ assegnato ad un progetto in una sede

Questa associazione viene modellata inserendo una quarta classe AssegnatoA che contiene le triple di oggetti <p,i,s> che specifica che l’impiegato i e’ assegnato al progetto p nella sede s.

89

Associazioni: Implementazioni

Molti OODBMS non supportano direttamente le associazioni

Le associazioni vengono modellate attraverso attributi

In questi casi:– E’ possibile specificare una sola direzione di

attraversamento della associazione– Se vengono specificati entrambi gli attributi, non ho

garanzia della loro reciprocita’

90

Gerarchie di aggregazione

Le associazioni stabiliscono una gerarchia di aggregazione tra classi

In particolare, nella modellazione delle associazioni attraverso attributi, se una classe C è il dominio di un attributo A di una classe C’, si dice che c’è una relazione di aggregazione (o clientship) tra C’ e C

91

Associazioni: Esempio (ER)

Progetto Documento

RapportoTecnico

Articolo

Task

Impiegato

11..*

1

1..*

1

1..*

1..*

1..*

1

1..*

autore

documenti

capo

1..*

1..*

parti

partecipa

1

0..*

responsabile1

0..*

lavorasuperiore

nometitolo stato commento

data numero istituzione

rivista data_pubbl

nome stipendiotelefono

mesi_uomodata_in data_fin

92

Associazioni: Esempio (UML)

Progetto

nome: String

Documento

titolo: Stringstato: Stringcommento: ...

RapportoTecnico

istituzione:Stringnumero:Numberdata: Date

Articolo

rivista: Stringdata_pubbl: Date

Task

mesi_uomo: Numberdata_in: Datedata_fin: Date

Documenti

Impiegato

nome: Stringstipendio: Numberstelefono: Numbersresponsabile

autori

superiore

progetto

tasks

capo

tasks

11..*

1

1..*

1

1..*

1..*

1..*1..*

1..*

1

1..*

93

Associazioni: Esempio di modellazione con attributi

94

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 già esistente, detta superclasse

La superclasse 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)

95

Ereditarietà - esempio

Si considerino i seguenti tipi di oggetti:

96

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

97

Ereditarietà - esempio (continua)

98

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

99

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

100

Ereditarietà - overriding

Consideriamo i seguenti tipi di oggetti:

bitmap, window, impiegato (record)

e un'applicazione che debba visualizzare oggetti di tali tipi

In un sistema convenzionale bisogna scrivere tre procedure – display bitmap, display window, display impiegato

101


102


Nell'approccio ad oggetti: – si definisce una classe generale (astratta) Screen Object con

tre sottoclassi: bitmap, window, impiegato – si definisce un'operazione display – in ogni sottoclasse si ridefinisce opportunamente l'operazione

display

for x in X do x.display()

Questo tipo di operazione va sotto il nome di overriding.

103

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 in bitmap, window, impiegato

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

104

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

105

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)

106

Ereditarietà - Method lookup: esempio

Classe Persona con metodo aggiorna_stip Classe Manager, sottoclasse di Persona, ridefinisce

aggiorna_stip Nel codice:

– p: persona– p.aggiorna_stip(incr)

il tipo statico di p è Persona

– a run-time, a p può essere associato un Manager il tipo dinamico di p è manager si sceglie l’implementazione di aggiorna_stip contenuta in Manager

114

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

115

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 ‘.’)

116

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

117

Accesso agli oggetti - nomi esterni

i nomi esterni forniscono agli utenti riferimenti semanticamente significativi agli oggetti

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

118

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

119

Linguaggi di interrogazione

Caratteristiche principali – uso di path expressions

Progetto.capo.nome

– scope delle interrogazioni: singola classe gerarchia di ereditarietà

– invocazione di metodi Select all from Veicoli

where prox_revisione() > 10/11/1999

120

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)

121

Lo standard ODMG

OMG (Object Management Group) – associazione privata nata nel 1989 con lo scopo di

promuovere l'uso di standard nell'area oo – Data General, HP, Sun, Canon, American Airlines,

Unisys, Philips, Prime, Gold Hill, SoftSwitch, 3 Com +1991 AT&T, Digital, NCR, Bull, IBM, Olivetti

ODMG (Object Data[base] Management Group) è uno dei working group di OMG, che consiste dei maggiori produttori di OODBMS (circa il 90% del mercato)

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Lo standard ODMG - scopo del consorzio

Sviluppare una serie di standard per favorire portabilità, riusabilità e interoperabilità degli OODBMS commerciali

successo dei RDBMS legato all’esistenza di standard, differenze tra i modelli dei vari OODBMS sono un ostacolo alla loro diffusione

ODMG nel contesto OO stesso ruolo di SQL in quello relazionale

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ODMG - risultati

1993: ODMG 93 standard – [R. Cattell, The Object Database Standard: ODMG93,

MorganKaufmann, 1993]

1997: ODMG 2.0 standard – [R. Cattell et al., The Object Database Standard:

ODMG 2.0, MorganKaufmann, 1997]

1999: ODMG 3.0 standard – [R. Cattell et al., The Object Database Standard:

ODMG 3.0, MorganKaufmann, 1999]

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ODMG - componenti

Object Model (modello dei dati ad oggetti) Object Definition Language (ODL) la base è

l'interface definition language (IDL) di CORBA Object Query Language (OQL) linguaggio di

interrogazione dichiarativo (la base è SQL) Bindings per linguaggi, per C++, Smalltalk,

Java

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ODMG 3.0 ODL - Esempio

126

ODMG 3.0 ODL - Esempio (continua)

127

ODMG 3.0 ODL - Esempio (continua)

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lo standard ODMG comprende un linguaggio di interrogazione dichiarativo OQL che è stato fortemente influenzato dal linguaggio di interrogazione di O 2

molti OODBMS ODMG compliant non implementano (ancora) OQL, o ne implementano solo un sottoinsieme

ODMG 3.0 - OQL

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ODMG 3.0 - OQL: esempi

determinare i task con almeno 20 mesi uomo il cui responsabile guadagna almeno 2000

select t from Tasks t

where t.mes_uomo > 20 and

t.responsabile.stipendio > 2000

il risultato è di tipo bag < Task >

130


determinare la data di inizio dei task con almeno 20 mesi uomo

select distinct t.dat_in

from Tasks t

where t.mes_uomo > 20

il risultato è un letterale di tipo set < date >

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determinare la data di inizio e la data di fine dei task con almeno 20 mesi uomo

select distinct struct(di: t.dat_in, df: t.dat_fine)

from Tasks t

where t.mesi_uomo > 20

il risultato è di tipo

set < struct(di : date; df : date) >

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determinare i rapporti tecnici che hanno lo stesso titolo di un articolo

select tr

from Rapporti_Tecnici tr, Articoli a

where tr.titolo = a.titolo

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Modello dei dati ad oggetti - esempio di schema

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Progettazione di schemi ad oggetti

Metodologie di progettazione ad oggetti (es. UML)

La componente strutturale/statica (es. class diagrams) non è molto diversa dai diagrammi Entità-Relazione

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Progettazione di schemi ad oggetti

Entità– oggetto– Diverse modalità di identificazione (non è necessario introdurre codici se

non semanticamente significativi per l'applicazione) – Possibilità di rappresentare direttamente attributi multivalore e strutturati

insieme di entità– classe (collezione)– attributi– metodi (non distinguiamo tra interfaccia e implementazione)– attributi complessi– Aggregazione/associazione

modelli dei dati e dbms di nuova generazione + labo di basi di dati ii

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