【数据库原理】（35）面向对象的数据库系统介绍

面向对象的数据库系统（OODBS）结合了传统数据库技术和面向对象程序设计方法的优势，特别适用于处理复杂数据结构和关系，以及支持高级数据查询和操作。

面向对象数据库系统的应用优势:

• 支持复杂数据类型：如图像、大文本、科学数据等。
• 更好的数据抽象：更直观地映射现实世界的实体和关系。
• 灵活的数据模型：支持复杂对象和继承，减少数据冗余。
• 高效的数据操作：通过面向对象的方法，提高数据处理的效率和灵活性。

适用场景:

• 科学实验数据库、电信数据库、地理信息系统（GIS）、多媒体数据库等领域，特别是那些需要处理复杂数据结构和关系的应用。

一.面向对象数据库系统的基本特征

以下是OODBS的一些基本特征和能力：

1. 具有表达和管理对象的能力：

   • OODBS通过对象及其相互关系来描述现实世界，每个对象具有独立的标识。
   • 支持类的层次结构和继承机制，允许新类从现有类继承属性和方法。
   • 实现对象间的关系，保持引用完整性，如ODMG标准提出的反向引用。

2. 具有任意复杂度的对象结构：

   • 允许定义具有复杂结构的对象，这使得对象能包含描述自身的所有必要信息。
   • 相对于传统数据库，OODBS保持了现实世界对象与数据库表示之间的直接对应关系。
   • 支持逐步细化复杂实体，并将复杂对象或其子集作为独立单位进行操作。

3. 具有与面向对象编程语言交互的接口：

   • 提供与面向对象编程语言（如Java、C++）的交互接口。
   • 支持对象的持久化存储，即使程序结束后对象也继续存在，可被检索或其他程序使用。
   • 允许多个程序和应用共享持久化对象。

4. 具有表达和管理数据库变化的能力：

   • 管理对象的多版本，支持设计和工程应用中的版本控制。
   • 允许模式演变，即类的声明发生变化时，也能够适应和更新。

二.面向对象数据模型

面向对象数据模型（OODM）是一种在现代数据库系统中越来越受欢迎的模型，它融合了对象导向程序设计的概念和数据库管理技术。下面是OODM的核心概念和特性的详细解释：

1. 对象

• 在OODM中，对象是最基本的单位，包含了数据结构（属性）和在这些数据结构上的操作（方法）。
• 对象的描述包括静态（如属性）和动态（如方法）两方面的内容。

1.1 属性

• 属性用于描述对象的状态、组成和特征。
• 在OODM中，属性也可以是对象，支持复杂的、层次化的数据结构。

1.2 方法

• 方法描述对象的行为特征，可以改变对象的状态。

2. 对象标识

• 每个对象都有一个在系统内唯一的标识（Object Identifier），独立于对象的内容。
• 对象标识用于唯一地标识每个对象，对外部用户是不可见的。

3. 封装和消息

• 封装隐藏了对象的内部实现细节，提高了数据的独立性和程序的可靠性。
• 对象之间的交互通过消息传递进行，确保了对象的封装性和数据的完整性。

4. 类

• 类是具有相同属性和方法的对象的集合。
• 类的概念类似于关系数据库中的关系模式，但它还包括方法的定义。
• 类可以有类属性和类方法，这些属性和方法适用于类本身而不是类的实例。

5. 继承

• 继承允许新类从现有类继承属性和方法。
• 支持单继承和多重继承。
• 通过继承，子类可以添加新的属性和方法，也可以重写父类的方法。

面向对象数据模型的优势在于其能够更自然地表示现实世界的对象和它们之间的关系，同时提供了更强大的数据抽象和封装能力。这种模型特别适合于需要处理复杂数据结构的应用，如CAD/CAM系统、知识库和人工智能应用等。由于其强大的表达能力和灵活性，OODM在处理复杂的数据和关系时通常比传统的关系数据库更为有效。

三.面向对象数据库语言

面向对象数据库语言是专门用于描述和操作面向对象数据库模式的一种语言。它结合了面向对象程序设计的特性和数据库管理的功能，使得用户能够更自然地定义和处理复杂的数据结构。以下是面向对象数据库语言的主要功能和特点：

主要功能

1. 类的定义和操纵：

   • 支持定义、生成、存取、修改和撤销类。
   • 类的定义包括属性、操作特征、继承性和约束等。

2. 操作/方法的定义：

   • 用于定义和实现对象的操作或方法。
   • 支持使用不同编程语言实现操作方法，并隐藏这些实现的细节。

3. 对象的操纵：

   • 用于操作实例对象，包括创建、修改、查询和删除对象。

标准化和语言特性

• ODMG标准：面向对象数据库管理组织（Object Database Management Group, ODMG）发布了一系列标准，包括ODMG-93和后续的改进版本。这些标准逐渐成为面向对象数据库的公认标准。

• 对象定义语言（ODL）：用于定义符合ODMG对象模型的对象类型。ODL设计为独立于任何特定编程语言，主要用于创建对象的说明，即类和接口的定义。

• 对象查询语言（OQL）：为ODMG对象模型专门设计的查询语言，与编程语言紧密配合使用。OQL支持嵌入C++、Smalltalk、Java等语言中，使得查询可以返回与这些语言的类型系统匹配的对象。

面向对象数据库语言的挑战和发展

• 查询功能的扩充：虽然面向对象数据库语言在处理对象关系和操作方面表现出色，但其查询功能相对较弱。为此，需要扩充查询功能，以更好地支持从多方面和多维度查询数据。

• 解决阻抗失配：传统的关系数据库和程序设计语言之间存在“阻抗失配”。面向对象数据库语言通过与面向对象编程语言的紧密结合，能够从根本上解决这个问题。

• 标准化的挑战：尽管ODMG标准已取得一定成就，但目前还没有一个像SQL那样被广泛接受的面向对象数据库语言标准。ODMG标准的发展仍在进行中，需要更多的公司和研究团体的参与和贡献。

四.对象关系数据库

对象关系数据库是一种数据库系统，它结合了关系数据库的特点和面向对象数据库的优势。这种数据库系统旨在处理更复杂的应用场景，如音频、视频、大文本、图像处理以及空间和地理数据等。以下是对象关系数据库的一些关键概念和特性：

1. 嵌套关系

• 在对象关系数据库中，域不仅可以是原子的，还可以是关系，允许关系中嵌套关系，从而更好地表达复杂对象。

2. 复杂类型

• 支持非原子数据类型，如嵌套记录，可以直接表达实体标识、多值属性、一般化和特殊化等概念，无需经过复杂的关系模型转换。

3. 继承、引用类型

• 支持在类型级别和表级别上的继承，允许一个类型继承另一个类型的特性。
• 类型的一个属性可以是对指定类型对象的引用，增强了数据模型的表现力。

4. 与复杂类型有关的查询

• 支持路径表达式、集合体为值的属性、嵌套与解除嵌套等查询类型，以适应复杂数据类型。

5. 函数与过程

• 允许定义和使用用户定义的函数和存储过程，可以用SQL或外部编程语言（如Java、C或C++）来实现。

6. 面向对象与对象关系

• 在市场上，持久化程序设计语言的面向对象数据库和基于关系模型的对象关系数据库都有自己的应用领域。
• 对象关系系统的目标是通过使用复杂数据类型来简化数据建模和查询，适用于复杂数据存储和查询等应用。
• 持久化程序设计语言的面向对象数据库更适合主要在内存中运行和对数据库进行大量访问的应用，满足高性能要求。