Bancos de Dados Orientados a Objetos Claudionor dos Santos Diego Mota Collaço Estefania Borm...

Bancos de Dados Orientados a Objetos

Claudionor dos SantosDiego Mota Collaço

Estefania BormMilleni Maya Pettená

Ronaldo José AbelSamuel Grüdtner

Introdução•Visão Geral•Conceitos de um BDOO•Padrão ODMG•Principais diferenças entre BDR e BDOO•BDOO no mercado•Exemplo-Db4o

Visão Geral•Necessidade de armazenar tipos de

dados cada vez mais complexos•BD implementado respeitando os três

pilares da OO: herança, polimorfismo e encapsulamento.

•Modelagem intimamente ligada aos diagramas de classes gerados para a aplicação OO

•Servem ao mesmo propósito dos BDRs (armazenamento; recuperabilidade ...)

Visão Geral•A dificuldade dos Banco de Dados

Relacionais , em implementar em algumas aplicações complexas – como por exemplo, banco de dados para projetos de engenharia e manufatura (CAD/CAM e CIM), experimentos científicos, telecomunicações, sistemas de informações geográficas e multimídia.

•Uso crescente de linguagens de programação orientadas a objetos no desenvolvimento de aplicações de software.

•A necessidade de características adicionais na modelagem de dados também tem sido reconhecida por fornecedores de SGDBs relacionais, e as recentes versões de sistemas relacionais estão incorporando muitas das características que foram propostas para banco de dados orientados a objetos, o que resultou em sistemas conhecidos SGBDs objeto-relacionais ou relacionais estendidos.

•A última versão do padrão SQL para banco de dados relacionais inclui algumas dessas características.

Conceitos • Orientado a Objetos

remonta das LPOO.• Hoje os conceitos OO

são aplicados a diversas áreas de Banco de Dados, engenharia de software, bases de conhecimento, inteligência artificial ...

• Um objeto possui tipicamente dois componentes: ESTADO (VALOR) e COMPORTAMENTO (OPERAÇÕES).

Conceitos de um BDOO• Um BDOO armazena os objetos persistentes

permanentemente,em memória secundária, permitindo o compartilhamento desses objetos entre vários programas, e aplicações.

• Isso exige incorporar outras características bem conhecidas de SGBDs, como mecanismos de indexação, controle de concorrência e recuperação.

• O OID (identificador de objeto) é fornecido pelo sistema banco de dados, é único, com intuito de manter a integridade e identidade do objeto para garantir a correspondência direta entre Objeto

Conceitos• Objetos complexos são formados por construtores

(conjuntos, listas, tuplas, registros, coleções, arrays) aplicados a objetos simples (inteiros, booleanos, strings).

• Um objeto encapsulado tem seu estado oculto ao usuário e só pode ser consultado/modificado por meio das operações a ele associadas.

• Classes são um conjunto de objetos que possui os mesmos atributos, relacionamentos, operações

• Herança corresponde a transferência de propriedades estruturais e de comportamento de uma classe para suas subclasses.

Conceitos•Estrutura de Objeto – normalmente os

objetos são representados pela tripla (i,c,v) onde : i é o OID, c é um construtor de tipo (uma indicação como o estado do objeto é construído) e v é o estado do objeto;

•Construtores de tipo basicos : atom, tuple e set outros exemplos são o list, bag e array.

Conceitos•O1=(i1,atom,’florianópolis’)•O2=(i2,atom,’trindade’)•O3=(i3,atom,5)•04=(i4,set,{i1,i2,i3)•O5=(i5,tuple,<DNOME:i7,DNUM:i9,GER:i9,PROJ:i23

>)

Conceitos• Overriding é a redefinição da implementação

da operação e overloading é a associação do resultado da redefinição a um único nome. Late binding é resolver o nome das operações em tempo de execução

• Extensibilidade é estender os tipos já definidos pelo sistema de modo transparente para a aplicação e para o desenvolvedor da aplicação

• Completude computacional é expressar qualquer função computável no modelo de dados usando a linguagem de manipulação do SGBD

ODMG – Object Database Management Group

• Consórcio de pesquisadores e fabricantes concebido para trabalhar na criação de padrões para SGBDOOs a fim de garantir a portabilidade

• Componentes principais: Framework

- modelo de objetos - linguagem de definição de objetos (ODL)- linguagem de consulta de objetos (OQL)

Bindings - mapeamento das construções do padrão

para as linguagens de programação (C++, Smalltalk, Java)

Modelo de Objetos ODMG• Modelo de Objetos

- fornece os tipos de dados, de construtores e outros conceitos que podem ser usados na ODL para especificar esquemas de BDOO

- construção básica: objeto (identificador único) ou literal (valor único)

- objeto possui quatro características:1 - identificador (OID) único2 - nome opcional3 - tempo de vida persistente ou transiente4 - estruturaconstrução do objeto (atômico ou

coleção)

Modelo de Objetos ODMG

• O modelo de dados inclui normalmente vários construtures de tipo:- atom <valor>: inteiros, reais, strings, booleanos- set <coleção_objeto>: elementos distintos- bag <coleção_objeto>: elementos duplicados- list [i1, i2,...,in]: lista ordenada (mesmo tipo)- array [i1, i2,...,in]: vetor com tamanho máximo- tuple <a1:i1, a2:i2,...,an:in>: cada par a:i

corresponde a nome_atributo:OID- dictionary <k,v>: criação de índices sobre coleção

de objetos

Modelo de Objetos ODMG

• No modelo de objetos, um literal é um valor que não possui OID

• Existem três tipos de literais:

- atômicos: long, short, double, chart, string, boolean, etc

- literais estruturados: Date, Interval, Time, Timestamp

- literais coleção: set, list, array, bag

Modelo de Objetos ODMG• Herança

- todos herdam a interface básica Object

Modelo de Objetos ODMG• Herança

- de comportamento (somente operações) entre interfaces entre interface e classe é permitida herança múltipla

- extends (comportamento (operações) e estado (atributos e relacionamentos)) somente entre classes não é permitida herança múltipla

Modelo de Objetos ODMG• Interfaces

- não são instanciáveis - especificam o comportamento de um objeto - podem possuir atributos e relacionamentos, mas

estes não são herdadosinterface Time : Object { ... unsigned short hour(); unsigned short minute(); unsigned short second(); unsigned short milisecond(); ... boolean is_equal (in Time another_time); boolean is_greater (in Time another_time); ... Time add_interval (in Interval some_interval); ...};

Modelo de Objetos ODMG• Objetos Atômicos (definidos pelo usuário)

- na grande maioria são objetos estruturados - possuem:

atributos valores literais estruturas simples ou complexas métodos para manipular o valor do atributo

relacionamentos unidirecionais atributo de um objeto A é um outro

objeto B bidirecionais atributo de um objeto A é um outro

objeto B, e o atributo de um objeto B é um objeto A operações

métodos nome do método, argumentos, retorno, especificação de exceções

Modelo de Objetos ODMG• Extensões

- projetista pode declarar uma extensão (extent) para qualquer tipo de objeto que esteja definido por meio de uma declaração de classe (class)

- contém todos os objetos persistentes dessa classe - pode possuir uma ou mais chaves

valores restritos a serem únicos para cada objeto na extensão

Modelo de Objetos ODMG

• Objetos Fábrica

- utilizados para criar novos objetos - modelo ODMG possui a interface ObjectFactory,

com a operação new( ), que retorna um objeto novo com um OID

ODL – Object Definition Language

• Não é uma linguagem de programação completa- função:

dar suporte aos construtores semânticos do MO-ODMG

especificar interfaces e classes definir o esquema do BDOO

- implementação do BDOO: usuário utiliza um binding específico com LPs

como C++, Smalltalk e Java para mapear componentes

- nem todas as LPs implementam todas as especificações ODL

OQL - Object Query Language

• Linguagem de consulta proposta para o modelo de objetos ODMG

• É projetada para trabalhar acoplada com as linguagens de programação com as quais o modelo ODMG define um binding(C++, Smalltalk, Java)

• Uma consulta OQL embutida em uma dessas linguagens pode retornar objetos compatíveis com o sistema de tipos dessa linguagem

OQL - Linguagem de Consulta de

Objetos• Sintaxe semelhante a sintaxe SQL, porém com

suporte ao tratamento de - objetos complexos- junções por valor ou OID- invocação de métodos- herança

SELECT d.dnomeFROM d in departamentosWHERE d.faculdade = 'Engenharia‘;

• Em geral é necessário um ponto de entrada para o BDOO nas consultas

OQL - Linguagem de Consulta de

Objetos• Não precisa seguir necessariamente a estrutura

SELECT...FROM...WHERE qualquer objeto nomeado persistente por si

mesmo é uma consultadepartamentos; retorna uma coleção de referências de todos

os objetos persistentes de Departamento cujo tipo seja set<Departamento>

expressão de caminho (".")departamentosin.coordenador; retorna um objeto do tipo Professor, pois é o

tipo do atributo coordenador da classe departamento

Retorno de estrutura complexa

SELECT STRUCT (nome: STRUCT (ultimo_nome: s.nome.unome,

primeiro_nome: s.nome.pnome), graus: (SELECT STRUCT (grau: d.grau, ano: d.ano, Faculdade: d.faculdade)

FROM d IN s.graus)FROM s IN departamentosin.coordenador.orienta;

OQL - Linguagem de Consulta de

Objetos

Visões como consultas nomeadas

DEFINE possui_alunos (nomedepto) AS SELECT s FROM s IN alunosWHERE s.estuda_em.dnome = nomedepto;

Possui_alunos ('Sistemas de Informacao');

OQL - Linguagem de Consulta de

Objetos

OQL•Q1:departamentos•Q2:departamentocc.coordenador.classific

acao•Q3a:select f.classificacao from f in

departamentocc.possui_professores•V1:define possui_alunos(nomedepto) as

select s from s in alunos where s.estuda_em.dnome=nomedepto;

Exemplo de Esquema BDOO

Exemplo de Esquema BDOO

class Pessoa (extent pessoas key ssn){ attribute struct Pnome {string pnome, string mnome, string unome} nome ; attribute string ssn; attribute date datanascimento; attribute enum Genero{M,F} sexo; attribute struct Endereco{string rua, short nro, short nroapto, string cidade, string estado, short CEP} endereco; short idade();

}

Exemplo de Esquema BDOOclass Professor extends Pessoa (extent professores) { attribute string classificacao; attribute string salario; attribute string sala; attribute string telefone; relationship Departamento trabalha_em

inverse Departamento::possui_professor; relationship set<Grad_Aluno> orienta

inverse Grad_Aluno::orientado_por; relationship set<Grad_Aluno> na_banca_de inverse Grad_Aluno::banca; void dar_aumento(in float aumento); void promover(in string nova_classificacao);};

class Departamento (extent departamentos key dnome){ attribute string dnome; attribute string dtelefone; attribute string dsala; attribute string faculdade; attribute Professor coordenador; relationship set<Professor> possui_professores inverse Professor::trabalha_em; relationship set<Aluno> forma_especialistas

inverse Aluno::especializa_em; relationship set<Curso> oferece

inverse Curso::oferecido_em;};

Exemplo de Esquema BDOO

Exemplo de Esquema BDOO

Projeto conceitual de BDOOBDOO x BDR – Principais

DiferençasBanco de Dados Relacional (BDR)

Banco de Orientado à Objetos (BDOO)

Coleção de tabelas, todas com nomes únicos, compõem a base de dados, podendo estar relacionada a uma ou mais tabelas. Não tem relação direta com as classes das aplicações.

Coleção de objetos que encapsulam tanto as informações quanto as operações das classes de origem.

Chaves primárias identificam unicamente uma tupla em uma relação.

Identificadores de objetos (OID) identificam unicamente um objeto na base de dados inteira

Relacionamentos entre tuplas são especificados por chaves estrangeiras, sendo representados em tabela adicional

Relacionamentos são tratados pela definição de atributo de referência, que inclui o OID do objeto relacionado

BDOO x BDR – Principais Diferenças

Banco de Dados Relacional (BDR)

Banco de Orientado à Objetos (BDOO)

Atributos são limitados à valores simples

Atributos multivalorados são comuns

Não há estrutura pré-definida para herança

Estruturas de herança estão imbutidas no modelo

Definição de operações pode ser postergada

Operações devem ser especificadas antecipadamente, pois fazem parte das especificações das classes.

BDOO x BDR – Principais DiferençasModelagem de dados para BDR

BDOO x BDR – Principais DiferençasModelagem de dados para BDOO

• Db4o;• Oracle;• ONTOS;• Objectivy;

BDOO no mercado

Exemplo– db4objects(db4o)•Permitir que você faça suas consultas de

forma orientada a objetos, como se estivesse pesquisando em uma Array, List ou qualquer outro container de objetos.

Performace•a) Não tenho problemas de performance?

Db4o na prática.•Instalação;

▫http://www.db4o.com/community/▫Dlls, docs, e codigos de exemplo.

•Utilização;▫Referenciar a respectiva dll e adicionar um

"using com.db4o“;•Criando um database

▫O arquivo de dados do db4o tem normalmente a extensão .yap;

Db4o - Métodos Set: grava objetos na base

Get: recupera um objeto da base procurando-o através de um templateDelete: apaga um objetoQuery: faz uma pesquisa na base retornando uma lista do tipo ObjectSetQuery<T>: faz uma pesquisa retornando uma lista tipadaCommit e Rollback: confirma/anula uma transação (semelhante ao commit/rollback dos RDBMs)

Bibliografia• Elmasri – Navathe ,Sistemas de Banco de Dados 4ª Edição• Bertino, E.; Martino, L. (1993). Object-Oriented Database Systems: Concepts and Architectures. Addison-Wesley, 1993.• Blaha, M.; Premerli, W. Object-Oriented Modeling and Design for Database Applications. Prentice-Hall, 1998.• Cattel, R.G.G. Object-Oriented and Extended Relational Database Systems. Addison-Wesley, 1994.• http://www.linhadecodigo.com.br/Artigo.aspx?id=2212; • http://pt.wikipedia.org/wiki/Object_database#Ado.C3.A7.C3.A3o_de_Banco_de_Dados_Orientado_a_Objetos• http://www.ime.usp.br/~andrers/aulas/bd2005-1/aula3.html• http://www.db4o.com/