面向对象的关系数据库设计

　　一、概念的区分

　　有些人把面向对象的数据库设计(即数据库模式)思想与面向对象数据库管理系统(OODBMS)理论混为一谈。其实前者是数据库用户定义数据库模式的思路,后者是数据库管理程序的思路。用户使用面向对象方法学可以定义任何一种DBMS数据库,即网络型、层次型、关系型、面向对象型均可,甚至文件系统设计也照样可以遵循面向对象的思路。 面向对象的思路或称规范可以用于系统分析、系统设计、程序设计,也可以用于数据 结构设计、数据库设计。OOSE自上至下、自始至终地贯彻面向对象思路,是一个一气呵成 的统一体。面向对象的数据库设计只是 OOSE 的一个环节。

　　二、数据库设计的重要性

　　一般数据库设计方法有两种,即属性主导型和实体主导型。属性主导型从归纳数据库应用的属性出发,在归并属性集合(实体)时维持属性间的函数依赖关系。实体主导型则先 从寻找对数据库应用有意义的实体入手,然后通过定义属性来定义实体。一般现实世界的 实体数在属性数 1/10 以下时,宜使用实体主导型设计方法。面向对象的数据库设计是从对象模型出发的,属于实体主导型设计。 一般数据库应用系统都遵循以下相关开发步骤:

1设计应用系统结构;

2 选择便于将应
　　 用程序与DBMS结合的DBMS体系结构,如RDBMS;

3 根据应用程序使用的环境平台,选择适宜的DBMS(如Oracle)和开发工具(如PB);

4 设计数据库,编写定义数据库模式的SQL程序;

5 编写确保数据正确录入数据库的用户接口应用程序;

6 录入数据库数据;

7 运行各种与 数据库相关的应用程序,以确认和修正数据库的内容。

　　对以上各步骤,有几点需要说明:

(1) 这不是瀑布模型,每一步都可以有反馈。
　　在公路局系统中,以上各步不仅有反馈、有反复,还有并行处理。比如一些库表在数 据录入时,另一些库表设计还在修改。这与我们的递增式开发方法有关,也与面向对象的 特征有关。

(2) 上述顺序不是绝对的,大多数场合是从第三步开始的。

(3) 对大多数数据库应用系统来说,上述各步中最重要、最困难的不是应用系统设计而是数据库设计。

?三、DBMS的支持和数据库设计

　　多数据库应用系统开发者不重视数据库设计的原因是:他们太迷信DBMS,认为购入一个功能强大的DBMS后数据库设计就不困难、不重要了。一些国内外的数据库教材常常 是在为DBMS的开发厂商做宣传,而很少站在数据库用户角度,从数据库应用系统出发介绍数据库设计方法。结果往往使读者搞不清书中介绍的是数据库管理程序的设计思想,还是 应用这种 DBMS 进行数据库设计的思想。 其实,DBMS只是给用户为已采用的数据库提供一个舞台,而是否使用这个舞台上的道具以及唱什么戏,则完全取决于用户的戏剧脚本和导演(开发者)的安排。例如,公路局系统所使用的数据库管理系统,是以二维表为基本管理单元、支持所有关系代数操作、支持 实体完整性与实体间参照完整性的全关系型RDBMS,而我们要在这个舞台上利用上述"道具"设计一个面向对象的关系数据库。

　　四、应用对象模型与RDBMS模型的映射

　　数据库设计(模式)是否支持应用系统的对象模型,这是判断是否是面向对象数据库系统的基本出发点。由于应用系统设计在前,数据库设计随后,所以应用系统对象模型向 数据库模式的映射是面向对象数据库设计的关键。

　　1. 三层数据库模式面向对象模型的扩展

　　一般数据库设计多参照ANSL/SPARC关于数据库模式的3层标准结构提案。最接近物理数据库的内部模式由DBMS提供的SQL来描述。概念模式可以由若干个内部模式聚集而成 ,它是由数据库用户规范的一些表的集合。例如,公路局计划处数据库模式、机务处数据 库模式等,它们是逻辑数据库,常常通过库表ID来界定库边界。一般的概念模式是数据库 物理模式作用域的边界,它能实现数据库的物理意义、特定DBMS 的特殊操作对外部应用 程序的信息隐蔽。外部模式是从特定用户应用角度看待的数据库模式,从不同的应用出发对同一概念模式可以给出多种不同的外部模式。例如:公路绿化情况查询应用看到的数据 库是公路上的树木种类、数量、分布比率等, 梁隧道状况查询应用看到的是公路上的桥 梁、隧道长度、个数、路段等,但是它们可能访问的是同一个库表的不同子集。 当外部应用系统以对象模型进行抽象时,从各个应用出发抽象出的对象模型可以映射 到外部模型上,对此我们不妨称之为外部对象模型。但是,外部模型只是概念模型的子集 ,所以面向对象的数据库设计核心在于系统对象模型(不妨称之为概念对象模型) 向数据 库概念模型的映射(参见图1) 。

　　2. 对象模型向数据库表的映射规则

　　由于RDBMS是以二维表为基本管理单元的,所以对象模型最终是由二维表及表间关系来描述的。换言之,对象模型向数据库概念模型的映射就是向数据库表的变换过程。有关的变换规则简单归纳如下:

(1) 一个对象类可以映射为一个以上的库表,当类间有一对多的关系时,一个表也可 以对应多个类。

(2) 关系(一对一、一对多、多对多以及三项关系)的映射可能有多种情况,但一般映 射为一个表,也可以在对象类表间定义相应的外键。对于条件关系的映射,一个表至少应 有3个属性。

(3) 单一继承的泛化关系可以对超类、子类分别映射表,也可以不定义父类表而让子 类表拥有父类属性;反之,也可以不定义子类表而让父类表拥有全部子类属性。

(4) 对多重继承的超类和子类分别映射表,对多次多重继承的泛化关系也映射一个表 。 (5) 对映射后的库表进行冗余控制调整,使其达到合理的关系范式。

　　3. 数据库模式要面向应用系统

　　我们选择面向对象的系统设计也好,面向对象的数据库设计也好,根本目的是服务于应用系统的需要。 以公路局计划处子系统为例。计划处的最大工作量就是处理成堆的报表,因此如何有 效地存取这些报表是计划处数据库设计的关键。考虑到每月上交的报表是同构的,我们可 以创建一张库表去存储同一种报表,例如公路工程月报表。但是又产生另一个问题,当用户想查询某个月的公路工程月报表时,如何从库表中取出数据呢?按照数据库的思想应该 有一个主键来标识这张报表。在公路局的报表里,区别月报表靠上报时间和上报单位,但 如果为每条记录都加上这两个字段,无疑会加大库表冗余,增加查询时间,降低效率。更何 况每张报表都有单位负责人、填表人的属性,那么怎样解决这个问题呢?我们设计了超类 对象 X3 表和流水号表。

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