Objektrelationale Datenbanken (am Beispiel Oracle)

Objektorientierte Konzepte Objekt



Objekt

–

Einheit von Struktur und Verhalten

–

Struktur: Attribute / Verhalten: Methoden

–

Zustand eines Objekts: Attributwerte

–

Methoden: Lesen und Ändern des Zustands

–

Kommunikation mit anderen Objekten über Methoden

–

persistent vs. transient

–

Identität unabhängig von Zustand

–

Gehört zu einem Objekttyp

Objekttyp

Einführendes Beispiel

– Ist ein benutzerdefinierter

zusammengesetzter Datentyp

– Kapselt eine Datenstruktur zusammen mit den benötigten Methoden zur Manipulation

Attribut Attribut

Methode Methode

order_no order_no cust_info cust_info line_items line_items

amount amount

CheckStatusCheckStatus CancelCancel

ShipShip

Bestellung

Objektorientierte Konzepte Methoden



Methode

– Funktion, die auf einem Objekt aufgerufen wird

– Implementiert beliebigen Code

– Bestandteile:

 Signatur (Deklaration): Name und Parameter

 Rumpf: Implementierung der Funktionalität



Konstruktur & Destruktor

– Besondere Methoden zum Erzeugen und Vernichten von Objekten



Arten vom Methoden

– lesende

– ändern

– statische (Klassenmethoden)

Struktur eines Objekttyps

Methodenrümpfe Methodenrümpfe

Public Interface

Private

Implementation

Attributdeklarationen Attributdeklarationen Methodenspezifikationen Methodenspezifikationen Spezifikation

Spezifikation

Rumpf Rumpf

Objektorientierte Konzepte Kapselung

 Kapselung

–

Zustand nur über öffentliche (public) Methoden abfragbar

–

Nicht öffentliche Methoden und Attribute nur objektintern zugänglich

 Strikte Kapselung

–

Zugang nur über get- und set-Methoden (für ein bestimmtes Attribut)

–

automatische Generierung der Zugriffsmethoden

Objektorientierte Konzepte Objektidentität



OID

– Identifizierendes künstliches Merkmal eines Objekts

– Systemdefinierter Identifikator (Surrogat) – vor Anwender verborgen

– Ohne Semantik! (anders als Primärschlüssel)

– Unveränderlich während Lebenszeit des Objekts

– Referenztypen und Methoden zur Arbeit mit OIDs durch System angeboten



Typen von Gleichheit

– identisch (OIDs gleich)

– flach-gleich (alle Attribute gleich)

– Tiefgleich (Gleichheit gilt auch für alle referenzierten Objekte)



Kopieren: flach vs. tief

Objektorientierte Konzepte Klasse



Definition

–

Menge von Objekten mit gleichen Attributen (Merkmalen) und Methoden (Verhalten)



Zwei Sichtweisen

–

Intension: Beschreibung von Attributen und Methoden = Typ einer Klasse (bzw. Objekttyp)

–

Extension: Menge der aktuell existierenden Objekte (Instanzen) dieser Klasse



Programmiersprachen:

–

Z.B. Java / C++: Klassenbegriff rein intensional

–

In Datenbanken: Extensionen persistent gespeichert

Objektorientierte Konzepte Spezialisierung

 Ziel: möglichst redundanzfreie Speicherung von Eigenschaften

 Klassen in Sub-/Superklassenbeziehungen (ISA-Beziehung)

 Intensional: Subklasse erbt Attribute und Methoden der Superklasse (Typvererbung)

 Extensional: Untermengenbeziehung zwischen

Extensionen von Sub- und Superklasse

Objektorientierte Konzepte Spezialisierung (Forts.)



Substituierbarkeit: Objekt überall dort einsetzbar wo auch Superklasse erlaubt ist



Mehrfachspezialisierung:

–

mehrere Superklassen

–

Erfordert Konfliktauflösung beim Erben gleichnamiger Attribute oder Methoden



Polymorphismus (Überladen) / spätes Binden (late binding)

–

Bei Aufruf einer Methode wird die Implementierung

ausgewählt in Abhängigkeit vom aufgerufenen Objekttyp

Objektorientierung in Datenbanken



Objektorientierte Datenbanksysteme

– 1985 – 1995

– SQL-ähnliche Anfragesprache (OQL; Object Query Language)

– Vertreter: O2, POET, ObjectStore, Versant, Objectivity, Ontos, Gemstone



Relationale DBMS behielten Überlegenheit

– Anfrageoptimierung

– Transaktionsverwaltung

– Zugriffskontrolle

– SQL:1999: Standard mit vielen objektorientierten Erweiterungen



Objektrelationale Mapping-Tools

– Brückenschlag zwischen OO Programmiersprachen und RDBMS

– Vertreter: EJB, JDO, OJB, Hibernate

Objektrelationale Konzepte im SQL-Standard

 Typkonstruktoren

– geschachtelte Anwendung: beliebig komplexe Datentypen

 Benutzerdefinierte Datentypen

– Distinct-Typen: Kopien eines Basisdatentyps unter eigenem Namen

– Strukturierte Typen: Attribute und Methoden, Subtyp-Beziehung möglich

 Benutzerdefinierte Casts (Typumwandlungen)

 Benutzerdefinierte Ordnungen

 Typisierte Tabellen

– Basieren auf strukturiertem Typ

– Tabellenhierarchien (Subtabelle steht in Untermengenbeziehung zur Supertabelle)

 Typisierte Sichten

– Basieren auf strukturiertem Typ (liefern typisierte Tabelle)

– Sichtenhierarchien

Objektrelationale Konzepte in Oracle (Überblick)

 Definition von Objekttypen (CREATE TYPE)

 Objekttypen und Referenzen (REF)

 Methoden

 Collections (VARRAY & Nested Table)

 Typvererbung (UNDER)

 Polymorphismus (Overriding, Overloading)

 Funktionen und Prädikate für Objekte (REF,

DEREF, TREAT, IS OF)

Spezifikation eines Objekttyps

CREATE TYPE type_name AS OBJECT [(attribute1 datatype,

attribute2 datatype, . . .]

[MEMBER procedure1 | function1 spec, procedure2 | function2 spec, . . .)]

CREATE TYPE type_name AS OBJECT [(attribute1 datatype,

attribute2 datatype, . . .]

[MEMBER procedure1 | function1 spec, procedure2 | function2 spec, . . .)]

Syntax

Syntax

Rumpf eines Objekttyps

Syntax Syntax

CREATE TYPE BODY type_name AS

[MEMBER procedure1 | function1 body, procedure2 | function2 body, . . .]

CREATE TYPE BODY type_name AS

[MEMBER procedure1 | function1 body, procedure2 | function2 body, . . .]

Spezifikation eines Objekttyps (Beispiel)

CREATE OR REPLACE TYPE katalogeintrag AS OBJECT(

bestellnr NUMBER,

preis VARCHAR2(10), verlag VARCHAR2(30),

CONSTRUCTOR FUNCTION katalogeintrag (vbestellnr IN NUMBER, vpreis IN VARCHAR2)

MEMBER PROCEDURE neuerpreis (neupreis varchar2), MEMBER FUNCTION print RETURN VARCHAR2

) NOT FINAL;

Rumpf eines Objekttyps

Konstruktormethode (Beispiel)

CREATE OR REPLACE TYPE BODY katalogeintrag AS

-- Definition des benutzerdefinierten Konstruktors CONSTRUCTOR FUNCTION katalogeintrag

(vbestellnr IN NUMBER, vpreis IN VARCHAR2) RETURN SELF AS RESULT IS

BEGIN

SELF.bestellnr:=vbestellnr;

SELF.preis:=vpreis;

SELF.verlag:=‘Spektrum Akademischer Verlag‘;

RETURN;

END;

Rumpf eines Objekttyps

Definition der Methoden (Forts.)

-- Definition der Memberprozedur neuerPreis

MEMBER PROCECURE neuerPreis (neupreis VARCHAR2) IS BEGIN

SELF.preis:=neupreis;

END;

-- Definition der Memberfunktion print

MEMBER FUNCTION print (neupreis VARCHAR2) IS BEGIN

RETURN ‘Bestellnummer: ‘|| bestellnr || ‘; Preis: ‘

|| preis || ‘; Verlag‘ || verlag ; END;

-- Ende Typdefinition END;

Definition eines Subtyps

-- Definition eines Subtyps Buch von Katalogeintrag CREATE OR REPLACE TYPE buch UNDER katalogeintrtag (

isbn VARCHAR2(13), titel VARCHAR2(300), autor VARCHAR2(30),

OVERRIDING MEMBER FUNCTZION print RETURN VARCHAR2 );



weitere Details zur Typvererbung später im Skript

Aufruf von Objektmethoden

SET SERVEROUTPUT ON;

DECLARE

k1 katalogeintrag;

k2 katalogeintrag;

BEGIN

-- Aufruf des Standardkonstruktors

k1:=katalogeintrag(135782,’48,95 €.‘,‘Hanser-Verlag‘);

-- Ausgabe von k1 mittels Memberfunktion PRINT dbms_output.put_line(k1.print);

-- Aufruf des benutzerdef. Konstruktors von katalogeintrag k2:=katalogeintrag(879564,’31,70 €‘);

-- Ausgabe von k2 mittels Memberfunktion print dbms_output.put_line(k2.print);

-- Test der Memberprozedur neuerpreis k1.neuerpreis(’47,25 €‘);

dbms_output.put_line(k1.bestellnr || ‘ ‘ || k1.preis);

Verwendung von Objekten Objekttabellen

CREATE TABLE katalog OF katalogeintrag (

CONSTRAINT katalog_pk PRIMARY KEY(bestellnr) );

-- Einfügen eines DS mittels benutzerdef. Konstruktor von -- Katalogeintrag

INSERT INTO katalog values (katalogeintrag(879564,’31,70 €‘));

-- Einfügen eines DS mittels Standardkonstruktor von buch

INSERT INTO katalog values (buch(453721, ’52,90 €‘, ‘Spektrum Akademischer Verlag ‘, ‘3-8274-065-1‘, ‘Lehrbuch der

Softwaretechnik‘, ‘Helmut Balzert‘));

-- Ausgabe der DS des Supertyps SELECT * from katalog;

-- Ausgabe in Objektform

Objekttypen und Referenzen



REF (Reference)

–

logischer „Pointer" zu einem Row-Objekt (Datensatz)

–

Eingebauter (built-in) Datentyp a row object

–

Genutzt für Assoziationen zwischen Objekten (zusammen mit REF-Collections) – keine Foreign Keys nötig!

–

Erlaubt einfache Navigation durch Objekte (Punkt-Notation zum Verfolgen der Pointer) – keine Joins nötig!

–

Prüfen oder Ändern des referenzierten Objekts möglich

–

Lesen einer Kopie eines referenzierten Objekts

–

Ändern des REF-Wertes (Verweis auf anderes Objekt oder Null-Setzen)

–

„dangling reference“ feststellbar (SCOPE-Klausel kontrolliert

nicht referentielle Integrität)

REF (Referenztypkonstruktor) Beispiele

CREATE TYPE person AS OBJECT ( name VARCHAR2(30),

manager REF person );

Zugriff auf ein Objekt X des Typs PERSON

x.manager.name;

Zugriff auf eine Referenz

DECLARE OrderRef REF TO purchase_order;

SELECT REF(po) INTO OrderRef

FROM purchase_order_table po

Scoped REF



Bei Definition eines REF-Typs Beschränkung der referenzierten Tabelle möglich (scoped REF)



Vorteile:

–

Effizienterer Zugriff

–

Weniger Speicherverbrauch



Beispiel:

CREATE TABLE people ( id NUMBER(4), name_obj name_objtyp,

address_ref REF address_objtyp SCOPE is address_objtab, phones_ntab phone_ntabtyp)

Methoden

 Member-Methoden zum Zugriff auf Objektinstanzen

 SELF: Objektinstanz der aufgerufenen

Methode („SELF“ kann weggelassen werden)

 Methoden zum Vergleich von Objekten

–

Basisdatentypen: Ordnung vordefiniert

–

Benutzerdefinierte Typen: Basis zum Vergleichen und Ordnen von Objekten muss definiert werden

2 spezielle Typen von Methoden: MAP und ORDER

MAP Methode Beispiel



Abbildung (mapping) von Objekt-Instanzen auf

Basisdatentypen, Ordnen durch Aufruf MAP-Methode

 obj_1 > obj_2  obj1_map() > obj2.map()

CREATE TYPE Rectangle_typ AS OBJECT(

len NUMBER,

wid NUMBER,

MAP MEMBER FUNCTION area RETURN NUMBER, ...

);

CREATE TYPE BODY Rectangle_typ AS

MAP MEMBER FUNCTION area RETURN NUMBER IS BEGIN

RETURN len * wid;

Varray



Geordnete Menge von Datenelementen des gleichen Datentyps mit variabler Anzahl (v)



Index eines Elements = Positions-Nr. im Array



Beispiel:

CREATE TYPE prices AS VARRAY(10) OF NUMBER(12,2)



Verwendung eines Varray:

–

Spaltentyp einer Tabelle (damit keine 1NF mehr)

–

Attribut eines Objekttyps

–

Typ einer PL/SQL Variablen, Parameter oder Rückgabewert

Nested Table



Ungeordnete Menge von Datenelementen des gleichen Typs



Hat nur eine Spalte (Basistyp oder benutzerdefiniert)



Kann auch als Multi-Column-Table betrachtet werden, wenn Elementtyp OBJECT TYPE ist.



Beispiel

-- Definition des Tabellentyps artikel_table_type für NT CREATE TYPE artikel_table_type AS TABLE OF katalogeintrag;

-- Definition einer Tabelle Publikationen mit NT-Spalte CREATE TABLE publikationen (

jahrgang NUMBER PRIMARY KEY,

katalogartikel artikel_table_type )

Multilevel-Collection-Types



Schachtelung von Collection Types in mehreren Ebenen



Beliebig komplexe Typen möglich



Mehrfach geschachtelte Collection Types:

–

Nested Table of Nested Table Type

–

Nested Table of Varray Type

–

Varray of Nested Table Type

–

Varray of Varray Type

–

Nested Table oder Varray of a User-Defined Type mit Attribut

vom Typ Nested Table oder Varray Type

Storage-Tables für Nested Tables



Storage-Table (STORE-Klausel)

–

zum Speichern der Zeilen einer Nested Table

–

Bei Mehrfachschachtelung auf jeder Ebene



Bezugnahme auf innere Tabelle möglich (z.B. artikel_tab) weil Attribut vorhanden (anderenfalls: COLUMN VALUE-Klausel)



Weitere physikalische Attribute (Speicherungsoptionen) möglich

Einfügen von Datensätzen bei Nested-Table-Objekten

-- Einfügen von DS in die Tabelle mit Werten für die NT- Spalte

INSERT INTO publikationen VALUES (2006, artikel_table_type (buch(453721,’52,90 €‘, ‘Spektrum Akademischer Verlag ‘, ‘3- 8274-065-1‘, ‘Lehrbuch der Softwaretechnik‘, ‘Helmut

Balzert‘)));

-- Einfügen eines DS in die Tabelle ohne NT-Daten INSERT INTO publikationen VALUES (2007,

artikel_table_type ());

Einfügen von Datensätzen bei Nested-Table-Objekten (Forts.)

-- Hinzufügen von Datensätzen zur Nested Table INSERT INTO TABLE (SELECT p.katalogartikel

FROM publikationen p WHERE p.jahrgang=2007)

VALUES (buch(163241, ’84,80 €‘, ‘Spektrum Akademischer Verlag ‘,

‘3-8274-0285-9‘, ‘Lehrbuch der Objektmodellierung‘,‘Heide Balzert‘));

INSERT INTO TABLE (SELECT p.katalogartikel FROM publikationen p

WHERE p.jahrgang=2007)

VALUES (buch(870021, ’49,60 €‘, ‘Spektrum Akademischer Verlag ‘,

‘3-8274-1449-0‘, ‘Objektorientierte Programmiersprachen‘,‘Klaus Zeppenfeld‘));

Entschachteln von Collection Queries (Beispiel)

SELECT e.empname, e.projects FROM employees e;

EMPNAME PROJECTS --- ---

'Bob' PROJECTS_LIST_NT(14, 23, 144) 'Daphne' PROJECTS_LIST_NT(14, 35)



Beispiel: Zugriff auf Projekte (Nested Table) eines Angestellten

 Entschachteln von Collections bei Queries (Unnest):

– Umwandeln in Zeilen (Rows)

– TABLE Expression – erlaubt die Verwendung einer Collection in FROM-Klausel

– Entspricht einem Join zwischen Nested Table und der Zeile, die diese enthält

Anfragen auf Collections

SELECT e.empname, p.*

FROM employees e, TABLE(e.projects) p;

EMPNAME PROJECTS --- --- 'Bob' 14

'Bob' 23 'Bob' 144 'Daphne' 14 'Daphne' 35



Beispiel: Zugriff auf Projekte (Nested Table) eines Angestellten

Anfragen auf Collections (Forts.)

SELECT *

FROM employee e, TABLE(e.projects);

PROJECTS --- 14

23 144 14

 Beispiel: Zugriff auf Projekte (Nested Table) eines Angestellten (Variante ohne Angestelltennamen)

DML-Befehle auf Collections (Weitere Beispiele)

INSERT INTO TABLE(SELECT e.projects FROM employees e WHERE e.eno = 100) VALUES (1, 'Project Neptune');

UPDATE TABLE(SELECT e.projects FROM employees e

WHERE e.eno = 100) p

SET VALUE(p) = project_typ(1, 'Project Pluto') WHERE p.pno = 1;

DELETE FROM TABLE(SELECT e.projects FROM employee e

WHERE e.eno = 100) p

Typvererbung (Type Inheritcance)



Spezialisierung eines Subtyps:

– Hinzufügen neuer Attribute (keine Veränderung geerbter Attribute)

– Hinzufügen neuer Methoden, die im Supertyp nicht vorhanden sind

– Ändern der Implementierung einer geerbten Methode

 Beispiel

Object Type: Shape

Methode: calculate_area() 2 Subtypen:

Rectangle_Shape Circular_Shape

unterschiedl. Implementierungen

FINAL vs. NOT FINAL Typen und Methoden

CREATE TYPE Person_typ AS OBJECT ( ssn NUMBER,

name VARCHAR2(30),

address VARCHAR2(100)) NOT FINAL;

ALTER TYPE Person_typ FINAL;

CREATE TYPE T AS OBJECT (..., MEMBER PROCEDURE Print(),

FINAL MEMBER FUNCTION foo(x NUMBER)...

 NOT FINAL: erlaube Subtypen

 Änderung der FINAL-Eigenschaft über ALTER TYPE

 FINAL / NOT FINAL auch auf Methoden anwendbar

Definition von Typhierarchien

CREATE TYPE Student_typ UNDER Person_typ ( deptid NUMBER,

major VARCHAR2(30)) NOT FINAL;

CREATE TYPE Employee_typ UNDER Person_typ ( empid NUMBER,

mgr VARCHAR2(30));

CREATE TYPE PartTimeStudent_typ UNDER Student_typ ( numhours NUMBER);



Subtypen mittels CREATE TYPE und UNDER-Klausel



Beispiele:

NOT INSTANTIABLE Typen und Methoden

CREATE TYPE Address_typ AS OBJECT(...) NOT INSTANTIABLE NOT FINAL;

CREATE TYPE USAddress_typ UNDER Address_typ(...);

CREATE TYPE IntlAddress_typ UNDER Address_typ(...);

CREATE TYPE T AS OBJECT ( x NUMBER,

NOT INSTANTIABLE MEMBER FUNCTION func1() RETURN NUMBER ) NOT INSTANTIABLE NOT FINAL;



NOT INSTANTIABLE: Keine Instanzen dieses Typs möglich (auch keine Konstruktor-Methode)



Auch anwendbar auf Methoden ohne Implementierung (Platzhalter)

→ zugehöriger Typ darf dann auch noch instanziierbar sein



Beispiele:

Überladen von Methoden (Overloading)

CREATE TYPE MyType_typ AS OBJECT (...,

MEMBER PROCEDURE foo(x NUMBER), ...) NOT FINAL;

CREATE TYPE MySubType_typ UNDER MyType_typ (..., MEMBER PROCEDURE foo(x DATE),

STATIC FUNCTION bar(...)...



Wenn Vielzahl von Varianten der Ausführung einer Methode



Mehrere Methoden mit gleichem Namen in einem Typ  Unterscheidung anhand der Signatur



Signatur: Methodenname, Anzahl, Typen und Reihenfolge der Parameter



Beispiel: unterschiedliche

Labels erfordert zusätzlichen Parameter)

Überschreiben von Methoden (Overriding)

CREATE TYPE MyType_typ AS OBJECT (..., MEMBER PROCEDURE Print(),

FINAL MEMBER FUNCTION foo(x NUMBER)...

) NOT FINAL;

CREATE TYPE MySubType_typ UNDER MyType_typ (...,

 Redefinition einer geerbten Methode im Subtyp, um dessen Spezifik zu berücksichtigen

 Beispiel: Methode calculate_area() (spezielle Formel bei kreisförmigen Formen gegenüber Rechtecken)

 Überschreibende Methode wird ausgeführt bei Zugriff auf Instanz des Subtyps

 Beim Overriding bleibt Signatur erhalten (anders als bei Overloading!)

Substituierbarkeit (Substitutability)

 Typen sind substituierbar

– Supertyp substituierbar durch einen seiner Subtypen

– Subtyp-Instanz ist zugleich auch Instanz des Supertyps

 Beispiele:

– Lesen von Personen (liefert auch Instanzen der Subtypen Student, Employee)

– Einschränkungen beim Arbeiten in Typhierarchien (z.B. „nur Personen, die keine Studenten sind..“

 Substituierbarkeit anwendbar bei:

– Attributen

– Spalten

– Zeilen (Rows) bei Object Tables oder Views

– REF zu einem Objekttyp

– Collection-Typen

 Substituierbarkeit kann ausgeschaltet werden

Beispiel:

Beschränkung der Substituierbarkeit

 Beschränkung der Subtypen, die in Spalte/Attribut erlaubt sind, möglich mittels IS OF type - Constraint

 Beispiel:

Erzeuge eine Tabelle vom Typ Book_Type, wobei die Autoren der Bücher ausschließlich Studenten sein dürfen

CREATE TABLE Student_books OF Book_typ

COLUMN author IS OF (ONLY Student_typ);

Funktionen und Prädikate für den Umgang mit Objekten

 VALUE:

In: Tabellen-Alias für Object Table oder Object View

Out: Objektinstanzen, die in Object Table oder View als Rows enthalten sind

 Beispiele:

SELECT VALUE(p) FROM person_table p WHERE p.name = "John Smith";

SELECT VALUE(p) FROM ONLY(Person_v) p;

UPDATE TABLE (SELECT e.projects FROM employees e

WHERE e.eno = 100) p

SET VALUE(p) = project_typ(1, 'Project Pluto') WHERE p.pno = 1;

Funktionen und Prädikate für den Umgang mit Objekten (2)

 REF:

In: Tabellen-Alias für Object Table oder Object View Out: Referenz zu einer Instanz

 Beispiel:

SELECT REF(p)

FROM Person_v p

WHERE p.id = 0001 ;

 DEREF:

liefert die Objekt-Instanz, auf die eine REF verweist

 Beispiel:

SELECT DEREF(REF(p)) FROM Person_v p;

Funktionen und Prädikate für den Umgang mit Objekten (3)



TREAT:

– zur Typanpassung (meist: Subtyp statt Supertyp)

– z.B. Behandlung einer Person als Student



Zwei Anwendungen

– Bei Zuweisungen an Variablen spezialisierter Typen (Supertyp-Wert → Subtyp)

– Zugriff auf Attribute oder Methoden eines Subtyps des des deklarierten Typs von Zeile oder Spalte



Beispiel:

NAME MAJOR ---- --- Bob null



IS OF type:

– Prädikat zum Test, ob Objekt-Instanz zum jeweiligen Subtyp gehört



Beispiele:

SELECT VALUE(p) FROM persons p

WHERE VALUE(p) IS OF (Student_typ);

VALUE(p) ---

Student_typ('Joe', 3456, 12, 10000)

PartTimeStudent_typ('Tim', 5678, 13, 1000, 20)

SELECT b.title title, b.author author FROM books b WHERE b.author IS OF (ONLY Student_typ);

TITLE AUTHOR

--- ---

Funktionen und Prädikate für den

Umgang mit Objekten (4)