Объектно-ориентированные СУБД: история развития, связь с общими понятиями объектно-ориентированного подхода.

Начиная с 70-80-ых годов ХХ-го века развитие аппаратных средств существенно опережало развитие систем и средств программирования. Чтобы выправить положение, были предложены различные подходы к увеличению производительности труда программиста. Среди этих попыток выделяется такое популярное направление, как объектно-ориентированный подход (ООП) к конструированию и кодированию программ. Особую роль в популярности этого подхода сыграло как его тесная связь с интерфейсами пользователя (особенно графическими), так и включение элементов этого подхода в популярные реализации языков программирования C++ и Pascal with Objects фирмы Borland.

ООП также получил признание в сфере автоматизированного проектирования, как альтернатива структурного подхода в проектировании сложных (в том числе и информационных систем) и реляционной модели данных как основного средства отображения информации о сложных объектах.

Среди типовых задач, для которых ООП является перспективным, можно выделить такие:

• Проектирование сложных инженерных объектов и систем (таких как ракетные комплексы, АСУП и САПР, управление технологиями, автоматизация эксперимента, робототехника);
• Диспетчеризация, планирование современного производства;
• Сети коммуникации и связи;
• Системы искусственного интеллекта, системы поддержки принятия решений, экспертные системы;
• Операционные системы, системы реального времени;
• Системы имитации и моделирования, тренажеры и т.д.

Новая методология ориентирована, прежде всего, на создание больших сложных систем, коллективную их разработку, последующее активное сопровождение при эксплуатации и регулярные модификации.

До сих пор большинство сложных систем были построены на принципах структурного подхода, суть которого состоит в декомпозиции системы на ряд модулей, процедур, функций и структур данных, связанных общим алгоритмом функционирования. Но распространение мощных персональных компьютеров создало в 90-х годах основу для широкого применения объектно-ориентированного подхода в практике проектирования и программирования. В последнее время более широко начинают использоваться как языки программирования, созданные в рамках объектно-ориентированной методологии, так и объектно-ориентированные СУБД.

В основе объектно-ориентированной методологии (ООМ) лежит объектный подход, когда прикладная предметная область представляется в виде совокупности объектов, которые взаимодействуют между собой посредством передачи сообщений. Под объектом понимается некоторая сущность (реальна или абстрактная), обладающая состоянием, поведением и индивидуальностью. Состояние объекта характеризуется перечнем всех его возможных (обычно статических) свойств - структурой и значениями каждого из этих свойств. Поведение объекта (или его функциональность) характеризует то, как объект взаимодействует с другими объектами или подвергается взаимодействию других объектов, проявляя свою индивидуальность. Индивидуальность - это такие свойства объекта, которые отличают его ото всех других объектов. Поведение объекта реализуется в виде функций, которые называют методами. При этом структура объекта доступна только через его методы, которые в совокупности формируют интерфейс объекта.

Такой подход позволяет локализовать принимаемые решения рамками объекта, объединяя в нем и структуру и поведение, а следовательно, снижая сложность описания и реализации объекта. Эта способ объединения структуры и поведения в одном месте и сокрытия всех данных внутри объекта, что делает их невидимыми для всех, за исключением методов самого объекта называется инкапсуляцией. Это позволяет объектам функционировать совершенно независимо друг от друга, скрывая за интерфейсом детали реализации. Инкапсуляция позволяет рассматривать объекты, как изолированные "черные ящики", которые знают и умеют выполнять определенные действия. С этой точки зрения, внутреннее устройство "черных ящиков" для нас значения не имеет, нам все равно, что происходит внутри. Важно только знать, что надо положить в ящик при обращении к нему и что мы при этом из него получим. Таким образом, объекты - это минимальные единицы инкапсуляции.

Но к объекту может обращаться не только программист, разработчик или администратор, но и любой объект, функционирующий в системе. Для этого нужно только послать интересующему объекту сообщение, которое представляет требование выполнить некоторые действия. И если такое требование может быть выполнено принявшим сообщение объектом, то оно выполняется, а если не может быть выполнено, то пославший требование объект информируется о реакции на полученное сообщение.

Для упрощения описания и управления миолм объектов была введена одна из ключевых концепций объектно-ориентированного программирования - идея группировки объектов в классы, в соответствии с тем как они устроены и действуют. Под классом понимается множество объектов, связанных общностью структуры и поведения. Именно класс вначале описывает переменные и методы объекта, то есть структуру и поведение объекта. Любой конкретный объект представляет собой экземпляр класса.

Структура и поведение схожих объектов определяют общий для них класс, т.о. объект это экземпляр класса. Классы, как и объекты, не существуют изолированно.

64. Объектно-ориентированные СУБД: основные характеристики, стандарты объектных баз данных (ODL, OQL, C++, Smalltalk).

Стандарт ODMG.

ODMG (Object Data Management Group) - консорциум поставщиков ООБД и других заинтересованных организаций, созданный в 1991 г. Его задачей является разработка стандарта на хранение объектов в базах даннных. В настоящее время опубликован вторая версия стандарта, которую так и называют ODMG 2.0. Рассмотрим кратко основные положения этого документа.

Стандарт на хранение объектов ODMG 2.0 разработан на основе трех существующих стандартов: управление базами данных (SQL), объекты (стандарты OMG - Object Management Group) и стандарты на объектно-ориентированные языки программирования (C++, Smalltalk, Java).

ODMG добавляет возможности взаимодействия с базами данных в объектно-ориентированные языки программирования: определяются средства долговременного хранения объектов и расширяется семантика языка, вносятся операторы управления данными. Стандарт состоит из нескольких частей:

· Объектная модель - унифицированная основа всего стандарта. Она расширяет объектную модель консорциума OMG (см. параграф 6.3.1) за счет введения таких свойств как связи и транзакции для обеспечения функциональности, требуемой при взаимодействии с базами данных. Ключевые концепции объекной модели ODMG:

o наделение объектов такими свойствами как атрибуты и связи

o методы объектов (поведение)

o множественное наследование

o идентификаторы объектов (ключи)

o определение таких совокупностей объектов как списки, наборы, массивы и т.д.

o блокировка объектов и изоляция доступа

o операции над базой данных

· Язык описания объектов (ODL - Object Defifnition Language) - средство определения схемы базы данных (по аналогии с DDL в реляционных СУБД). ODL является расширением IDL (Interface Definition Language - язык описания интерфейсов) модели OMG и предоставляет средства для определения объектных типов, их атрибутов, связей и методов. ODL создает слой абстрактных описаний так, что схема базы данных становится независима как от языка программирования, так и от СУБД. ODL рассматривает только описание объектных типов данных, не вдаваясь в детали реализации их методов. Это позволяет переносить схему БД между различными ODMG-совместимыми СУБД и языками программирования, а также транслировать ее в другие DDL.

· Язык объектных запросов (OQL - Object Query Language) - SQL - подобный декларативный язык, который предоставляет эффективные средства для извлечения объектов из базы данных, включая высокоуровневые примитивы для наборов объектов и объектных структур. Синтаксис опретора SELECT, определенный SQL-92, является подмножеством OQL, это гарантирует, что SELECT-утверждения, выполняемые над реляционными таблицами, сохранят работоспособность и с наборами объектов ODMG. OQL-запросы могут вызываться из ОО-языка, точно также из OQL-запросов могут делаться обращения к процедурам, написанным на OO-языке. OQL предоставляет средства обеспечения целостности объектов (вызов объектных методов и использование собственных операторов изменения данных).

· Связывание с ОО-языками. Стандарт связывания с C++, Smalltalk и Java определяет Object Manipulation Language (OML) - язык манипулирования объектами, который расширяет базовые ОО-языки средствами манипулирования и хранения объектов. Также включаются OQL, средства навигации и поддержка транзакций. Каждый ОО-язык имеет свой собственный OML, поэтому разработчик остается в одной языковой среде, ему нет необходимости разделять средства программмирования и доступа к данным.