Objektbasierte und objektorientierte Datenbanken

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1 Objektbasierte und objektorientierte Datenbanken in Vorlesung DB2 von Rainer Handel, Christoph Hautzinger Volker Schropp, Robert Westhäuser

2 Inhalt (1) Von Volker Schropp Konzepte Grundkonzepte objektbasierter DBMS Das ODBMS-Manifesto Standards Objektmodell ODL OQL, Programmiersprachenanbindung Das objektrelationale Modell

3 Grundkonzepte objektbasierter Datenbanksysteme Objektdatenbanksysteme basieren auf Objektdatenbankmodellen [1] Objekte haben zunächst Eigenschaften im Sinne der OO-Programmierung [2] Zugriff auf Daten innerhalb eines Objekts nur mithilfe von definierten Methoden [2]

4 Das ODBMS-Manifesto (1) Unbedingt notwendige Bestandteile [1] Komplexe Objekte Objektidentität Kapselung Typen und Klassen Klassen- oder Typhierarchie Overriding, Overloading, Late Binding Berechnungsvollständige Datenbankprogrammiersprache

5 Das ODBMS-Manifesto (2) Nicht notwendige Bestandteile [1] Mehrfachvererbung Nicht Objektdatenbank-spezifisch sind [1] Erweiterbarkeit Persistenz Sekundärspeicherverwaltung Synchronisation und Recovery von Transaktionen Anfragesprachen Verteilung Entwurfstransaktionen

6 Standards OMG (ObjectManagementGroup) [2] ODMG (ObjectData[Base]ManagementGroup) [2][3][4] Untergruppe der OMG Objektmodell ODL (Object Definition Language) QDL (Query Definition Language) Sprachanbindung an C++, Smalltalk, Java

7 Objektmodell (1) 3 Arten von Typen [2] Wertemengen (Literale) Schnittstellen (Interfaces) Klassen (Classes) Extensionen [2] Flache Extension Tiefe Extension Schlüssel [2] Unabhängig von Objektidentität

8 Objektmodell (2) Objekteigenschaften [2] Namen Persistenz Transaktionen

9 ODL ODL [1] definiert Objekt- bzw. Klassenstruktur interface Mitarbeiter (extent MitarbeiterExtension keys mitarbnr) { attribute Long mitarbnr; attribute String name; attribute List<String> telefone; attribute Short gehalt; void gehalt_erhöhen(in Short betrag); };

10 QDL, Programmiersprachenanbindung QDL [2] SQL ähnliche Anfragesprache Programmiersprachenanbindung [2] Anpassungen für die Programmiersprachen Smalltalk oder C

11 Das objektrelationale Datenmodell (Bsp. UNISQL) Motto: Evolution statt Revolution [1] Erweiterungen des Relationenmodells [1] Kollektionstypen Objektidentifikatoren und Referenzen Spezialisierungshierarchien Benutzerdefinierte Funktionen

12 Inhalt (2) Von Rainer Handel Ähnlichkeiten, Unterschiede Objekte Klassen Klassenattribute Schnittstellen Vererbung

13 Objekte OBDBM: Zustand = Menge von Attributen wie integer, real, character... Verhalten = Operationen, Methoden Nachrichten Rückgabewerte Identität = eindeutige Identifizierung und Unterscheidung Kapselung OODBS: Identität Substituierbarkeit Name Persistenz Transaktionen Datenbasen

14 Klassen OBDBM: fassen ähnliche Objekte zusammen Klassendefinition legt somit mögliche Zustände und Verhalten ihrer Objekte fest Objekte sind Instanzen ihrer Klasse Intension einer Klasse = Menge ihrer möglichen Instanzen Extension einer Klasse = Menge der existierenden Instanzen OODBS: Attribute Operationen Beziehungen -> stets bidirektional können Schnittstellen von anderen Klassen erben -> keine Mehrfachvererbung von Klassen definieren nur abstrakte Eigenschaften

15 Klassenattribute OBDBM: stets gleich veränderbar nicht an Instanz gebunden OODBS: Referenzen oder Wertemengen

16 Schnittstellen OBDBM: definieren nur Verhalten (Methoden) keine Vorgaben für Implementierung Vererbung an Klassen oder an andere Schnittstellen OODBS: Menge von Operationen ohne Zustand Name muss eindeutig sein, kein Überladen

17 Vererbung OBDBM: Objekte können ähnlich sein Klasse solcher Objekte ist Spezialisierung der allg. Klasse Substituierbarkeit Klassifikation Spezialisierung OODBS: Klassen können von anderen Klassen deren Schnittstellen erben keine Mehrfachvererbung von Klassen, ausschließlich von Schnittstellen Mehrfachvererbung Polymorphie

18 Inhalt (3) Von Robert Westhäuser Unterschiede zwischen relationalen und objektorientierten Datenbanken Speicher/Objektstruktur Informationsverteilung Standards Im Alltagseinsatz Qualitätsüberprüfung Realisierung komplexer Projekte

19 Erklärung Realisierung im relationalen Datenbankmodell Vorteile Nachteile Realisierung im objektorientierten Datenbankmodell Vorteile Nachteile

20 Speicher / Objektstruktur Tabellen Attribute (Spalte) Tupel (Zeile) Nachteil: Ein Attributwert kann keine Tabelle enthalten Objekte Werte: Literale und selbsdefinierte Datenstrukturen Struktur: Interfaces Struktur und Werte: Klassen Attribute, Methoden Vorteil: ein Objekt kann ein Objekt enthalten (orthogonal)

21 Informationsverteilung Mengenorientiert Zerstreut, d.h. das Objekt betreffende Informationen können über mehrere Tabellen verteilt sein Nachteil: künstliche Schlüssel nötig, die vom User verwaltet werden müssen Objektorientiert Informationen können zerstreut sein, werden aber per automatisch zugewiesener ID identifiziert (Systemverwaltet)

22 Standards SQL (1983, IBM, Urversion der heutigen) Vorteile: Sehr weit verbreitet (~80%) Quasi-Standard ERM-Entity Relationship Model (seit 1976) UML (Entwicklung) Objektorientierung Vorteil: geringer impedance mismatch (semantische Lücke zwischen Programmiersprache und DB) Nachteil: schwerer erlernbar ODMG (etabliert?) OQL

23 Im Alltagseinsatz Vorteile: Einfache Sprache SQL Leichte Importierung vorhandener Daten (Excel-Tabellen, Messdaten...) Leichte Lesbarkeit von Tabellen Abbildung der mathematischen Mengenlehre Vorteile: Verhalten von Objekten kann beschrieben werden Geeignet für stark OOgeprägte Anwendungen z.b.: CAD (Computer Aided Design), CASE, GIS (Geoinformationssysteme), wissenschaftliche Anwendungen

24 Qualitätsüberprüfung Sehr einfach durch Überprüfung der Datenbank auf Einhaltung der Normalformen Aber: Semantik allein auf Programmierebene überprüfbar Überprüfung nach objektorientierten Kriterien möglich Stark von gewählter Sprache abhängig

25 Realisierung komplexer Projekte Komplexität der Realität nur durch Komplexität in Verwaltung und Abfragen substituierbar Verteilte Datenbanken relativ leicht zu verbinden Möglichkeit Objekte nacheinander zu schachteln (Firma -> Abteilung -> Mitarbeiter) Direkte Repräsentation als Objekt Benutzerdefinierte Datentypen möglich Komplexe Berechnungen möglich

26 Übersicht

27 Inhalt (4) Von Christoph Hautzinger In welchen Datenbanken sind diese Funktionen implementiert Software ObjectStore O2 GemStone Ontos Andere Systeme

28 Software Eher häufig ObjectStore O2 GemStone ONTOS Eher selten ITASCA ONTOS OpenODB POET VERSANT Objectivity

29 ObjectStore Entstammt aus der Entwicklung objektorientierter Sprachen Sehr eng an C++ angelehnt Aus C- und C++-Programmen können entsprechende Bibliotheksfunktionen aufgerufen werden DML, eine C++-Erweiterung, für Anfrageausdrücke Unix/MS-Windows

30 O2 O2 entstammt einem um OO-Konzepte erweitertes DBS Schnittstellen zu C und C++ Eigene Programmiersprache O2C SQL-Erweiterung als Anfragesprache Generator für Userschnittstellen Client-Server-Architektur auf Unix-Workstations

31 GemStone Entwickelt auf SMALLTALK-Basis Entwicklung aus der Linie der OO- Programmiersprachen SMALLTALK-ähnliche Sprache namens OPAL für Datenbankzugriff GemStone beruht auf SMALLTALK => Klassen und Methode Objekte auf der Metaebene Workstation-Plattformen (Sun, DEC, IBM) als Server und Client angeboten

32 Ontos Ebenfalls auf verschiedenen UNIX-Workstations unter OS/2 verfügbar Basiert auf C++ und hat eine Client-Server- Architektur. Eine Datenbank kann hier sogar über mehrere Server verteilt sein C++ einzige Programmiersprachenschnittstelle

33 Andere Systeme (1) ITASCA und OpenODB Entwicklungen von DBS mit OO Konzepten OpenODB läuft auf HP-, ITASCA auf diversen UNIX- Workstations POET, VERSANT durch Erweiterung von C++ um Datenbankkonzepte entstanden POET für MS-Windows entwickelt VERSANT auf UNIX-Workstations Objectivity nur auf DEC stations

34 Andere Systeme (2) Noch einige weitere Systeme => Anwender hat große Auswahl Alle Systeme recht neu => Kinderkrankheiten Es bleibt zu hoffen, dass die Systeme in ein paar Jahren diese Mängel ablegen und möglichst alle Konzepte der OO Datenbanken unterstützen

35 Literatur [1] [2] [3] [4] VS_11_Corba_J2EE_Webservices.pdf Prof. Dr. J. Winckler Verteilte Systeme WS0304 [5] [6]

36 Vielen Dank für eure Aufmerksamkeit

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