Les bases de données et l’objet

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1 Les bases de données et l’objet
INT

2 Plan du document Atouts et limites du relationnel
Définition d’un objet Modèle objet pur Règles d'or d'un SGBDO Atouts et limites d'un SGBDO Modèle objet-relationnel Propriétés RICE Bases de Données

3 Atouts du relationnel Très bon support théorique
Simplicité des concepts basés sur des ensembles Modèle de données (externe, logique, physique) LDD et LMD Bases de Données

4 Atouts d'un SGBD(R) Persistance : les données survivent aux programmes
Taille : accès efficace aux grandes quantités de données : gestion des tampons, index, optimisation des requêtes Performances sur le transactionnel (OLTP) Standard industrie : SQL2 : indépendance des applications architecture client-serveur optimisation de requêtes Sécurité Transactions Architecture client-serveur Bases de Données

5 Limite du relationnel (2)
Modèle plat : pas de données complexes Difficile d ’exprimer des choses structurées 1FN nbre relations Difficile de naviguer dans la structure Jointure -> inadaptés aux application navigationnelles (réseaux, CAO) Pas de types nouveaux volumineux ou/et multimedia Non intégration des opérations SQL déclaratif, simple Langage non complet  interfaçage avec un langage de programmation impedance mismatch Bases de Données

6 Définition d’un objet Pas de définition universelle de l’objet OMG
Chose identifiable Ferber Entité informatique complète identifiable caractérisée pas son état et un ensemble de méthodes Bases de Données

7 Définition d'un objet (2)
Associe traitements (méthodes) et données dans une même entité. L'interface est le seul moyen d'accéder à l'objet, par l'envoi de messages. "Abstraction informatique d'une entité du monde réel caractérisée par une identité, un état et un comportement." [Gardarin, "Bases de Données objets & relationnel", Eyrolles, 1999] Méthode Interface Données Objet Messages Bases de Données

8 Identité d’objet Chaque objet a une identité indépendante de sa valeur. On peut mettre à jour la valeur sans changer l'identité. Identité et égalité (surface ou profondeur?) sont deux concepts différents. Les objets peuvent être partagés. Les objets peuvent être cycliques. Les identificateurs ne sont pas accessibles aux utilisateurs. Bases de Données

9 Exemple VolAF417/15mars95 VolUTA75/16mars95
tarif places_dispo inscrits VolUTA75/16mars95 inscrits places_dispo tarif * * Dupont Blanc André Martin ref reservations ref reservations ref reservations ref reservations * * * * Bases de Données

10 Modèle objet pur Premier SGBD objet : 1983 (Gemstone)
Approche : étendre le langage de programmation objet aux fonctions de SGBD Persistance orthogonale au type langages : C++, smalltalk, Java/OQL Produits O2, ObjectStore, Ontos, Objectivity, Jasmine, Versant Niches technologiques réseau, CAO, SIG, Gestion de données Techniques pas de transactionnel lourd Bases de Données

11 Règles d'or d'un SGBD Objet
Pour être qualifié d'objet, un SGBD doit respecter treize règles [Soutou99] Données persistantes Les données persistantes et non persistantes (temporaires) sont manipulées de la même façon par un programme Grande quantité de données Techniques de regroupement physique, d'indexation, d'optimisation de requêtes et de gestion de cache Fiabilité des données Transactions et privilèges Partages de données multi-utilisateur  mécanismes de verrous Facilité d'interrogation Langage de requêtes. Le résultat d'une requête n'est pas forcément un objet d'une classe existante. Le langage offre en outre la puissance d'un langage de programmation Bases de Données

12 Règles d'or d'un SGBD Objet
Encapsulation Les données sont accessibles par des méthodes à différents degrés (visibilité) Objets composites Les structures de données à définir et à manipuler peuvent être complexes Identificateur d'objet Accès aux objets directement ou par des liens inter-objets via les OID Objets partagés Classes, types et méthodes Types abstraits de données Concepts de classes et de méthodes de l'approche objet Héritage Bases de Données

13 Règles d'or d'un SGBD Objet
Surcharge et liaison dynamique Les méthodes peuvent être surchargées. La liaison dynamique est la capacité d'établir la correspondance entre le nom d'une méthode et son implantation lors de l'exécution et non lors de la compilation Langage de programmation complet Le système dispose d'un langage de programmation qui ne nécessite pas d'opérateur externe pour écrire une application Extensibilité Le système autorise l'ajout dynamique de nouveaux types abstraits de donnée, de nouvelles classes, de nouvelles méthodes, etc. Bases de Données

14 SGBDO ++ Héritage multiple Gestion des versions CI Vues
Evolution de schéma Persistance dynamique Bases de Données

15 Atouts de la technologie objet dans les bases de données
Origine dans les langage de programmation objet Objectif principal de l'approche objet : augmenter le niveau d'abstraction. Objet dans les SGBD : combiner les avantages fichiers (simplicité et rapidité d'accès), bases hiérarchiques ou réseaux (navigation entre objets) bases relationnelles (langage de requêtes) Réduction des différences entre le langage de programmation et la BD, entre le monde à modéliser et le modèle de données d'autre part Bases de Données

16 Limites de la technologie objet dans les bases de données
Manque de théorie dans la conception d'un schéma. Modèle de données : complexe manque de maturité Tenue de charge des moteurs lorsque le nombre d'utilisateurs concurrents augmente d'une manière importante Bases de Données

17 SGBD objet-relationnel
Un SGBD objet-relationnel doit selon Stonebraker prendre en compte les quatre mécanismes suivants L'extension des types de données Les objets complexes (en terme de structures de données) L'héritage Les systèmes de règles Bases de Données

18 Propriétés RICE Réutilisation Identité Complexité Encapsulation
finalité du paradigme objet héritage, généralité, composition, polymorphisme Identité identifier un objet de manière unique Complexité définition d ’objets complexes et/ou fortement structurés Encapsulation boîte noire avec des méthodes de manipulation Bases de Données

19 RICE/BDO/BDOR Bases de Données

20 Conclusion SQL3 et OQL se rapprochent SQL3 évolue vers SQL4
Bases de Données

21 Deux approches en BD Oracle, Informix, CA-Jasmine, Sybase, IBM, DB2,
Smalltalk, C++, ... Codd (69) OODBMS SQL SQL2 ODMG 93 SQL3 ODMG II (97) SQL4 Oracle, Informix, Sybase, IBM, DB2, CA-OpenIngres CA-Jasmine, ObjectStore, O2 Versant, POET, ... Convergence ? Bases de Données

22 Les manifestos Codd, 1969 Codd, 1990 Atkinson et al. 1989
Modèle relationnel Codd, 1990 Modèle relationnel V2 Atkinson et al. 1989 The object-oriented Database System Manifesto Stonebraker et al. 1990 Third generation Database System Manifesto Darwen et Date, 1995 The third Manifesto Bases de Données

23 Bibliographie Mokrane Boutzeghoub, Georges Gardarin, Patrick Valduriez, "Les Objets", Eyrolles, 1998, 450 pages; R. Cattell, "Bases de données orientées objets", Thomson Publishing, 1997, 395pages; Georges Gardarin, "Bases de données objet & relationnel", Eyrolles, 1999, 780 pages. Bases de Données

24 Bases de données objet-relationnel
Oracle 8 INT

25 Le modèle de données Le modèle de données objet-relationnel est une extension du modèle de données relationnel Une des principales extensions consiste à manipuler des structures de données complexes incluant Des pointeurs (facilitent la navigation) Des tables imbriquées (permettent de s'affranchir de la règle de la première forme normale) Les objets sont stockés dans des tables objets-relationnelles qui présentent des caractéristiques semblables au modèle de données NF2 (Non First Normal Form) Une table au modèle NF2 peut contenir un attribut qui est composé d'une liste de valeurs Bases de Données

26 Exemple Bases de Données

27 Exemple Bases de Données

28 Oracle8 et l'objet-relationnel
Oracle 8 est le premier serveur objet-relationnel d'Oracle Un des objetifs d'Oracle est de disposer de produits permettant le développement du commerce électronique basé sur un mécanisme transactionnel L'architecture d'Oracle est un montage trois tiers Le client (navigateur Internet) Le serveur applicatif (exécutable) Le serveur de base de données Oracle ne met pas encore en oeuvre le mécanisme d'héritage dans la version 8.0.x Bases de Données

29 La programmation OO avec Oracle
Dans PL/SQL la programmation orientée-objet est basée sur des types objets (object types). Ces types objets fournissent 1) des modèles abstraits pour des objets du monde réel 2) l'encapsulation ("boîte noire"). Pour utiliser un type objet dans un programme, il suffit de connaître ce qu'il fait et non comment il le fait. Bases de Données

30 Le Type Objet Un type objet est un type de données composé défini par l'utilisateur, qui encapsule une structure de données ainsi que les fonctions et procédures nécessaires à la manipulation des données. Les variables qui forment la structure de données sont appelées des attributs et les fonctions/procédures qui caractérisent le comportement du type objet sont les méthodes. Un objet a donc des attributs et un comportement. Bases de Données

31 L'encapsulation des données
Les attributs et les méthodes sont encapsulées dans un type objet. La structure de données formée par les attributs est publique. Toutefois, une programmation "stricte" ne devrait pas directement manipuler les attributs mais appeler les méthodes proposées. Oracle prévoit la possibilité de définir une structure de données dite privée, dont les attributs sont accessibles uniquement via les méthodes. Bases de Données

32 L'instance Lorsque qu'une structure de données est remplie avec des valeurs, une instance est crée. Autant d'instances désirées peuvent être crées, souvent appelées objets. Bases de Données

33 La structure d'un type-objet
Un type-objet est formé de 2 parties: 1) une spécification L'interface déclarant la structure de données (l'ensemble des attributs) ainsi que les opérations (méthodes) associées à la manipulation de ces données. 2) un corps (body) Il définit complètement les méthodes, et ainsi implémente la spécification. Spécification Déclaration des attributs Spécification des méthodes Corps Corps des méthodes Interface publique Implémentation privée Bases de Données

34 Remarques La notion d'encapsulation est déjà très forte dans PL/SQL grâce au paradigme du package. Le paradigme du package permet de protéger les spécifications des procédures. En effet, le corps d’une procédure peut être modifié tout en conservant son en-tête, ainsi le programmeur n’a nul besoin de se préoccuper de mettre à jour ses anciens programmes. On perçoit une analogie très forte entre le type objet et le package, non seulement au niveau conceptuel mais également au niveau de la structure. Bases de Données

35 La spécification d'un type objet
Dans la spécification d'un type objet, tous les attributs doivent être déclarés AVANT les méthodes Si la spécification d'un type objet déclare uniquement des attributs, le corps du type objet est inutile. Il n'est pas possible de déclarer des attributs dans le corps d'un type objet. Dans la spécification d'un type objet, il est possible de déclarer des attributs et des méthodes, mais impossible de déclarer des constantes, exceptions, curseurs ou types. Il est nécessaire de déclarer au moins un attribut (max. 1'000) dans un type objet; les méthodes sont optionnelles. Bases de Données

36 Les attributs Un attribut est déclaré avec un nom (unique dans le type objet) et un type de données. Tous les types de données Oracle sont possibles à l'exception de: LONG, LONG RAW, NCHAR, NCLOB, NVARCHAR2, MLSLABEL, ROWID, BINARY_INTEGER, BOOLEAN, PLS_INTEGER, RECORD, REF CURSOR, %TYPE, %ROWTYPE, et les types définis à l'intérieur d'un package PL/SQL. Un attribut ne peut pas être initialisé (pas de clause DEFAULT). La contrainte NOT NULL ne peut pas être imposée. La structure de données peut devenir très complexe. Par exemple, le type de données d'un attribut peut être un autre type objet (appelé "nested object type"). Bases de Données

37 Les méthodes Une méthodes est un sous-programme déclaré dans la spécification d'un type objet par le mot-clé MEMBER. La méthode ne peut pas avoir le même nom que le type objet ni qu'aucun des attributs. Une méthode se réfère aux attributs ou à d'autres méthodes du type objet sans préfixe. Bases de Données

38 Le paramètre SELF Toute méthode d'un type objet accepte une instance de ce type comme premier paramètre (SELF). Ce paramètre peut être implicitement ou explicitement déclaré. Lorsque SELF n'est pas explicitement déclaré, son mode par défaut est IN pour une fonction IN OUT pour une procédure. Dans le corps d'une méthode, SELF se réfère à l'objet appelant la méthode. Le préfixe SELF n'est pas obligatoire lors de l'utilisation d'un attribut par une méthode. Bases de Données

39 La méthode CONSTRUCTOR
Chaque objet est pourvu d'une méthode de construction appelée CONSTRUCTOR, définie par le système avec le même nom que le type objet. Une méthode de construction est une fonction utilisée pour initialiser et retourner une instance de ce type objet. Le type des paramètres ainsi que leur ordre sont identiques à ceux des attributs du type objet. Bases de Données

40 La définition d'un type objet
CREATE [OR REPLACE] TYPE type_name AS OBJECT ( att_name datatype [, att_name datatype] … [ MEMBER {procedure_spec | function_spec} [, MEMBER {procedure_spec | function_spec}] ] … ); [CREATE [OR REPLACE] TYPE BODY type_name AS MEMBER {procedure_spec | function_spec}; [, MEMBER {procedure_spec | function_spec}; ] … END ; ] Bases de Données

41 Exemple CREATE TYPE Nbre_rationnel AS OBJECT ( Numerateur INTEGER,
Denominateur INTEGER, MEMBER FUNCTION plus (x Nbre_rationnel) RETURN Nbre_rationnel, MEMBER FUNCTION moins (x Nbre_rationnel) RETURN Nbre_rationnel, MEMBER FUNCTION fois (x Nbre_rationnel) RETURN Nbre_rationnel ); CREATE TYPE BODY Nbre_rationnel AS MEMBER FUNCTION plus (x Nbre_rationnel) RETURN Nbre_rationnel IS r Nbre_rationnel; BEGIN -- retourne la somme de SELF et x -- appel du CONSTRUCTOR r:= Nbre_rationnel (numerateur * x.denominateur + x.numerateur * denominateur, denominateur * x. denominateur ); RETURN r; END plus; … END; Dans le cas où une colonne est omise, la valeur NULL est automatiquement insérée sauf si une valeur par défaut est spécifiée. La clause Bases de Données

42 Les objets Une fois un type objet défini et inséré au schéma, il peut être utilisé pour déclarer des objets dans n'importe quel bloc PL/SQL, sous-programme, ou package. Bases de Données

43 La déclaration d'un objet
Les types objets peuvent être utilisés partout où un type prédéclaré tel que CHAR ou NUMBER le serait. Exemple: DECLARE r Nbre_rationnel; BEGIN -- appel de la méthode CONSTRUCTOR r:= Nbre_rationnel (6,7); DBMS_OUTPUT.PUT_LINE (r.numerateur); … Bases de Données

44 Initialisation d'un objet
Tant qu'un objet n'a pas encore été initialisé par l'appel du CONSTRUCTOR de son type objet, l'objet est atomiquement nul. Un objet nul n'est jamais égal à un autre objet. Le fait de comparer un objet NULL avec n'importe quel autre objet donne toujours la valeur NULL. Bases de Données

45 L'accès aux attributs L'accès à un attribut peut se faire simplement par référence à son nom. Pour accéder ou modifier la valeur d'un attribut, la notion pointée est utilisée. Exemple: r.denominateur r.numerateur Les noms des attributs peuvent être enchaînés, ce qui permet d'accéder aux attributs d'un "nested object type". Bases de Données

46 Le partage d'objets Le partage d'objets a deux avantages:
1) les données ne sont pas répliquées inutilement 2) lorsqu'un objet partagé est modifié, ce changement est effectué une seule fois et n'importe quel référant a accès aux nouvelles valeurs. Le mot-clé REF sert à déclarer les références. Il contient un pointeur sur un objet. Exemple: CREATE TYPE T_Ligne AS OBJECT ( Quantite NUMBER, Montant NUMBER(10,2), ProduitCommande REF T_Produit, MEMBER PROCEDURE CalculMontant ); Bases de Données

47 La manipulation des objets
Les types objets peuvent être utilisés dans les instructions SQL CREATE TABLE pour spécifier le type de données d'une colonne. Dès qu'une table est créée, les instructions SQL sont utilisées pour insérer un objet, sélectionner des attributs ou des méthodes et mettre à jour son état. Exemple: CREATE TABLE Nombre (nr Nbre_rationnel,…) -- insère 3/7 INSERT INTO Nombre (nr) VALUES (Nbre_rationnel (3,7)) -- retourne 3 SELECT n.nr.numerateur INTO Mon_nombre FROM Nombre n WHERE … -- modifie le numérateur à 10 et le dénominateur à 7 (3/7 +1= 10/7) UPDATE Nombre n SET n.nr=n.nr.plus(Nbre_rationnel(1,1)) WHERE ... Remarque: Un alias est nécessaire lorsqu'un attribut ou une méthode est référencé. Bases de Données

48 La table objet Une table stockant des objets de type objet sont appelées des tables objets. Chaque colonne dans un enregistrement correspont à un attribut du type objet. Exemple: CREATE TABLE Nombre OF Nbre_rationnel; Remarque: Chaque enregistrement dans une table objet a un OID (object identifier), qui identifie uniquement l'objet stocké dans une enregistrement et sert comme référence à l'objet. Bases de Données

49 L'accès aux objets référencés
La navigation à travers à un objet référencé dans une instruction procédurale PL/SQL n'est pas possible. Il est impératif de passer par l'opérateur DEREF dans une instruction SQL. (DEREF-"déréférence": lorsqu'un pointeur est "déréférencé", la valeur de l'objet pointé est retourné) L'opérateur DEREF prend comme paramètre une référence à un objet, puis retourne la valeur de l'objet. Bases de Données

50 Exemple Considérons le type objet suivant:
CREATE TYPE T_Commande AS OBJECT ( DateCommande DATE, Rabais NUMBER, MontantTotal NUMBER(10,2), Emetteur REF T_Client, Lignes T_lignes, MEMBER FUNCTION Destinataire RETURN T_Client, ); La requête suivante "déréférence" la référence à un objet de type T_Client UnClient T_CLient; BEGIN SELECT DEREF(Emetteur) INTO UnClient FROM …; Bases de Données

51 Traduction d'un diagramme de classe UML

52 <<datatype>>
Editeurs Editeur Livre {UNIQUE : nomEditeur} nomEditeur : String ville : String {UNIQUE : ISBN} ISBN : String titre : String anneeParution: TypeDonneesAnnee 1 1..n nblivres() : number <<datatype>> TypeDonneesAnnee {Integer > 0} Bases de Données

53 Traduction des classes
CREATE OR REPLACE TYPE TypeDonnéesAnnée AS OBJECT (valeurAnnee INTEGER) / CREATE OR REPLACE TYPE EditeurType AS OBJECT (nomEditeur VARCHAR(20), ville VARCHAR(20), ) CREATE TYPE LivreType AS OBJECT (ISBN CHAR(13), titre VARCHAR(50), anneeParution TypeDonneesAnnée, editeur REF EditeurType CREATE TABLE Editeur OF EditeurType (PRIMARY KEY(nomEditeur)) CREATE TABLE Livre OF LivreType (PRIMARY KEY(ISBN), CONSTRAINT anneeSup0 CHECK(anneeParution.valeurAnnee > 0), CONSTRAINT referenceTableEditeur editeur SCOPE IS Editeur) Intention table d'objets contiendra extension type utilisateur contrainte définie dans table Bases de Données

54 Traduction des associations
CREATE TYPE LivreType AS OBJECT (ISBN CHAR(13), titre VARCHAR(50), annéeParution TypeDonnéesAnnée, éditeur REF EditeurType ) qui existe … CREATE TABLE Livre OF LivreType (PRIMARY KEY(ISBN), CONSTRAINT annéeSup0 CHECK(annéeParution.valeurAnnée > 0), CONSTRAINT referenceTableEditeur éditeur SCOPE IS Editeur)  Intégrité référentielle : suppression d'objet référencé autorisée Bases de Données

55 Circularité des références
CREATE OR REPLACE TYPE EditeurType CREATE TYPE LivreType AS OBJECT (ISBN CHAR(13), titre VARCHAR(50), annéeParution TypeDonnéesAnnée, éditeur REF EditeurType) CREATE OR REPLACE TYPE LivreRefType AS OBJECT (livreRef REF LivreType) CREATE TYPE tableRefLivresType AS TABLE OF LivreRefType CREATE OR REPLACE TYPE EditeurType AS OBJECT (nomEditeur VARCHAR(20), ville VARCHAR(20), lesLivres tableRefLivresType) CREATE TABLE Editeur OF EditeurType (PRIMARY KEY(nomEditeur)) NESTED TABLE lesLivres STORE AS tableLesLivres CREATE TABLE Livre OF LivreType (PRIMARY KEY(ISBN), CONSTRAINT annéeSup0 CHECK(annéeParution.valeurAnnée > 0), CONSTRAINT referenceTableEditeur éditeur SCOPE IS Editeur) Bases de Données

56 Traduction des associations (2)
CREATE TYPE LivreRefType AS OBJECT (livreRef REF LivreType) / CREATE TYPE tableRefLivresType AS TABLE OF LivreRefType CREATE TYPE EditeurType AS OBJECT (nomEditeur VARCHAR(20), ville VARCHAR(20), lesLivres tableRefLivresType ) CREATE TABLE Editeur OF EditeurType (PRIMARY KEY(nomEditeur)) NESTED TABLE lesLivres STORE AS tableLesLivres Bases de Données

57 Traduction des méthodes
create or replace type editeurType as object (nomEditeur VARCHAR(20), ville VARCHAR(20), MEMBER FUNCTION nbLivres RETURN NUMBER, PRAGMA RESTRICT_REFERENCES(nbLivres, WNDS) ) create or replace type body EditeurType as MEMBER FUNCTION nbLivres RETURN NUMBER IS nb NUMBER; BEGIN SELECT COUNT(*) INTO nb FROM Livre l WHERE l.editeur = SELF; RETURN nb; END nbLivres; END; SELECT e.nbLivres() FROM Editeur e WHERE e.nomEditeur ='Addison-Wesley' Bases de Données

58 Manipulation des tables imbriquées
Opérateur d'applatissement THE SELECT livres.livreref.ISBN, livres.livreref.titre FROM THE( SELECT e.lesLivres FROM Editeur e WHERE nomEditeur = 'Addison-Wesley') livres Bases de Données

59 Manipulation des tables imbriquées
Opérateur d'applatissement THE avec INSERT INSERT INTO Editeur values ('Loze-Dion', 'Longueil', tableRefLivresType()) INSERT INTO Editeur VALUES ('Addison-Wesley', 'Reading, MA',tableRefLivresType()) -- Insertion de livres INSERT INTO Livre SELECT ' ', 'Automatic Text Processing', TypeDonnéesAnnée(1989), REF(e) FROM Editeur e WHERE nomEditeur = 'Addison-Wesley' INSERT INTO THE (SELECT e.lesLivres FROM Editeur e WHERE e.nomEditeur = 'Addison-Wesley') SELECT REF(l) FROM Livre l WHERE l.ISBN = ' ' Bases de Données

60 Alors … Objet ou relationnel ?

61 Relationnel vs. objet: le modèle relationnel
POUR CONTRE Le modèle relationnel est adapté à un grand nombre d'applications (de gestion par exemple), qui utilisent des types simples de données. Le modèle relationnel est basé sur une théorie "scientifique" et a été mis à l'épreuve ces 15 dernières années: travaux de Codd; ... Le modèle relationnel est facile à comprendre. Le modèle relationnel ne permet pas de représenter certaines entités complexes du monde réel. Les jointures peuvent être des opérations relativement lourdes. ... Bases de Données

62 Relationnel vs. objet: le modèle objet
POUR CONTRE Les objets permettent de représenter [plus] naturellement des entités du monde réel: objets complexes. Les objets offrent une plus grande souplesse pour gérer les structures de données complexes (multimedia, CAO, AGL, etc.) Les SGBDO posent un certain nombre de problèmes: gestion des objets en mémoire et dans la base; performance d'accès aux objets; concurrence d'accès aux objets. ... Bases de Données

63 ? Evolution des SGBD Relationnel- Relationnel objet Relationnel-objet
Nouveau paradigme Relationnel- objet Relationnel Objet temps Bases de Données

64 Relationnel, objet, ou objet-relationnel?
Georges Gardarin, "Bases de données objet & relationnel", Eyrolles, 1999 Complexité des requêtes Objet- relationnel Relationnel Relationnel Objet Complexité des données Bases de Données