面向?qū)ο蠹夹g(shù)和數(shù)據(jù)庫
摘要
本文簡要回顧了面向?qū)ο蠹夹g(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)結(jié)合的發(fā)展歷程和方向，探討面向?qū)ο蠹夹g(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)的結(jié)合的三種方式的基本特征、優(yōu)勢、劣勢，著重介紹面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫和以應(yīng)用面向?qū)ο蠹夹g(shù)的后關(guān)系型數(shù)據(jù)庫——
Caché
，以其為例分析面向?qū)ο蠹夹g(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)結(jié)合的現(xiàn)狀，并展望面向?qū)ο蠹夹g(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)結(jié)合發(fā)展前景。
關(guān)鍵詞
面向?qū)ο蟆?/span>
SQL
、
MUPUS
語言、
Caché
、
ORM
（對象關(guān)系映射）
前言
在當(dāng)今軟件的世界里，面向?qū)ο蠹夹g(shù)一統(tǒng)天下，滲透到幾乎所有軟件設(shè)計領(lǐng)域、應(yīng)用領(lǐng)域和工程領(lǐng)域。與此同時，在數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域中，雖然關(guān)系數(shù)據(jù)庫占據(jù)了絕大部分的市場份額，
Oracle
、
DB2
、
SQLServer
、
Infomix
成為數(shù)據(jù)庫中的霸主，但關(guān)系數(shù)據(jù)庫究竟還是是數(shù)據(jù)的一種存儲方式，它不屬于面向?qū)ο箢I(lǐng)域。當(dāng)以關(guān)系數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)存儲方式時，由于關(guān)系概念與面向?qū)ο蟾拍钍峭耆煌膬蓚€概念，它們之間存在嚴(yán)重的“阻抗失諧（
Impedance Mismatch
）”。為了解決這個問題，面向?qū)ο蠹夹g(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)自然而然開始交流和結(jié)合，應(yīng)用上層的面向?qū)ο笠鬂B透到數(shù)據(jù)庫，甚至是數(shù)據(jù)庫底層，并開始影響未來數(shù)據(jù)庫的發(fā)展。
面向?qū)ο蠹夹g(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)的結(jié)合，開拓出多種結(jié)合方式，出現(xiàn)了許多新興的概念，創(chuàng)造出來許多優(yōu)秀的產(chǎn)品，下面就讓我們一起來疏理其脈絡(luò)，管窺其機(jī)理，展望其發(fā)展。
發(fā)展
八十年代以來
,
不同領(lǐng)域的應(yīng)用提出了許多新的數(shù)據(jù)管理需求
,
傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫技術(shù)遇到了巨大的挑戰(zhàn)。在這種挑戰(zhàn)之下，第三代數(shù)據(jù)庫應(yīng)運而生，并和諸多新技術(shù)相結(jié)合（比如分布處理技術(shù)、并行計算技術(shù)、人工智能技術(shù)、多媒體技術(shù)、模糊技術(shù)），廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域（商業(yè)管理、
GIS
、計劃統(tǒng)計等），由此也衍生出多種新的數(shù)據(jù)庫技術(shù)。其中一個重要的方向就是數(shù)據(jù)庫的面向?qū)ο蠹夹g(shù)，在面向?qū)ο蠹夹g(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)相結(jié)合的過程中，基本上是沿著下面幾種途徑發(fā)展的：
一種是建立純粹的面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（即
OODBMS
）
，這種途徑往往是以一種面向?qū)ο笳Z言為基礎(chǔ)，增加數(shù)據(jù)庫的功能，主要是支持持久對象和實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫不僅在處理多媒體等數(shù)據(jù)類型時可以做到游刃有余，而且在應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)速度和維護(hù)等方面有著極大的優(yōu)越性。面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)產(chǎn)生于
80
年代后期，它利用類的設(shè)施來描述復(fù)雜對象，利用類中封裝的方法來模擬對象的復(fù)雜行為，利用繼承性來實現(xiàn)對象的結(jié)構(gòu)和方法的重用。面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)對一些特定應(yīng)用領(lǐng)域（例如
CAD
等），能較好地滿足了其應(yīng)用需求。但是，這種純粹的面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)并不支持
SQL
語言，在通用性方面失去了優(yōu)勢，因而其應(yīng)用領(lǐng)域受到了很大的局限。
另一種途徑是從傳統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)庫加以擴(kuò)展，增加面向?qū)ο蟮奶匦裕衙嫦驅(qū)ο蠹夹g(shù)與關(guān)系數(shù)據(jù)庫相結(jié)合，建立對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（
ORDBMS
）
，這種系統(tǒng)既支持已經(jīng)被廣泛使用的
SQL
，具有良好的通用性，又具有面向?qū)ο筇匦裕С謴?fù)雜對象和復(fù)雜對象的復(fù)雜行為，是對象技術(shù)和傳統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)的最佳融合。
1997
年，對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫的出現(xiàn)和發(fā)展應(yīng)該算是數(shù)據(jù)庫技術(shù)的一次革命，對象技術(shù)和關(guān)系技術(shù)珠聯(lián)壁的優(yōu)點，吸引著全球數(shù)據(jù)庫廠商競相研究開發(fā)。如何在現(xiàn)有的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品中加入對象技術(shù)，即開發(fā)面向?qū)ο蟮年P(guān)系型數(shù)據(jù)庫成為數(shù)據(jù)庫軟件廠商競爭的一個焦點。
第三種就是最近兩年中，在開源領(lǐng)域中最為炙熱的
ORM
（對象關(guān)系映射）。
解決“阻抗失諧（
Impedance Mismatch
）”矛盾的辦法是在對象層和關(guān)系層間建立一個映射層（
Mapping Layer
），通過這種方式數(shù)據(jù)源中的關(guān)系數(shù)據(jù)才能進(jìn)入對象領(lǐng)域，以對象的面貌出現(xiàn)，供上層應(yīng)用使用。
最后一種來自于
MUMPS
領(lǐng)域——
M
技術(shù)數(shù)據(jù)庫。
MUMPS
語言，簡稱：
M
技術(shù)算起來也是一種古老的語言了，與
FORTRAN
和
COBOL
屬于同時代的語言。
它在醫(yī)學(xué)、商業(yè)和教育領(lǐng)域中的用處正在日益擴(kuò)大。
M
技術(shù)應(yīng)用于數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域產(chǎn)生一個數(shù)據(jù)庫分支——
M
數(shù)據(jù)庫，其中的佼佼者——
Caché
是將
M
技術(shù)和面向?qū)ο蠹夹g(shù)融合得到的后關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，在醫(yī)療領(lǐng)域的絕對占有率。在面向?qū)ο蠹夹g(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)結(jié)合的大環(huán)境下，這種技術(shù)可以說是劍走偏鋒，又銳利難當(dāng)。
面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫
面向?qū)ο蠛完P(guān)系數(shù)據(jù)庫一樣，都支持?jǐn)?shù)據(jù)庫的持久性、二次存儲管理、并發(fā)控制、恢復(fù)和查詢的功能。不同的是：
1.???????
面向?qū)ο蟮姆独且苑诸悶榛A(chǔ)的，類用于定義存儲在數(shù)據(jù)庫內(nèi)對象的結(jié)構(gòu)及行為
2.?
關(guān)系范例是以元組（
tuple
）或記錄為基礎(chǔ)的，它被唯一地用來定義存儲在數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。一組元組被稱之為一個關(guān)系（
relation
）或一個表（
table
）
面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)的優(yōu)點
1.???????
能有效地表達(dá)客觀世界和有效地查詢信息：面向?qū)ο蟮姆椒ǚ弦话闳说乃季S規(guī)律、即將現(xiàn)實世界分解成明確的對象，這些對象具有屬性和行為。
2.???????
可維護(hù)性好：在耦合性和內(nèi)聚性方面，面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫的性能尤為突出。這使得數(shù)據(jù)庫設(shè)計者可在盡可能少影響現(xiàn)存代碼和數(shù)據(jù)的條件下修改數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。這種先進(jìn)的耦合性和內(nèi)聚性也簡化了在異種硬件平臺的網(wǎng)絡(luò)上的分布式數(shù)據(jù)庫的運行。
3.???????
能很好地解決
Impedance mismatch
問題
面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)的缺點
1.???????
技術(shù)還不成熟。面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫技術(shù)的根本缺點是這項技術(shù)還不成熟，還不廣為人知。
ODBMS
如今還存在著標(biāo)準(zhǔn)化問題，由于缺乏標(biāo)準(zhǔn)化，許多不同的
ODBMS
之間不能通用。此外，是否修改
SQL
以適應(yīng)面向?qū)ο蟮某绦颍€是用新的對象查詢語言來代替它，目前還沒有解決，這些因素表明隨著標(biāo)準(zhǔn)化的出現(xiàn)，
ODBMS
還會變化。
2.???????
面向?qū)ο蠹夹g(shù)需要一定的訓(xùn)練時間：人們還需要學(xué)習(xí)一套新的開發(fā)方法使之與現(xiàn)有技術(shù)相結(jié)合。此外，面向?qū)ο笙到y(tǒng)開發(fā)的有關(guān)原理才剛開始具有雛形，還需一段時間在可靠性、成本等方面令人可接受。
3.???????
理論還需完善：從正規(guī)的計算機(jī)科學(xué)方面看，還需要設(shè)計出堅實的演算或理論方法來支持
ODBMS
的產(chǎn)品。此外，既不存在一套數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法學(xué)，也沒有關(guān)于面向?qū)ο蠓治龅囊惶浊逦母拍钅Ｐ停鯓釉O(shè)計獨立于物理存儲的信息還不明確。
對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫和對象關(guān)系映射
對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫和對象關(guān)系映射作的是同一件事：在關(guān)系數(shù)據(jù)庫之上，加入對象——關(guān)系映射引擎，將應(yīng)用領(lǐng)域中的實體對象和數(shù)據(jù)中的表作一個映射，上層應(yīng)用操作對象，映射引擎作具體的關(guān)系表的操作。所不同的是角色不同：對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫是由數(shù)據(jù)庫廠商實現(xiàn)，是一個自底向上的行為，而對象關(guān)系映射由應(yīng)用層來作，是一個自上而下的行為，殊途同歸。核心技術(shù)便是
OR
映射，包括：
1.?????
將屬性映射成列。類屬性將映射成關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的零或幾列。要記住，并不是所有屬性都是持久的。
2.???????
在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中實現(xiàn)繼承。在將對象保存到關(guān)系數(shù)據(jù)庫中時，繼承的概念中發(fā)生幾個有趣的問題。
3.???????
將類映射成表。類到表的映射通常不是直接的。除了非常簡單的數(shù)據(jù)庫以外，您不會有類到表的一對一映射。
其優(yōu)點包括：
1.???????
該技術(shù)最大的有點在于讓數(shù)據(jù)庫的關(guān)系技術(shù)得到“可持續(xù)發(fā)展”。當(dāng)今業(yè)界，關(guān)系數(shù)據(jù)庫占據(jù)著絕大部分的應(yīng)用領(lǐng)域，縱然從純技術(shù)角度來看，關(guān)系技術(shù)與其他先進(jìn)的數(shù)據(jù)庫技術(shù)相比存在諸多限制，但從市場、應(yīng)用、發(fā)展和經(jīng)濟(jì)多角度來看，只有在關(guān)系數(shù)據(jù)庫之上作出調(diào)適，進(jìn)行改進(jìn)，才能保護(hù)客戶的既有投資，才能讓熟悉關(guān)系技術(shù)的開發(fā)群體能夠平滑過渡到新的階段。因此可以說，對象關(guān)系映射技術(shù)才是最可能得到長足發(fā)展和廣泛應(yīng)用的技術(shù)
2.???????
能夠在很大的程度上解決
Impedance mismatch
問題，現(xiàn)今對象關(guān)系技術(shù)已經(jīng)支持，對象關(guān)系的一對一映射，一對多映射，部分產(chǎn)品還實現(xiàn)了多對多映射，較好的實現(xiàn)了主鍵、外鍵和事務(wù)。并且，在過程語言上的發(fā)展使得關(guān)系世界的存儲過程和觸發(fā)器的功能得到實現(xiàn)
3.???????
對象關(guān)系映射技術(shù)較好的實現(xiàn)同現(xiàn)有主流開發(fā)語言的結(jié)合，如
Java
、
C
＃語言，無縫的融入到開發(fā)環(huán)境中，這樣的便捷性大大提高的開發(fā)的效率，減少了應(yīng)用程序的代碼量。
當(dāng)然，雖然對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫和對象關(guān)系映射殊途同歸，但是對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫有數(shù)據(jù)庫廠商開發(fā)和維護(hù)，算是正規(guī)軍，對象關(guān)系映射中間件主要由開源組織和個人開發(fā)和維護(hù)，算是游擊隊，兩相比較，正規(guī)軍將對象關(guān)系層直接融入數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品，在技術(shù)上具備效率、和數(shù)據(jù)庫的結(jié)合度等多方優(yōu)勢；在實力層面又具備強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)、市場和研發(fā)優(yōu)勢，因此會成為對象關(guān)系映射技術(shù)發(fā)展的主流。而對象關(guān)系映射中間件短小精悍，具備多數(shù)據(jù)庫的支持能力，并且受開發(fā)社群的鼎立支持，也將在未來占據(jù)一席之地。
后關(guān)系型數(shù)據(jù)庫－
Caché
作為唯一實用過的面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫，我試圖給它作一個分類，關(guān)系對象數(shù)據(jù)庫？還是對象數(shù)據(jù)庫？很難將其歸類，因此單列給予分析說明。可以
Caché
是一種高性能的面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫，具有高效率和可升級的多維對象模型，由于市場的需要其內(nèi)部集成了
SQL
訪問，并且具有獨特的分布式數(shù)據(jù)緩沖功能。其底層是多維數(shù)據(jù)模型，其前身是
Mupus
語言的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品。它有下列特點：
1.????????
全面采用了面向?qū)ο竽Ｐ停?/span>
Caché
存儲的數(shù)據(jù)模型接近現(xiàn)實世界。對象世界的一切特點它都具備，并且實現(xiàn)得很。
Caché
的對象模型是基于
ODMG
標(biāo)準(zhǔn)的，
Caché
全
面
支持所有面向?qū)ο蟾拍睿ǚ庋b、嵌入對象、多繼承、多形性和集合。
2.????????
Caché’s
高性能數(shù)據(jù)庫使用多維數(shù)據(jù)模型，它允許有效地緊密存儲豐富的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在這個多維數(shù)據(jù)模型之上，構(gòu)建對象和關(guān)系表，可以說：對象和關(guān)系表是其多維數(shù)據(jù)的外部表現(xiàn)，就想同樣一個人，在外面穿著警服是警察，在家穿著便服是父親和丈夫。
Caché
通過統(tǒng)一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，提供用對象和關(guān)系表兩種方式的靈活而迅速的數(shù)據(jù)訪問，可以用兩種方式并行訪問相同的數(shù)據(jù)。
3.???????
Caché
可以與多種開發(fā)工具和語言互操作，這些訪問方法允許同時使用來滿足不同應(yīng)用需求和優(yōu)化性能。對于對象，可以通過
ActiveX
、
Java
、
C++
和
Web
方式訪問，同時產(chǎn)品統(tǒng)一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以同時支持用標(biāo)準(zhǔn)
SQL
方式訪問對象庫。
4.????????
全面支持
SQL
的訪問方式，
Caché
也提供了對微軟
ODBC
和
SUN
的
JDBC
的高性能驅(qū)動程序，在應(yīng)用端可以象訪問關(guān)系數(shù)據(jù)庫一樣訪問
Caché
。
5.????????
Caché
應(yīng)用服務(wù)器提供
CSP
技術(shù)。用
Caché
開發(fā)的應(yīng)用可以與
Web
進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，
CSP
提供了：
·???????
一個為數(shù)據(jù)庫應(yīng)用提供的先進(jìn)的面向?qū)ο箝_發(fā)方法。
·???????
極好的運行性能和可擴(kuò)展性
·???????
CSP
支持
HTML
、
XML
、
WML
和其它基于
Web
的語言。
講得太多，有為
Caché
作廣告的嫌疑，但根據(jù)實際的應(yīng)用，我認(rèn)為它是一個真正集關(guān)系數(shù)據(jù)庫和對象數(shù)據(jù)庫之所長的產(chǎn)品，通過它，開發(fā)者可以自由的游弋于對象世界和關(guān)系世界，不同的應(yīng)用邏輯采用不同的技術(shù)對相同的數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問。因此，可以預(yù)言，在將來的支持面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫世界中，
Caché
將扮演頗為重要的角色。
結(jié)論
“阻抗失諧（
Impedance Mismatch
）” 的問題引發(fā)了當(dāng)今數(shù)據(jù)發(fā)展的一大趨勢——面向?qū)ο蠹夹g(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)的結(jié)合和相互促進(jìn)。對象是對復(fù)雜事物進(jìn)行抽象思維結(jié)果，也是認(rèn)識事物的普遍方法。對象編程和對象數(shù)據(jù)庫符合人們對于客觀世界的認(rèn)識，事物的復(fù)雜行為在程序?qū)崿F(xiàn)對象時也可以隱藏其復(fù)雜性。這些特性在現(xiàn)代的面向?qū)ο髴?yīng)用中越來越多地體現(xiàn)。因此，不管選擇怎樣的道路來實現(xiàn)，未來的幾年或者十幾年中，伴隨著面向?qū)ο蠹夹g(shù)的發(fā)展，面向?qū)ο蠹夹g(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)的結(jié)合將會穩(wěn)步向前，逐漸向產(chǎn)業(yè)化和主流化方面發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
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Cach
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Object-oriented database product vendors
》
www.soa.org
《對象數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)技術(shù)及其查詢處理》
復(fù)旦大學(xué)博士論文