Vorlesung Datenbanken

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1 Vorlesung Kapitel 7 Objektbasierte Institut für Informatik

2 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 2 Übersicht Motivation Nachteile des Relationalen Datenmodells Objektorientierte Eigenschaften objektorientierter Datenbankmanagementsysteme (OODBMS) ODMG-Standardisierung twurf Objektrelationale geschachtelte Relationen und Normalisierung komplexe Typen und Werte mengenwertige Attribute prozedurale Elemente Referenzen Vergleich objektrelationaler und objektorientierter

3 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 3 Neue Anwendungsgebiete traditionelle Datenbankanwendungen wenige, einfache Datentypen erste Normalform kurze Transaktionen neue Anwendungsgebiete Computer Aided Design, CAD Computer Integrated Manufacturing, CIM Computer-Aided Software Engineering, CASE Geo-Informationssysteme, GIS Eigenschaften neuer Anwendungsgebiete komplexe Objekte und Kapselung der Daten neue Zugriffsstrukturen und Algorithmen zur Anfragebearbeitung lange Transaktionen navigierender Zugriff auf die Daten

4 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 4 Probleme bei der Datenmodellierung keine Möglichkeit zusammengesetzte Attribute darzustellen Beispiel: Name = Anrede + Vorname + Nachname keine Gleichbehandlung von mengen- und einwertigen Attributen Beispiel: Name = Anrede + (Titel) + Vorname + Nachname Komponenten-Beziehungen erfordert mehrere Relationen Beispiel: Polygon besteht aus Punkten einheitliche Behandlung von Beziehungen und Entitäten problematische Modellierung von Spezialisierung keine Kapselung von Struktur und Verhalten

5 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 5 Übersicht Motivation Nachteile des Relationalen Datenmodells Objektorientierte Eigenschaften objektorientierter Datenbankmanagementsysteme (OODBMS) ODMG-Standardisierung twurf Objektrelationale geschachtelte Relationen und Normalisierung komplexe Typen und Werte mengenwertige Attribute prozedurale Elemente Referenzen Vergleich objektrelationaler und objektorientierter

6 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 6 Ebenen der Objektorientierung Objektorientierung als Entwurfsparadigma aber Abbildung auf relationales Modell (ähnlich wie bei E-R Modell) Objektorientierung auch in der Realisierung Objektrelationale, Erweiterung relationaler : komplexe Typen funktionale Bestandteile Vererbung Objektorientierte, Verbindung von objektorientierten Programmiersprachen und Datenbanksystemen objektorientertes Datenmodell persistente Objekte, Mengen von Objekten Datenbankeigenschaften

7 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 7 Objekte Kennzeichen von Objekten Identität durch das System erzeugt eindeutig für jedes Objekt invariant unabhängig von Attributwerten Zustand Werte der Attribute kein direkter Zugriff auf die Attribute (Kapselung) Operationen modifizieren die Attributwerte - Verhalten Menge von Operationen (auch Methoden oder Services), die auf Zustand operieren Aktivierung durch Nachrichten an zugehörige Objekte Antwort mit einem Objekt oder einem Wert

8 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 8 Persistente Programmiersprachen Objekte existieren unabhängig von Programmen Persistenz der Objekte ist transparent für den Benutzer Objekte können im Hauptspeicher verändert werden ohne explizites Laden oder Speichern ohne Benutzung einer DML selten weitere Datenbankeigenschaften, wie z. B. Anfrageoptimierung nicht-prozedurale DML's Transaktionen Integritätsbedingungen Programmierfehler können zur Zerstörung von Daten führen

9 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 9 Persistenz von Objekten - Ansätze Checkpoint Hauptspeicherinhalt bei einem Checkpoint sichern Serialisierung gesamte Klasse als persistent kennzeichnen, z.b. durch Ableitung von einer entsprechenden Oberklasse Objekte bei der Erzeugung als persistent kennzeichnen Objekte explizit durch Nachricht als persistent kennzeichnen Objekte implizit durch Erreichbarkeit von einem root-objekt persistent

10 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 10 Persistenz von Objektidentifikatoren objektorientierte Programmmiersprache Objektidentifikator ist transienter Zeiger auf das Objekt objektorientiertes DBMS Objektidentifikator ist persistenter Zeiger auf das Objekt verweist in die Datenbank zwischen verschiedenen Aufrufen eines Programms gültig zwischen Programmaufrufen verschiedener Programme gültig Probleme bei Reorganisation der Datenbank

11 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 11 Speicherung und Zugriff auf persistente Objekte Benennung von Objekten vergleichbar Benennung von Dateien nur für einige ausgewählte Objekte möglich, z.b. für Menge aller Objekte einer Klasse (Class Extent, Ausprägung einer Klasse) bestimmte ausgezeichnete Mengen von Objekten bestimmte Objekte Verarbeitung von Mengen von Objekten Mengen von Objekten werden als Objekte von Collection Klassen behandelt Operationen, um über ein Collection Objekt zu iterieren Ausprägung einer Klasse auch als Collection Objekt darstellen

12 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 12 Object Data Management Group-Standard Object Data Management Group (ODMG) Zusammenschluss von Herstellern objektorientierter DBMS Ziel: Definition eines Standards für Portabilität und Interoperabilität Endpunkt der Entwicklung ODMG 3.0 ca. 90% aller OODBMS berufen sich auf diesen Standard ODMG 3.0 besteht aus Vorschlägen für: Object Model Object Definition Language (ODL) Object Manipulation Language (OML) Object Query Language (OQL) Einbindung in objektorientierte Programmiersprachen C++ Java Smalltalk für jede Spracheinbindung existiert eine ODL, OML und OQL

13 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 13 Literale und Objekte Literale haben keinen Objektidentifikator atomar: Basis-Datentypen (z.b. long, float, char, string) Collection: Menge von Objekten (set<t>, bag<t>,...) strukturiert: entspricht Tupel (z.b. (date, time)) auch benutzerdefiniert durch struct Objekte: haben Objektidentifikator können benannt werden haben eine Lebensdauer (Lifetime): transient / persistent Struktur: Collection-Objekte strukturierte Objekte

14 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 14 Einführung ODL unterstützt das ODMG-Modell Definitionssprache zur Schemadefinition unabhängig von Programmiersprache kompatibel zur IDL (Interface Definition Language) der OMG erweiterbar für zusätzliche Funktionalität und physische Strukturen

15 Person - name: Name... + short age() Student - class: string + void assign_advisor( lname: string, fname: string ) + void register(short cno) registered_in 3..* Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte advises 1 0..* 1..* 15 Faculty - office: string... + void give_raise(raise: float ) + void promote(new_rank: string ) works_in 1 chair 0..* Course - cname: string... + void register_student( ssn: string) 0..* offers 1 1 Department - dname: string

16 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 16 OO-Entwurf -> OO-Schema Klasse durch entsprechende Klassendefinition repräsentieren Menge der Instanzen der Klasse definieren (extent <KlassenName>) falls vorhanden Schlüssel definieren (key <Attributliste>) Assoziationen und Aggregationen ohne beschreibende Attribute durch relationship abbilden Art der Beziehung berücksichtigen Assoziationen und Aggregationen mit beschreibenden Attributen auf separate Klasse abbilden Spezialisierung abbilden auf Vererbung von Verhalten und Zustand

17 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 17 ODL - Beispiel... class Person (extent persons key ssn) { attribute struct Pname {string fname, string mname, string lname} name; attribute string ssn; attribute date birthdate; attribute struct Address {short no, string street, short aptno, string city, string state, short zip} address; short age() }

18 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte ODL - Beispiel... class Faculty extends Person (extent faculty) { attribute string rank; attribute float salary; attribute string office; attribute string phone; relationship Department works_in inverse Department::has_faculty; relationship set<student> advises inverse Student::advisor; void give_raise(in float raise); void promote(in string new_rank); };

19 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte ODL - Beispiel... class Student extends Person(extent students) { attribute string class; relationship Faculty advisor inverse Faculty::advises; relationship set<course> registered_in inverse Course::registered_students; void assign_advisor (in string lname, in string fname) raises (faculty_not_valid); void register(in short cno) raises (course_not_valid); }

20 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte ODL - Beispiel... class Department (extent departments key dname) { attribute string dname; attribute string dphone; attribute string college; attribute Faculty chair; relationship set<faculty> has_faculty inverse Faculty::works_in; relationship set<course> offers inverse Course::offered_by; };

21 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte ODL - Beispiel class Course (extent courses key cno) { attribute string cname; attribute string cno; attribute string description; relationship Department offered_by inverse Department::offers; relationship set<student> registered_students inverse Student::registered_in; void register_student(in string ssn) raises(student_not_valid, course_full); };

22 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 22 Java - ODL Java und Datenbank besitzen einheitliches Typsystem Berücksichtigung der automatischen Speicherverwaltung von Java Persistenz durch Erreichbarkeit von Root-Objekt Java-ODL liefert die Beschreibung des Schemas als eine Menge von Java-Klassen unter Verwendung der Java-Syntax Konfigurationsdatei (property file) beschreibt weitere Aspekte einer Klasse (z.b. bestehende Beziehungen)

23 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 23 Beispiel: Java - ODL class Department { DSet offers; } class Course { Department offered_by; } Einträge in der dazugehörigen Konfigurationsdatei: ;Eigenschaften für die Klasse Department class Department field offers refersto=course inverse=offered_by

24 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 24 Java - OML - Klassendefinitionen Klasse Department soll persistent machen Objekt der Klasse als Wurzelobjekt einsetzen Eintrag in Konfigurationsdatei (property file) erforderlich: class Department persistent = capable Zusätzlich: Persistenz im Quellcode vermerken: import com.xxx.odmg.*; // xxx=hersteller public class Department{ String dname; String dphone; String college; Faculty chair; public Department(String name, String phone, String coll, Faculty ch) { dname = name; dphone = phone; college = coll; chair = ch; } }

25 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 25 Java - OML - Programmbeispiel Erzeugen eines Objekts der Klasse Department, sowie Speichern und Binden an einen Namen in der Datenbank import org.odmg.*; public class Populate { static Implementation odmg = new com.xxx.odmg.implementation(); // einzige herstellerabhängige Programmzeile // (xxx=hersteller) Populate(Database db) throws ODMGException { Transaction txn = odmg.newtransaction(); txn.begin (); Department Dep = new Department("Computer Science",...); db.bind(dep, "CS") txn.commit(); }

26 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 26 Java - OML Programmrahmen // Die main-methode public static void main(string[] args) throws ODMGException { Database dbase = odmg.newdatabase(); dbase.open(args[0], Database.OPEN_READ_WRITE); // öffnet DB (DB-Name aus Kommandozeile lesen) // mit Zugangs-Mode Populate app = new Populate(dbase); dbase.close(); } }

27 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 27 OQL - Überblick ähnlich zu SQL eigenständige, interaktive, deklarative und programmiersprachenunabhängige Datenbanksprache unterstützt select-from-where-struktur keine Update Befehle Anfragen auf Mengen von Objekten (Extensionen), Strukturen und Listen Operatoren können beliebig zusammengesetzt werden, solange sie das Typsystem beachten unterstützt Ad-Hoc Anfragen Einbettung in C++, Smalltalk und Java möglich, ohne Wechsel des Paradigmas

28 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 28 OQL Grundbausteine... Standardoperationen arithmetische Ausdrücke ( z.b. +, -, /, *,...) Vergleichsausdrücke (z.b. <, <=,!=, like) Boolesche Ausdrücke (z.b. and, or, andthen, orelse) Aggregatfunktionen (z.b. sum, avg, count, exist)... Basisausdrücke benanntes Objekt CS, Ergebnis: Objekt CS der Klasse Department students, Ergebnis ist ein set<student> atomare Literale 10, 'abcd' Iteratorvariable aus dem from-teil der Anfrage

29 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte OQL Grundbausteine Konstruktorausdrücke für Objekte, Strukturen, Collections Person(name: "Hans", gebdatum: " "); Set(1, 2, 3, 4); Ergebnis: temporäres Objekt Zugriffsausdrücke "." bzw " " Hans.name identisch mit Hans name Hans.getName() identisch mit Hans getname()

30 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 30 ODMG - OQL - einfache Anfragen Finde die Namen der Departments im 'Engineering' college select d.dname from d in departments where d.college = 'Engineering' departments ist der Name der Menge aller Objekte, die zur Klasse Department gehören d ist ein Iterator, der über eine Menge von Objekten (set<department>) läuft. Äquivalent sind: d in departments departments d departments as d Ergebnis der Anfrage ist ein Collectionobjekt der Klasse bag<string> (set<string> bei select distinct)

31 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 31 ODMG - OQL - Pfadausdrücke Bestimme die Namen aller Mitarbeiter im Computer Science Department: select f.name from f in faculty where f.works_in.dname = 'Computer Science' Objekt für das Computer Science Department sei benannt mit CS: select f.name from f in CS.has_faculty Pfadausdrücke können aus Attributen, Beziehungen und Operationen bestehen

32 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 32 ODMG - OQL - Literale als Ergbnisse finde Vor- und Nachnamen aller Studierenden, die den Kurs 'Databases' belegen; Ausgabe aufsteigend nach Nach- und absteigend nach Vornamen: select struct(last_name: s.name.lname, first_name: s.name.fname) from s in students, c in courses where 'Databases' = c.cname and s in c.registered_students order by last_name asc, first_name desc Ergebnistyp der Anfrage: set<struct{last_name: string, first_name: string}> neben in sind auch for all und exists definiert: for all v in c: b exists v in c: b

33 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 33 ODMG - OQL - group by Bestimme zu jedem Department das Durchschnittsgehalt der Mitarbeiter, falls dieses übersteigt: select department, avg_salary: avg (select x.f.salary from partition x) from f in faculty group by department: f.works_in.dname having avg (select x.f.salary from partition x) > Partitionierung liefert hier Objekte der Art struct{string, bag<struct{f: faculty}>} partition bezeichnet den bag<struct{f: faculty}>

34 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 34 Java - OQL Anfragen beziehen sich auf Collections von Objekten Anfragen auf Objekte vom Typ DCollection bzw. auf davon abgeleitete Schnittstellen DSet, DBag, DArray, DList und DMap Möglichkeiten, um OQL-Anfragen auszuführen: Aufruf der query()-operation des Collectionobjekts (ggf. auch select_element(); select(); exists_element()), für das die Anfrage ausgewertet werden soll Erzeugen, Binden, Ausführen eines OQL-Query-Objekts

35 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 35 Java - OQL Collection Query Methode Interface DCollection hat Anfragemethode mit Signatur: DCollection query(string cond) throws QueryInvalidException in cond Zugriff auf das aktuelle Element der Collection über this sehr einfach keine Angabe von Parametern und keine Anfragen über das kartesische Produkt mehrerer Collections Beispiel: DCollection departments; DCollection cs; cs = departments.query ("this.dname='computer Science'");

36 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 36 Java - OQL OQLQuery Interface OQL-Anfrage über ein OQLQuery-Objekt: Erzeugen eines neuen OQL-Objekts Aufruf der create()-operation des OQLQuery-Objekts Anfrage wird als String (mit Parametern) übergeben Parameterobjekte in der OQL-Anfrage durch "$i" gekennzeichnet n Parameter erfordern n aufeinander folgende Aufrufe der bind()- Methode Ausführung der Anfrage über Aufruf der execute()-operation Schnittstelle OQLQuery liefert als Ergebnis Instanz der Klasse Object (meist Umwandlung in erwarteten Rückgabetyp erforderlich)

37 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 37 Java - OQL Beispiel Beispiel zum OQLQuery Interface: static Implementation odmg = new com.xxx.odmg.implementation(); DCollection cs; String name; OQLQuery query = odmg.newoqlquery(); query.create('select d from $1 d where d.dname= $2'); query.bind('departments'); name = new String('Computer Science'); query.bind(name); cs = (DCollection) query.execute();

38 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 38 Vorteile von OODBMS erweiterte Möglichkeiten zur Datenmodellierung Erweiterbarkeit kompatible Typsysteme für DBMS und Programmiersprache ausdrucksstarke Anfragesprache lange Transaktionen sehr gute Performance bei navigierendem Zugriff

39 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 39 Nachteile von OODBMS kein für alle OODBMS gültiges Datenmodell nicht so weit entwickelt kein generell beachteter Standard Anfrageoptimierung verletzt Kapselung keine Sichten wenig ausgeprägte Datenschutzmechanismen

40 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 40 Übersicht Motivation Nachteile des Relationalen Datenmodells Objektorientierte Eigenschaften objektorientierter Datenbankmanagementsysteme (OODBMS) ODMG-Standardisierung twurf Objektrelationale geschachtelte Relationen und Normalisierung komplexe Typen und Werte mengenwertige Attribute prozedurale Elemente Referenzen Vergleich objektrelationaler und objektorientierter

41 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 41 Eigenschaften objektrelationaler Datenmodelle Erweiterung des relationalen Modells benutzerdefinierte Typen für Relationen und Attribute mengenwertige Attributtypen komplexe Attributtypen Prozeduren, Funktionen, Methoden Vererbung grundsätzliche Eigenschaften bleiben erhalten operieren auf Relationen deklarativer Zugriff auf Daten mit SQL Kompatibilität mit bekannten relationalen Sprachen

42 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 42 Geschachtelte Relationen Beispiel: Dokumentenverwaltungssystem Buch besteht aus Titel Menge von Autoren Verlag, bestehend aus Name und Ort Liste von Schlüsselworten Relation books (nicht 1NF) title authors publisher keywords Database Systems Database Systems Concepts {Conolly, Begg} name Addison -Wesley branch Harlow {Silberschatz, Korth, Sudarshan} McGraw-Hill Boston {implementation, design} {implementation, models}

43 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 43 Version der Relation in 1NF (flat-books) title author name branch keyword Database Systems Conolly Addison-Wesley Harlow implementation Database Systems Begg Addison-Wesley Harlow implementation Database Systems Conolly Addison-Wesley Harlow design Database Systems Begg Addison-Wesley Harlow design Database Systems C. Silberschatz McGraw-Hill Boston implementation Database Systems Korth McGraw-Hill Boston implementation Database Systems Sudarshan McGraw-Hill Boston implementation Database Systems Silberschatz McGraw-Hill Boston models Database Systems Korth McGraw-Hill Boston models Database Systems Sudarshan McGraw-Hill Boston models

44 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 44 4NF Zerlegung der Relation Verbesserung des 1NF Schemas durch mehrwertige Abhängigkeiten und Zerlegung in 4NF mehrwertige Abhängigkeiten title author title keywords title name branch Zerlegung in 4NF: (title, author) (title, keyword) (title, name, branch)

45 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 45 Ausprägung der 4NF Zerlegung authors books4 title author title keyword Database Systems Conolly Database Systems implementation Database Systems Begg Database Systems design Database Systems Concepts Silberschatz Database Systems Concepts implementation Database Systems Concepts Korth Database Systems Concepts models Database Systems Concepts Sudarshan keywords title Name branch Database Systems Addison-Wesley Harlow Database Systems Concepts McGraw-Hill Boston

46 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 46 Probleme bei der 1NF bzw. 4NF Zerlegung 4NF Zerlegung keine Redundanz Benutzer müssen zur Rekonstruktion der Objekte Joins in Anfragen verwenden 1NF Zerlegung Joins sind nicht erforderlich keine Korrespondenz zwischen Buch und einem Tupel (bei geschachtelten Darstellung gegeben) viel Redundanz geschachtelte Relationen erlauben ggf. eine natürlichere Modellierung komplexer Objekte

47 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 47 Komplexe Typen und SQL:2003 Erweiterung von SQL für komplexe Typen mengenwertige Attribute große Werte strukturierte Typen Spezialisierung / Vererbung Objektidentität und Referenzen Funktionen, Prozeduren und Methoden Kontrollstrukturen Orientierung an SQL:2003 keine vollständigen Implementationen verfügbar in den meisten DBMS sind einige Eigenschaften verfügbar (Handbuch lesen!) einige Eigenschaften auf den Folien nicht Bestandteil von SQL:2003

48 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 48 Mengentypen... Arrays create table Document ( authors varchar(30) array[10] ) Zugriff auf Arryelemente über Index: authors[2] Obergrenze für die Anzahl der Elemente wird bei Deklaration festgelegt Multimengen create table Document ( keyword_list varchar(40) multiset ) ungeordnet, homogen, Duplikate sind erlaubt

49 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte Mengentypen... Operationen für Multimengen SET entfernt Duplikate CARDINALITY Anzahl Elemente ELEMENT liefert das Element eines einelementigen Multisets UNNEST Verwendung eines Multisets als Relation MULTISET [UNION INTERSECT EXCEPT] - Mengenoperationen Aggregatfunktionen für Multimengen COLLECT erzeugt Multiset aus Multimenge bei group by FUSION erzeugt Multiset als Vereinigung von Multiset Attributwerten INTERSECTION erzeugt Multiset als Schnitt von Multiset Attributwerten Prädikate für Multimengen SUBMULTISET - Teilmengenbeziehung IS A SET bzw. IS NOT A SET Test auf Duplikate

50 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte Mengentypen Beispiel: COLLECT und FUSION erzeuge Multiset der Beträge der Kredite bei der Bank select fusion(amountmultiset) from (select branch_name, collect(amount) from loan group by branch_name) as result(branch_name, amountmultiset)

51 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 51 Mengentypen Beispiele: unnest finde alle Bücher in deren Schlüsselwortliste 'database' vorkommt: select title from books where 'database' in (unnest(keyword_set)) erstelle eine Relation, die für jedes Buch und jeden Autor des Buchs Tupel der Form (Titel, Autorenname) enthält: select B.title, A from books as B, unnest (B.author-array) as A

52 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 52 Large Object Types LOBs (Large Objects): Speicherung großer, unstrukturierter Daten (Fotos, Videos, Audiodateien,...) in der Datenbank BLOB (Binary Large Object, Binärdaten) image blob(10m) movie blob(2g) CLOB (Character Large Object, Zeichenketten) book-review clob(10k) Einschränkungen für LOBs keine Vergleichsoperationen (Ausnahme: =, <>, like für CLOB) nicht in group by oder order by benutzbar nur sinnvoll in externen Anwendungen wird durch ODBC/JDBC und proprietäre Schnittstellen unterstützt dann ähnlich zur Dateiverarbeitung

53 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 53 Strukturierte Typen... Strukturierte Typen in SQL create type Publisher as (name varchar(20), branch varchar(20)); create type Book as (title varchar(20), author_array varchar(20) array [10], pub_date date, publisher Publisher, keyword_set varchar(20) multiset) strukturierte Typen zur Tabellendefinition: create table books of Book

54 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte Strukturierte Typen strukturierte Typen ermöglichen unmittelbare Repräsentation zusammengesetzter Attribute Mengentypen ermöglichen unmittelbare Repräsentation von mehrwertigen Attributen unbenannte Zeilentypen sind auch zulässig: create type Book as (title varchar(20), author_array varchar(20) array [10], pub_date date, publisher row (name varchar(20), branch varchar(20)), keyword_set varchar(20) multiset)

55 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte Strukturierte Typen Typ einer Tabelle muss nicht explizit definiert werden: create table books (title varchar(20), author_array varchar(20) array [10], pub_date publisher keyword_set date, Publisher, varchar(20) multiset)

56 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 56 Anfragen mit strukturierten Typen Finde den Titel und den Namen des Verlags zu jedem Buch: select title, publisher.name from books Punktnotation für Zugriff auf das zusammengesetzte Attribut vom strukturierten Typ Publisher

57 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 57 Entnestung in SQL Transformation einer geschachtelten Relation in eine Relation mit weniger mengenwertigen Attributen: Beispiel: select title, A as author, publisher.name as pub_name, publisher.branch as pub_branch, K as keyword from books as B, unnest(b.author_array) as A, unnest(b.keyword_list) as K

58 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 58 Erzeugung komplexer Werte / Objekte... Werte komplexer Typen über Konstruktoren erzeugen: Konstruktorfunktion für den Typ Publisher: create constructor method Publisher (n varchar(20), b varchar(20)) returns Publisher begin set self.name=n; set self.branch=b; end strukturierte Typen haben Standardkonstruktor ohne Argumente

59 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte Erzeugung komplexer Werte / Objekte Werte eines Zeilentyps können unmittelbar in Tupelnotation angegeben werden: Typ: row(name varchar(20), branch varchar(20)) Wert: row('springer','berlin ) Arrays array ['Silberschatz','Korth','Sudarshan'] Multimengen multiset[v 1, v 2,, v n ] Einfügen in die books Relation insert into books values ('Compilers', array['smith', 'Jones'], new Publisher('McGraw-Hill', 'New York'), multiset['parsing', 'analysis'])

60 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 60 Vererbung von Typen Basistyp create type Person (name varchar(20), address varchar(20)) instantiable not final; Untertypen create type Student under Person (degree varchar(20), department varchar(20)) instantiable final; create type Teacher under Person (salary integer, department varchar(20)) instantiable final; instantiable: Instanzen können gebildet werden final: keine Ableitung weiterer Typen möglich

61 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 61 Vererbung von Tabellen Sichtweise des ER-Entwurfs Tupel kann in mehreren Tabellen gleichzeitig enthalten sein Definition der people Tabelle: create table people of Person students und teachers als Untertabellen von people: create table students of Student under people create table teachers of Teacher under people jedes Tupel einer Untertabelle ist implizit in den zugehörigen Obertabellen vorhanden mehrfache Vererbung ist denkbar (in SQL:2003 nicht möglich): create table teaching_assistants of Teaching Assistant under students, teachers

62 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte Vererbung von Tabellen Konsistenzkriterien von SQL:2003 (1) jedes Tupel aus einer Obertabelle entspricht höchstens einem Tupel in jeder abgeleiteten Tabelle (2) alle Tupel in abgeleiteten Tabellen müssen verschiedenen Tupeln in der Obertabelle entsprechen (SQL:2003) Regel (1) verhindert z. B. zwei students-tupel, die einem people-tupel entsprechen Regel (2) verhindert z. B. people-tupel, die sowohl in students als auch in teachers vorkommen

63 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 63 Referenztypen objektorientierte Systeme unterstützen Referenzen auf Objekte SQL:2003 Referenzen verweisen auf Tupel Referenzen haben einen Wertebereich, d.h. sie können nur auf die Tupel der angegebenen Tabelle verweisen Tupel haben expliziten Objektidentifikator Art des Objektidentifikators wird im strukturierten Typ festgelegt spezielles Attribut zur Aufnahme des Objektidentifikators wird bei Tabellendefinition festgelegt

64 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 64 Deklaration von Referenztypen Beispiel Typ Department und Tabelle departments: create type Department (name varchar(20), head ref(person) scope people); create table departments of Department; Typ Person und Tabelle people create type Person (name varchar(20), address varchar(20)) ref is system generated; create table people of Person ref is person_id system generated; Problem: Wie werden Tupel aus people referenziert?

65 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 65 Initialisierung von Referenzen referenzierendes Tupel mit Null-Referenz erzeugen Referenz durch Zugriff auf den Objektidentifikator aktualisieren Beispiel insert into departments values ('CS', null); update departments set head = (select p.person_id from people as p where name='john') where name = 'CS';

66 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 66 Benutzerdefinierte Identifikatoren SQL:2003 unterstützt auch benutzerdefinierte Identifikatoren: Typ des Identifikators muss bei Typdefinition festgelegt werden Tabellendefinition muss benutzerdefinierte Referenz festlegen create type Person (name varchar(20), address varchar(20), ref using varchar(20)); create table people of Person ref is person_id user generated; bei Erzeugung eines Tupels muss ein eindeutiger Wert für den Identifikator angegeben werden insert into people values ('John', '23 Coyote Run', ' ')

67 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 67 Benutzerdefinierte Identifikatoren Wert des Identifikators kann an anderen Stellen verwendet werden, z.b. bei einer Einfügeoperation auf department insert into departments values('cs', ' ) Primärschlüssel als Identifikatoren verwendbar: create type Person (name varchar(20), address varchar(20), primary key (name), ref from name); create table people of Person ref is person_id derived; Primäschlüsselwert kann als Identifikator genutzt werden: insert into departments values('cs','john')

68 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 68 SQL - Pfadausdrücke Finde die Namen und Adressen aller Leiter von Departments select head >name, head >address from departments head >name ist ein Pfadausdruck Pfadausdrücke vermeiden Joins: wäre head keine Referenz, so müsste ein Join zwischen departments und people ausgeführt werden, um die Adresse des Leiters festzustellen Anfrage kann leichter formuliert werden

69 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 69 Funktionen und Prozeduren prozedurale Erweiterungen sind seit SQL:1999 im Standard enthalten Funktionen und Prozeduren geschrieben in SQL oder einer externen Programmiersprache erlauben die Definition von Geschäftsregeln in der Datenbank hilfreich bei der Behandlung spezialisierter Datentypen Beispiel: Funktion zur Überprüfung, ob sich zwei Polygone schneiden in SQL:2003 dürfen Funktionen auch Tabellen liefern strukturierte Anweisungen Schleifen, Fallunterscheidung, Zuweisung

70 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 70 SQL Funktionen Beispiel: Funktion, die zu einem Buchtitel die Anzahl der Autoren des Buchs bestimmt (verwende das 4NF-Schema mit books4 und authors): create function author_count(name varchar(20)) returns integer begin declare a_count integer; select count(author) into a_count from authors where authors.title=author_count.name; return a_count; end Finde die Titel aller Bücher mit mehr als einem Autor: select name from books4 where author_count(title) > 1

71 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 71 SQL Prozeduren author-count als Prozedur: create procedure author_count_proc (in title varchar(20), out a_count integer) begin select count(author) into a_count from authors where authors.title = author_count_proc.title end Benutzung der Prozedur mit Hilfe von call declare a_count integer; call author_count_proc( 'Database Systems Concepts', a_count); Überladen von Funktionen und Prozeduren ist möglich, solange die Signatur unterschiedlich ist

72 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 72 Tabellen als Ergebnis Beispiel create function books_of (author char(20)) returns table (title char(60), name char(30), branch char(30)) return table (select title, name, branch from books4 natural inner join authors where authors.author=books_of.author) select * from table(books_of('begg'));

73 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 73 SQL Methoden implizites Argument self, der Wert des strukturierten Typs, für den die Methode aufgerufen wurde Methodendeklaration bei der Definition eines strukturierten Typs: create type Employee as (name varchar(20), salary integer) instance method giveraise (percent integer) Methodenrumpf separat definieren: create instance method giveraise (percent integer) for Employee begin set self.salary = self.salary+(self.salary*percent)/100; end

74 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 74 Externe Funktionen externe Funktionen, die in Sprachen wie C oder C++ geschrieben sind, können integriert werden Vorteile effizient ausdrucksstark Nachteile Sicherheit Funktionscode zum Datenbanksystem hinzu laden Fehleranfälligkeit Anfragen mit solchen Funktionen sind schwer optimierbar

75 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 75 Externe Funktionen Beispiel: create procedure author-count-proc( in title varchar(20), out count integer) language C external name '/u/beckelu/sunos5/author-count-proc'; create function author-count( title varchar(20)) returns integer language C external name '/u/beckelu/sunos5/author-count-func'

76 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 76 Sicherheit und externe Funktionen Sicherheit gewährleisten durch Verwendung einer sicheren Sprache (Java) in Kombination mit Sandbox-Technik externe Funktionen/Prozeduren von separatem Prozess ausführen lassen kein Zugriff auf den Speicher des DBMS aber Performanceeinbußen manche DBMS unterstützen auch die unmittelbare Ausführung von Funktionen im Adressbereich des Systems

77 Vorlesung, SS 2008, Kapitel 7: Objektbasierte 77 Vergleich O-O vs. O-R relationale Systeme einfache Datentypen große Sicherheit bei der Bearbeitung von Anfragen hohe Effizienz bei Auswertung von Anfragen objektrelationale Systeme komplexe Datentypen große Sicherheit bei der Bearbeitung von Anfragen hohe Effizienz bei Auswertung von Anfragen objektorientierte Systeme (persistente Programmiersprachen) komplexe Datentypen Integration mit Programmiersprachen hohe Effizienz beim Verfolgen von Objektreferenzen (navigierender Zugriff)