Bases de données orientées-objets 2. Les bases de données objets

1. Bases de données orientées-objets 2. Les bases de données objets Yves Pigneur Stéphane Rey Ecole des HEC Université de Lausanne CH-1015 Lausanne yves.pigneur@hec.unil.ch (+41 21) 692.3416

2. Agenda • Introduction: • problématique. • SGDBO: • définition; • objectifs; • ... • Persistance des objets: • persistance manuelle; • persistance par héritage; • persistance par référence. • Navigation dans une base objet. • Attributs: • ...

3. SGBD(R) Méthode Méthode Données Méthode Méthode Méthode Le paradigme objet disparaît! Problématique • Pourquoi n'enregistrons-nous pas les données dans un SGBD(R)? • L'objet devrait inclure des méthodes de lecture/écriture dans la base; • L'objet ne pourrait pas être sauvegardé comme une instance; • Les types complexes ne pourraient pas être gérés; • La transformation d'un schéma objet en schéma relationnel et inversément pose certaines difficultés.

4. Qu'est-ce qu'un SGBDO? • Atkinson, Bancilhon, Dewitt, Ditrich, Maier, et Zdonick ont proposé une clarification de ce qu'est un SGBDO, dans "The Object-Oriented Database System Manifesto", 1989. [http://www.cs.cmu.edu/afs/cs.cmu.edu/user/clamen/OODBMS/] • Un SGBDO doit offir les fonctions de base d'un SGBD, et supporter les fonctionnalités suivantes: • support d'objets atomiques et complexes; • identité d'objets; • héritage simple; • héritage multiple (optionnel); • polymorphisme; • messages d'exception.

5. Fonctions de base d'un SGBD (backup) • Fonctions de base pour gérer une base de données: • indépendance physique des données; • permanence des données; • intégrité des données; • possibilité de requêtes; • gestion des transactions; • concurrence; • sécurité; • ...

6. Méthode Méthode Données Méthode Méthode Méthode Objectifs des SGBDO • Supporter directement les objets, c'est-à-dire pouvoir enregistrer des instances dans la base; • réduire, voire éliminer, les dysfonctionnements entre le langage de programmation et le langage de la base de données. (La plupart des SGBDO ont été intégrés à C++;) • partager le code réutilisable des applications de la base de données (exemple des objets métiers). SGBDO

7. SGBDO: pour quelles applications? • Les besoins des applications nécessitant un SGBDO sont les suivants: • données imbriquées et fortement liées; • données existant en de nombreuses versions; • structure de données volumineuse et complexe. • Quelques exemples d'applications: • ateliers de génie logiciel (AGL); • conception assistée par ordinateur (CAO); • fabrication assistée par ordinateur (FAO); • bureautique; • applications scientifiques et médicales; • ...

8. SGBDO et AGL • Supporter le cycle de conception d'une application, de la définition des besoins à l'application finale. • Gérer la configuration: gestion des accès concurrents à un module, suivi des différentes versions de modules, et enregistrement des informations de dépendance (déterminer les modules à recompiler). • Gérer le projet: spécification, dépendances, et planification des sous-projets. Héritage Versions

9. SGBDO et AGL: exemple Business Objects Business Components Base de données objet ? Human Resources Financial Accounting SAP R/3 Manu- facturing

10. SGBDO et conception • Les outils de conception s'appuient sur une base de données intégrée qui n'est pas accessible par l'utilisateur. • Les outils de conception gèrent (exemple d'un circuit électrique): • un langage de description du comportement; • un schéma fonctionnel; • un schéma logique; • un schéma de circuits; • les sous-niveaux spécialisés; • les masques de circuits intégrés. • ... Héritage

11. SGBDO et conception: exemple Des objets ?

12. SGBDO et bureautique • Acheminer, traiter, archiver, détruire des objets: • messages (mail, fax, ...); • documents; • workflow; • groupware; • ... Multimédia ...

13. Persistance des objets • La persistance est un mécanisme selon lequel des objets peuvent être conservés sur mémoire secondaire (support physique). • La persistance peut être assurée par les moyens suivants: • fichiers: un objet peut être mémorisé, donc retrouvé, dans un fichier (les classes "storable" d'Eiffel par exemple); • images: tout l'environnement d'une session peut être conservé, donc restitué (la méthode "saveimage" de Smalltalk par exemple); • bases de données: les objets peuvent être ceux d'une base de données objets.

14. SGBDO et persistance des objets • Le problème des SGBDO est d'assurer la persistance des objets sur un support physique. • La persistance pose quelques problèmes: • gestion des objets en mémoire et dans la base; • performance d'accès aux objets; • concurrence d'accès aux objets.

15. Persistance manuelle (1) • La persistance manuelle laisse la gestion de la persistance à la charge du programmeur, ceci à l'aide de fonctions de persistance. • // Rendre persistant un objet Oid = Persist (<name>, <ref>); • Oid l'identifiant permanent et immuable attribué à l'objet dans la base objet (Object Identity); • name le nom donné à l'objet; • ref la référence en mémoire de l'objet.

16. Méthode Méthode Données Méthode Méthode Méthode Persistance (backup) Mémoire (temporaire) Base (persistant) SGBDO Reference /ou/ pointeur Oid /ou/ identifiant

17. Persistance manuelle (2) //Retrouver l'Oid d'un objet persistant à partir de son nom Oid = Lookup (<name>) //Activer un objet persistant désigné par son Oid ref = Activate (<Oid>) //Désactiver un objet persistant actif Oid = DesActivate (<ref>) //Supprimer un objet persistant, par son nom, ou son identifiant Void Unpersist (<name>) Void UnPersist (<Oid>)

18. Persistance par héritage (1) • La persistance par héritage permet de cacher au programmeur les mouvements d'objets entre la base de données et la mémoire. • L'héritage assure la persistance automatique de tout objet qui hérite de la classe PObject. //Déclaration de la classe Personne Personne subclass PObject • Un objet est persistant si et seulement s'il est de type sous-classe de PObject. On dit alors que la persistance n'est pas orthogonale au type. PObject New{Persist} Delete{Unpersist} ... Personne New Delete GetName ...

19. Persistance par héritage (2) • Inconvénient de la persistance par héritage: • il est impossible de définir une opération sur les objets qui soit indépendante de leur propriété de persistance; • si nous voulons des Personne persistantes et des Personne non persistantes (temporaires), nous devons dupliquer les classes. PObject New{Persist} Delete{Unpersist} ... PersonP New Delete ... PersonNP New Delete ...

20. Persistance par référence (1) • La propriété de persistance est associée directement à l'objet, et non à sa classe. • Tout objet peut être une racine de persistance, et tout objet référencé par un objet persistant est persistant. • Cela nécessite un nouveau mot clé Persistant dans le(s) langage(s) de programmation, et une précompilation qui génère les appels aux fonctions Persist, Unpersist, Activate, etc. //Création d'un objet persistant martin : Personne; martin = new persistant("Martin");

21. "John" "Jack" ... Persistance par référence (2) • Tout objet racine de persistance est répertorié dans un catalogue: • Name • Oid • La persistance par référenceprésente l'avantage del'orthogonalité de la persistanceau type de données. Catalogue "Adresse" "Voiture"

22. Navigation dans une base objet • Le problème de la navigation dans les bases objets consiste à mémoriser de manière persistante les chaînages d'objets sur support physique. • L'objet en mémoire John pointe sur l'objet Voiture John. • L'objet mémoire John est écrit dans la base. Utilisé par une autre application, il pointe à présent sur un objet qui n'est plus présent en mémoire. Objet "John" Objet "Voiture John" Mémoire Objet "John" Objet "Voiture John" Mémoire Objet "John" Base Pointeur invalide

23. Mutation de pointeurs (1) • Transformation consistant à passer de pointeurs disques à des pointeurs mémoires lors de la première navigation en mémoire via un objet, et inversement lors de la dernière. • Doubles pointeurs: • les références mémoires sont remplacées par des couples <oid, ref>; • les parties ref des couples sont mises à 0 (zéro); • un objet est référencé à partir de son Oid; • la référence est chargée avec l'adresse de l'objet en mémoire.

24. Mutation de pointeurs (2) • Mémoire virtuelle (Single Level Store): • les objets utilisent la même adresse en mémoire centrale et sur disque; • la mémoire virtuelle contient une image exacte de la base de données (ou d'une partition de la base); • une violation mémoire virtuelle en lecture est déclenchée lorsqu'un objet référencé n'est pas en mémoire; • le SGBDO retrouve la page de l'objet sur disque, et rend ladite page accessible en mémoire vituelle. Mémoire virtuelle (client) Page manquante 1. Accès 4. Retour page 2. Violation 3. Accès Serveur

25. Attributs des objets • Attributs simples ou littéraux (entiers, nombres à virgules flottantes, caractères, ...); • Attributs de grande taille (binary large objets - BLOBs); • attributs références; • attributs collections; • attributs dérivés.

26. Attributs références (relation de composition) • Les attributs références (AR) sont utilisés pour représenter des relations entre objets; • les AR prennent comme valeur des objets, c'est-à-dire des références à des entités; • les AR sont l'équivalent des pointeurs dans les langages de programmation, ou des clés étrangères dans les systèmes relationnels, avec deux différences majeures: • les attributs référencés sont incorruptibles; • les attributs référencés ne sont pas associés à des valeurs visibles; si l'état d'un objet référencé est modifié, l'attribut référencé pointe toujours le même objet.

27. Attributs collections • Container typé désigné par un nom, contenant des éléments multiples organisés selon une structure particulière. Document: { title: STRING; document: DATE; keyword: SET[STRING] chapter: LIST[Chapter] } • Un ensemble (set) est une collection non ordonnée, sans double; • un sac (bag) est une collection non ordonnée, qui accepte les doubles; • une liste (list) est une collection ordonnée, qui accepte les doubles; • un tableau (array) est une collection ordonnée et indexée. • La première forme normale du relationnel interdit les attributs collections de valeurs (domaine atomique). Chapter: { title: STRING; number: INTEGER; }

28. Collections • Contenu des collections: • des valeurs {10, 20, 30, 40} • des objets <O1, O2, O3, ..., On> • Dans les systèmes objet, la notion de collection est souvent réalisée par des classes paramétrées, encore appelées classes génériques ou patterns de classes. Collection Insert Delete Count ... Set Include Choice Exist Union ... List First Next Last ...

29. Collections et itérateurs • Une collection peut contenir plusieurs milliers d'éléments. Il est plus efficace de renvoyer au programme un itérateur, au lieu de la collection elle-même. • Un itérateur est un objet à part entière, qui possède les méthodes suivantes: • renvoyer l'élément; • passer à l'élément suivant; • passer à l'élément précédent; • terminer l'itération lorsque tous les éléments ont été parcourus; • repartir du premier élément; • sauter à un élément particulier. • Les itérateurs sont soit directement accessibles au sein du langage de programmation, dans quel cas l'itérateur n'est pas transaprent pour l'utilisateur, soit utilisés en interne au niveau des méthodes d'accès du SGBDO.

30. Collections avec les SGBD(R) • Une collection de personnes avec un SGBDO • Une collection de personnes avec un SGBDR aCollect Person ... #2 ID NOM 1000 Bolomet #1 1001 Gorsjean aPerson Person ... 1002 Norton aPerson Person ... 1003 McDonlard 1004 Blanc ... ...

31. Exemple d'une collection de personnes Voir exemple Java - code ci-dessous Collect Collect addElement firstElement ... Person Person ... aCollect Person ... aPerson Person ... aPerson Person ... aPerson Person ...

32. Exemple de collection: class Document.java import Document; public class Person { private String name; private String level; private Document[] read; //Constructor public Person(String n, String l) { this.name = n; this.level = l; } }

33. Exemple de collection: class Collect.java import java.util.*; class Collect { private Vector collection; //Constructor to create a vector public Collect() { collection = new Vector(); } //Add an element to a vector public void addElement(Person element) { collection.addElement(element); } //Get first element public Person firstElement() { return (Person)(collection.firstElement()); } //Get size public int getSize() { return collection.size(); } //Enumeration public Enumeration elements() { return collection.elements(); } }

34. Exemple de collection: class TryCollection.java (1) import java.util.*; import java.io.*; import Document; public class TryCollection { //Main procedure public static void main(String[] args) { Collect aCollect = new Collect(); Person aPerson; for(;;) { aPerson=readPerson(); if(aPerson==null) break; aCollect.addElement(aPerson); } Enumeration thisLot = aCollect.elements(); while(thisLot.hasMoreElements()) { System.out.println(thisLot.nextElement().toString()); } } //Read keyboard ... }

35. Exemple de collection: class TryCollection.java (2) ... //Read keyboard static public Person readPerson() { BufferedReader kb = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in)); try { System.out.println("\nName: "); String name=kb.readLine().trim(); if(name.length()==0) return null; System.out.println("\nLevel: "); String level=kb.readLine().trim(); return new Person(name, level); } catch(Exception e) { System.out.println(e); return null; } } ...

36. Attributs dérivés • Les attributs dérivés permettent de définir de manière procédurale une valeur d'attribut, en spécifiant une procédure à exécuter dès que la valeur est consultée ou affectée. Document: { title: STRING; document: DATE; ... release: DATE PROC() = ToDay(); } • Les SGBDR permettent également de définir de manière procédurale une valeur d'attribut: • triggers; • stored procedures (Oracle).

37. Et encore ... • Algèbre pour objets complexes; • groupage et dégroupage; • algèbre d'Encore; • algèbre sous forme de classes: • opérations de recherche; • opérations ensemblistes; • opérations de mise à jour; • opérations de groupe;

38. Conclusion • Les bases de données objet soulèvent de nombreux problèmes difficiles. • Les problèmes d'architecture: • architecture client-serveur d'objets; • architecture client-serveur de pages. • Les problèmes de performance: • utilisation de caches d'objets; • utilisation de techniques de mémoire virtuelle; • utilisation de méthodes de regroupements d'objets. • Et encore: • problèmes de concurrence; • problèmes de transactions; • ...