面向对象数据库前沿分析.doc

面向对象数据库前沿分析摘要：面向对象的数据库技术适合于管理Internet常见的多媒体数据类型。随着Internet应用的逐渐增长,对象技术和数据库技术的普及,使用面向对象数据库系统应用的需求将会随之增多。面向对象数据库技术发展方向，一种是建立纯粹的面向对象数据库管理系统，一种足对传统的关系数据库加以扩展，一种是多智能体系统的面向对象数据库，把面向对象技术与关系数据库相结合，建立对象关系数据序管理系统，智能体间的信息交互和行为协调是共同完成被委托任务的必要条件。关键词：面向对象数据库前沿；面向对象数据库;面向对象数据岸管理系统; 关系数据库管理系统;关系数据库； 智能体一、学术背景：目前最有影响力的数据库模型有:面向对象数据库模型(ODBMS)和对象-关系数据库模型(ORDBMS)。ORDBMS是面向对象技术与传统关系型数据库技术相结合而形成的数据库系统,也可以说是一种扩展关系数据库,它具有一定的面向对象数据库特征。面向对象的数据模型(ODBMS)吸收了面向对象程序设计方法学的核心概念和基本思想,直接采用对象数据库模型来构造数据库系统,它是一个纯正的面向对象数据库系统1）面向对象数据库模型简介1.1ODBMS的工作程序对象封装了数据和操作,子对象继承父对象的数据和操作。如何封装、如何继承由类对象定义。每个实体对象在存储时只有各属性的数据,当向该实体对象发消息时,根据实体对象查出它的类对象,根据类对象的定义对对象的数据处理,其类中有公、私有方法。对象模型数据库具有检索效率高、自然合理(与人类的思维最接近)等特性。对象模型具有几个特点:1.以复杂的数据类型存储数据,可能由相当复杂的数据类型组成。2.在同一个数据库中有种类广泛的数据类型(如:多媒体应用)。3.易于对象的多次扩充(如:应用的演变)。4.面向对象的数据库给出对象可以持续,数据库运行之间能够存储对象。5.面向对象的数据库允许各过程在分布环境中共享这些对象。6.面向对象的数据库只是将当前所需要的对象调入内存,可以减少页面的需求,而关系数据库将表中需要或不需要的数据都调入内存。1.2面向对象数据库系统的特性面向对象数据库系统具有强制性、可选性、开放性这三类强制性:一个面向对象数据库系统必须满足两个标准,首先必须是DBMS,再就是必须是面向对象系统,系统称之为对象系统所必有的特性包括:复杂对象、对象标识、封装、类型和类、继承、重载和迟绑定、计算完全性、可扩展性、持久化、辅存管理、并发、恢复和专用查询工具。2）ODBMS的优缺点：2.1优点1.每次使用对象时不需要由它们的组成表重新整合,因此,提高了存取速度,减少了管理费用。对于某些应用提高存取速度100倍。2.页面减少。3.通过数据库导航更容易,对象能够带有指针指向数据库内的其它对象。4.重载减少了开发成本。5.在整个等级制度中设置各自的锁简化了并发控制。6.基于真实世界更好的数据模型替代扩充对象模块关系模型。7.有关数据库中数据项之间传递关键信息的应用非常有效。8.关系和对象限制存储在服务器端应用中而不在客户端应用中,因此任何变化只需要在一处变更,从而减少了多处变化的需要和被覆盖的危险。9.很适合客户/服务器体系结构和分布式的构架。 2.2缺点1.在数据库中数据项的关键信息值传递的应用是比较弱的。2.由于最后捆绑引起广泛搜索继承的等级制度也会降低存取速度。3.缺乏标准,包括缺乏如SQL这样通用的查询语言。4.ODBMS还没有正式的语法,而关系型数据库具有坚实的理论依据和关系计算正确性检验标准。5.失去了简单的关系表。6.面向对象范式的变化可能使得移植ODBMS变得困难。3）面向对象数据库ODBMS的应用：面向对象的数据库技术是领先的,它适合于管理Internet常见的多媒体数据类型,随着Internet应用的逐渐增长,数据库系统使用ODBMS的数据库用户会随之增多。目前,ODBMS数据库在数据库市场中虽没有扮演主要角色,可是,它们在以下领域有一定的市场:电子商务产品和服务的提供者,使用ODBMS数据库。因为ODBMS数据库管理复杂的对象特别有效,它们可以很好地管理复杂的数据关系;ODBMS数据库广泛应用在人工智能和CAD/CAM 应用领域,CAD/CAM 应用也使用在多媒体数据类型中,使ODBMS数据库工作更有效;医院看护病人跟踪系统,使用ODBMS数据库。因为对于医护人员使用ODBMS数据库管理病员信息比使用关系数据库工作更容易;仪器公司使用面向对象分析和设计方法来开发产品,因为面向对象技术能有效地帮助捕捉仪器的结构和运行情况。面向对象也提供机械装置继承性,对于开发新仪器将更加快速和简单,这有助于公司产品迅速投入市场;在金融、保险领域中使用ODBMS技术。总之,ODBMS主要应用于CAD/CAM 和通信等特殊应用领域,或用作专门管理复杂对象的服务器。ODBMS将成为下一代数据库系统的典型代表,而在其取代关系数据库之前必须要解决好标准化和性能两方面的问题。通过以上问题的讨论,使学生对此技术有了一定的了解,并组织了对此领域感兴趣的同学进行专题讨论,为今后该技术的发展打下一定的基础。二、面向对象数据库前沿的发展：2.1面向对象数据库管理系统2.1.1研究方向目前 ， OO DBMS的研究集中在下面一些方向上:第一，事务管理。在工程设计等应用领域，需要长事务和协作事务，但传统的并发控制方法不适用对长事务的管理，而面向对象数据库采用版本和检人/检出等方法可提供对长事务的支持;第二，安全性问题。安全性问题是OODBMS的主要研究课题，其中，多级数据库模型被看成解决OODB安全性的一个重要途径;第三，分布式面向对象数据库(DOODB)o DOODB系统是数据库系统的一种特殊形式，它是可运行的且按照分布式面向对象的方式来存储和维护数据，并向应用的网络环境系统提供分布式数据和信息。第四，查询处理。在面向对象数据库(OODB)中，查询处理是其中重要的部分。OODBS提供了一个高级查询语言OSQL(扩展SQL支持OODB);第五，索引技术。索引在面向对象数据库中是加速查询求值的一种重要技术。与传统的关系数据库在一个属性或一组属性上建立一个索引有所不同，OODB引人3类新的索引:继承类层次索引、嵌套属性索引和复杂的二维索引。2.1.2特点及其发展趋势面向 对 象 数据库系统往往是以一种面向对象语言为基础，增加数据库的功能，主要是支持持久对象和实现数据共享。由于一切重新开始，不受已有系统的限制，面向对象的数据库不仅在处理多媒体等数据类型时可以做到游刃有余，而且在应用系统开发速度和维护等方面有着极大的优越性，对一些特定应用领域(例如CAD等)，能较好地满足其应用需求。采用这种方法有代表性的系统是:SevioI* 。公司的Gemstone; Altair开发设计的02系统;ATNT的ODE;日本的Jusminc; MCC的ORION;Onto-Logics的Ontos等等。由于 没 有 的底层基础支持，工作量大，而且技术不是很成熟，也没有统一的模式和统一的标准语言，所以OODBMS设计实现难度大。目前，还没有一个商品化的面向对象数据库或原型系统可以支持所有面向对象的性质。同时，关于面向对象本身的许多概念还没有完全统一，一个面向对象数据库到底应具备哪些特性没有一个统一的标准，不同的面向对象系统支持不同的对象说明。对于 查 询 ，每种面向对象数据库系统都提供各自的查询语言，但它们多数不与SQL标准兼容。因此，尽管这些产品允许用户创建一个灵活的数据模式并可以在该模式中加人许多实例，但却没有提供足够有力的手段从数据库中检索数据。同时 ， 它 的数据模型并不是建立在完善的数学基础之上，数据库语言缺乏形式化基础。另外，对于大多数应用所需要的视图、并发控制、用户授权、模式动态演变以及数据库参数调优等功能，面向对象数据库系统产品或者没有提供，或者存在对用户的各种约束，造成用户使用的不便，因而其应用领域受到了很大的局限。随着 O DM G( ObjectDa taM anagementGr oup，对象数据管理组，简称ODMG，是以指定对象管理标准为目的的工业协会)规范化作为对象数据库标准的巩固，其标准化成果有利于减少经销商的依赖性，并且在对象数据库经销商和用户中已取得了广泛的普及和支持，这样有助于增加并巩固对象数据库的可接受性。2.2 对象关系数据库管理系统(ORDBMS )2.2.1 研究现状在数 据 库 系统中引人00的概念、方法和机制，有多种不同的策略和方法，可归纳为以下几个方面:第一，就现有的数据库，在表格及记录面向的数据模型之上，增加一层面向对象数据模型，以实践面向对象数据处理能力;第二，用00能力扩充现有的数据库查询语言使之成为对象结构化查询语言;第三，修改现有数据库，把数据的结构修正成能提供面向对象数据库使用的模式。对象 技 术 和关系技术相结合的优点，吸引着全球数据库厂商竞相研究开发。如何在现有的关系型数据库产品中加人对象技术，即开发面向对象的关系型数据库成为数据库软件厂商竞争的一个焦点。目前许多关系数据库研究机构已在这方面作了努力。例如，INGRE公司推出了INGRFSObject Management Intelligent Database. HP公司推了出了IRIS, Oracle公司也推出了ORCLE数据库的面向对象扩充版本，SYBASE公司在其产品中以触发器和允许用户将过程作为数据库成分进行存储来实现类似面向对象的功能。2.2.2 特.点及其发展趋势这种 方 法 的好处是底层实现不用像第一种方法一样从头设计，直接借用关系数据库已有的成熟经验，可以和关系数据库共享信息。缺点是由于用到中间转换，将损失性能。这种方法只是中间过渡型产品。以 Ora cle 8为例，Oracle8被设计成能够象处理关系型数据那样存储和检索对象数据，同时提供了一致性事务控制(consistent transactional control)、安全备份和恢复(secutrebackup and recovery)、优秀的查询性能、锁定和同步、以及可缩放性(scalability)等等的优点。将对象和关系型模型和二为一可以使我们同时拥有两个世界 关系型数据库的强大功能和可靠性以及对象的灵活性和可模型化功能。虽然它不能完全符合对象关系数据库理论的所有要求，但已经包含和融人了许多面向对象技术的特征。在 20 世纪 80年代末和90年代，结合对象数据库系统和演绎数据库系统的互补优点进行的探索，导致一些演绎面向对象数据库系统(Deductive object-oriented database systerns，简称DOODS)的设计和实现。这种结合成功而巧妙的完成能扩大DBMS支持的查询范围，并且由于增加了在所产生系统的查询能力方面的功能，使系统容易实现。增加的功能已经体现在)GODS的成功应用中，例如管理半结构化数据、知识发现以及建立决策支持系统。无论 是 O RDB还是纯粹的OODB,0 0的概念和方法是其不可缺少的组成部分。究竟哪一个更适合于存储和访问复杂的数据，具有更优越性的性能，理论界和工业界还在争论，有待于在实际应用中加以比较和检验。2.3多智能体系统的面向对象2.3.1问题的提出考 虑一 个 生产型或批发型的企业内部的商品仓储信息系统。为了使整个系统具有较好的可扩展性，系统采用三层结构:数据表现层，商务逻辑层，数据访问层。在客户端运行的程序要完成两种功能:产生库存明细帐;查询某个货品是否超过存量上限或低于存量下限。现在需要这样的智能体，在获知某货品低于存量下限后自动从网络上进货。而依靠设计人员，智能体可以清楚地知道如何了解货品是否低于存量下限因为这部分工作处于系统内部，开发人员可以非常清楚地了解。但对于网络外部，就存在以下问题:(1) 除 非 指定若干地址，并且开发人员可以很精确地获取服务提供方提供服务的办法，智能体才能从网络上自动订货。如果指定若干地址，开发人员可以对服务提供方提供的服务过程和方法进行分析，并且在程序设计时把这些知识赋予智能体。但是，在智能体选择“价廉物美，的商品或服务时就会受到限制(2) 网 络 外部世界不受系统控制，一旦服务提供方改变提供服务的办法，智能体就不能自动去订货，还需要开发人员再次修改设计以适应新的情况。因此 ，要 解决这样的问题，需要做两个方面的工作:(1 )服 务 提供方需要更好地描述自己所提供的服务(2) 服 务 需求方更“聪明”一点，能了解服务提供方提供的服务，并按照描述获取服务。更清 楚 一 点，就是智能体必须在运行过程中能够“理解”另外一个智能体“说”什么.或另外一个智能体提供什么功能。双方必须建立相同的领域模型，即建立本体逻辑.、论文以能够根据库存情况自动实现网上订货的智能体为应用背景阐述，在这种应用背景中，订货方是服务需求方，提供货品方是服务提供方。论文描述的本体逻辑，就是建立双方交互的基础。2.3.2 本体逻辑的建立面 向对 象 技术(包括分布式对象技术).隐藏了实际应用对象的异构性、底层系统软件的细节，使得整个系统在