Modelli dei Dati e DBMS di Nuova Generazione + Labo di Basi di dati II

Presentazione sul tema: "Modelli dei Dati e DBMS di Nuova Generazione + Labo di Basi di dati II"— Transcript della presentazione:

1 Modelli dei Dati e DBMS di Nuova Generazione + Labo di Basi di dati II
Marco Mesiti

2 Organizzazione dei corsi
Modello dei dati ad oggetti Modelli dei dati relazionali ad oggetti Il modello relazionale ad oggetti di Oracle Le basi di dati attive (in particolare Oracle) XML DBMS Parte COMUNE I due corsi sono complementari. Ha senso inserire sono uno dei due nel piano di studi I sistemi di data warehouse Tecniche di data mining Regole di associazione Alberi di decisione Modelli dei dati Organizzazione dati su memoria secondaria Strategie di elaborazione delle interrogazioni Basi di dati II

3 Organizzazione di ogni corso
Progetto progettazione e sviluppo di una base di dati relazionale ad oggetti su Oracle Seminario Approfondimento di uno degli argomenti visti a lezione Progetto + Seminario Da svolgere in gruppi da 2 o 3 persone Valutazione complessiva: [-2,2] Se il seminario viene svolto entro la fine del corso, il range di valutazione e’ [-1,3] Esame: 2 compitini (o scritto) orale obbligatorio solo in caso di sufficienza non piena (16-17) o scarsa su determinati argomenti

4 Orario Lunedi’: Mercoledi’
13:30 – 14:30 14:45 – 16:00 Mercoledi’ 11:00 – 12:00 12:15 – 13:30 Orario ricevimento: mercoledi’ 14:30 – 16:00 (ufficio Prof. Bertino)

5 Introduzione Le prime e più rilevanti applicazioni dei DBMS sono state in campo finanziario ed amministrativo questo ha influenzato l'organizzazione e l'utilizzo dei dati nei DBMS innovazioni hardware hanno aperto il mercato a nuove applicazioni che richiedono strumenti software adeguati

6 Introduzione Esempi di tali applicazioni sono: (Iper)testi, multimedia
Progettazione: CAD/CAM, CASE Computer integrated manufacturing Sistemi esperti/basi di conoscenza Office automation Reti intelligenti (telecomunicazioni) Sistemi di supporto delle decisioni Sistemi informativi geografici/cartografici

7 Introduzione Tali nuove applicazioni possono essere caratterizzate come data-intensive programming in the large data intensive: un programma data-intensive produce e/o richiede grandi quantità di dati programming in the large: programmi molto grandi e complessi, progettati e sviluppati da molti programmatori (software engineering) Sistemi software molto grandi e complessi che richiedono di gestire grandi quantità di dati

8 Introduzione - requisiti nuove applicazioni
Condivisione dei dati Persistenza dei dati Grandi quantità di dati Affidabilità dei dati Interoperabilità Dati strutturati (tipi complessi) Semantica dei dati Modellazione del comportamento attivazione comportamento in automatico manipolazioni complesse I DBMS tradizionali soddisfano solo i primi quattro requisiti

9 Introduzione - Evoluzione dei DBMS
DBMS orientati ad oggetti DBMS + programmazione orientata ad oggetti DBMS relazionali estesi o relazionali ad oggetti DBMS relazionali estesi con concetti ad oggetti DBMS attivi DMBS + comportamento reattivo AI

10 Introduzione - Evoluzione dei DBMS
Datawarehouse DBMS + sistemi per il supporto alle decisioni Datamining DBMS + statistica DBMS XML DBMS + documenti XML DBMS deduttivi DBMS + programmazione logica

11 Basi di dati orientate ad oggetti

12 Introduzione - L’orientamento ad oggetti
Object-orientation sempre più diffuso in ambito software engineering e linguaggi di programmazione vantaggio di unicità del paradigma L'object-orientation è una tecnologia chiave per architetture software avanzate e piattaforme di sviluppo di applicazioni Richiede maggior tempo di progettazione iniziale Riduce significativamente la dimensione del codice Richiede minor tempo totale e meno sviluppatori

13 Introduzione - Unicità del paradigma
Nel tradizionale ciclo di vita del software si devono superare diverse barriere ognuna delle quali comporta problemi di comunicabilità dal dominio del problema all'analisi (es. Data Flow Diagram), alla programmazione (es. C) alle basi di dati (es. ER+relazionali) Nel ciclo di vita del software orientato ad oggetti le varie fasi si basano su un unico modello non si deve progettare separatamente la struttura della base di dati non si hanno problemi di comunicazione tra DBMS e linguaggio di programmazione

14 Introduzione - Integrazione di sistemi eterogenei
Un requisito importante è che le nuove applicazioni possano interagire con le applicazioni esistenti e accedere ai dati gestiti da tali applicazioni La scelta di uno specifico linguaggio o DBMS dipende dai requisiti correnti dell'applicazione e dalla tecnologia disponibile, che variano nel tempo sistemi eterogenei Il paradigma ad oggetti, grazie all'incapsulazione, permette di risolvere problemi di integrazione

15 Introduzione - Definizione di OODBMS
Un OODBMS è un sistema con le funzionalità e le caratteristiche di: un linguaggio di programmazione ad oggetti un DBMS Il progetto di un OODBMS richiede l'integrazione della tecnologia delle basi di dati con la tecnologia object-oriented

16 Introduzione - Funzionalità di un OODBMS
object identity oggetti complessi incapsulazione ereditarietà overloading e late binding completezza computazionale estensibilità Persistenza condivisione sicurezza affidabilità linguaggio di interrogazione efficienza

17 Introduzione - A chi è adatto un OODBMS?
Organizzazioni che: hanno necessità di tempi di sviluppo brevi adottano programmazione ad oggetti hanno necessità di condividere informazione complessa sviluppano sistemi intelligenti

18 Introduzione - Prodotti e prototipi
ObjectStore(Object Design) GemStone (Serviologic) O2 (Ardent Software) POET (POET Software) Jasmine (Computer Associates) Orion (MCC) /Itasca Ontos (Ontologic) Objectivity/DB (Objectivity) Iris/OpenODB(HewlettPackard) Versant (Versant Technology) Vision (Innovative Systems) GBase (Graphael) Statice (Symbolics) Trellis (Digital) Zitgeist (Texas Instr.) Matisse (Matisse Software)

19 Introduzione - Cenni storici
: lancio dei primi linguaggi ad oggetti con persistenza (sistemi standalone, non adottano piattaforme standard industriali) es: GBase, GemStone, Vbase 1990: primi OODBMS con funzionalità complete architettura client/server, piattaforme comuni es: Ontos, ObjectStore, Objectivity, Versant, Itasca, O2 , Zeitgeist 1991: nasce ODMG necessità di uno standard 1993,1997: ODMG93 e ODMG 2.0 1999: ODMG 3.0 object data management

20 Introduzione OODBMS sono stati fortemente influenzati da linguaggi di programmazione ad oggetti e fortemente contrapposti a DBMS relazionali prodotti da piccole compagnie (non quelle che dominano il mercato dei DBMS)

21 Introduzione Caratteristiche fondamentali:
ricchezza di strutture dati classi e tipi definiti dall’utente stretta integrazione con linguaggi di programmazione ad oggetti accesso navigazionale ai dati gli OODBMS si sono imposti in nicchie di mercato che non trovavano adeguato supporto dai DBMS relazionali (es. CAD)

22 Introduzione Tali DBMS non hanno avuto il successo di mercato sperato
più carenti per quanto riguarda le funzionalità DBMS dei consolidati prodotti relazionali mancanza o limitatezza di accesso associativo ai dati problema dei legacy system (problemi nel garantire compatibilita’ all’indietro) nel frattempo, i più diffusi DBMS relazionali (Informix, Sybase, DB2, Oracle) sono stati estesi con caratteristiche ad oggetti …

23 Introduzione Gli OODBMS forniscono persistenza a oggetti creati in Java, C++, Smalltalk: estensione di un ambiente di programmazione ad oggetti gli ORDBMS (come i relazionali) introducono una API separata (basata su SQL) per lavorare con i dati memorizzati e hanno un loro sistema dei tipi che non è puramente object-oriented oggi la quota di mercato che utilizza OODBMS è piuttosto bassa

24 Allora perchè li studiamo?
Storicamente importanti ci permettono di capire meglio i concetti alla base dei sistemi relazionali ad oggetti “semplici da capire” SE è nota la programmazione ad oggetti

25 Modelli dei dati ad oggetti - Concetti di base
Oggetti ed identificatori di oggetti Oggetti complessi Incapsulazione Classi Associazioni Ereditarietà

26 Oggetti (riassunto caratteristiche)
Entita’ del mondo reale contraddistinte da un identificatore (OID) L’OID e’ indipendente dallo stato dell’oggetto Diversi concetti di uguaglianza/identita’ tra oggetti Gli OID degli oggetti non sono “chiavi” degli oggetti La presenza degli OID permettono la condivisione (sharing) di oggetti Gli oggetti complessi sono oggetti che presentano una struttura specifica per una applicazione

27 Oggetti ed identificatori - Identità
Ogni entità del mondo reale è modellata come un oggetto Ogni oggetto ha un identificatore (OID) che lo distingue da tutti gli altri oggetti nella base di dati L'identificatore è immutabile ed indipendente dal valore dell'oggetto l'oggetto può essere visto come coppia (OID, valore) Gli OID in genere non sono visibili agli utenti

28 Oggetti ed identificatori - Identità : Esempio
La persona “Mario Rossi”, residente in via Piave, è un oggetto può essere identificato dall’OID 417 se cambia indirizzo, il suo OID rimane 417

29 Oggetti ed identificatori - OID e chiavi
Una chiave (valore di uno o più attributi) può essere modificata, l'OID è invece immutabile Usando le chiavi, il programmatore deve: selezionare gli attributi da utilizzare come chiave assicurare l'unicità dei valori di chiave Gli OID sono gestiti completamente dal sistema

30 Oggetti ed identificatori - OID e chiavi
Le chiavi sono uniche all'interno di una relazione Gli OID sono unici all'interno dell'intero sistema Poiché gli oggetti sono riferiti in modo uniforme è più semplice gestire collezioni di oggetti eterogenei (es. insieme di persone e di dipartimenti)

31 Oggetti ed identificatori - OID e chiavi
Rappresentazione di associazioni tra entità Modello relazionale: value-based le associazioni tra entità sono rappresentate tramite chiavi esterne (join) Modello ad oggetti: identity-based tramite riferimenti tra oggetti (puntatori) navigazione (direzionale) del riferimento

32 Oggetti ed identificatori - OID e chiavi: Esempio
Chiave esterna Impiegati 123 Mario Rossi … 3 Dipartimenti 3 Ricerca … Riferimento tra oggetti Impiegato[i] Imp#: 123 Nome:Mario Cognome: Rossi … Dip#: Dipartimento[j] Dipartimento[i] Dip#: 3 Nome:Ricerca ...

33 Oggetti ed identificatori - identità e uguaglianza
Il concetto di OID introduce due tipi di uguaglianza tra oggetti: identità se i due oggetti hanno lo stesso OID uguaglianza per valore se i due oggetti hanno lo stesso valore deep: gli attributi corrispondenti sono uguali (per valore) shallow: gli attributi corrispondenti sono identici

34 Oggetti ed identificatori - Esempio di oggetti uguali ma non identici

35 Oggetti ed identificatori - Condivisione di oggetti
Gli OID permettono la condivisione (sharing) di oggetti Nel caso di oggetti condivisi lo stato delle componenti è unico I cambiamenti alle componenti sono visibili da tutti gli oggetti che li riferiscono

36 Oggetti ed identificatori - Condivisione di oggetti: esempio

37 Oggetti ed identificatori - Condivisione di oggetti: esempio

38 Oggetti ed identificatori - Condivisione di oggetti: esempio

39 Oggetti complessi Ogni applicazione richiede tipi di dato specifici
Nella maggioranza delle applicazioni, i dati sono oggetti con strutture complesse figure geometriche di base e vettori (applicazioni CAD) matrici (applicazioni CAM movimenti dei bracci dei robot) un articolo ha un titolo, una lista di autori, un insieme di parole chiave, una lista di capitoli, ognuno con un titolo e una lista di sezioni ...

40 Oggetti complessi Non è possibile sviluppare un DBMS che fornisca tutti i possibili tipi di dato che potrebbero servire in un'applicazione Gli oggetti del mondo reale devono poter essere “mappati'' in oggetti della base di dati nel modo più diretto possibile La soluzione è quella di fornire agli utenti dei “building blocks'' con cui costruire i tipi di dato necessari

41 Oggetti complessi Gli OODBMS forniscono: tipi di dato strutturati
tipi di dato (ADT) specifici dell'applicazione tipi di dato non strutturati es. binary large objects (Blobs)

42 Oggetti complessi Assemblati a partire da oggetti atomici mediante costruttori Oggetti atomici true, false, 25, ''this is an atom'' Costruttori tuple [fname: John, lname: Doe] set {John, Susan, Mary } array <1:25, 2:20, 3:21> list [25, 20, 21] possono a loro volta essere componenti di altri oggetti

43 Oggetti complessi - Oggetti e valori
Molti sistemi non richiedono che ogni entità sia rappresentata come oggetto, ma distinguono tra valori (o letterali) e oggetti differenze: i valori sono astrazioni universalmente conosciute (stesso significato per ogni utente) gli oggetti hanno un significato che dipende dall’applicazione Il valore del numero 4 è universalmente noto in ogni applicazione, 4 mantiene lo stesso significato la struttura dell’oggetto Articolo[i] dipende dall’applicazione

44 Oggetti complessi - Oggetti e valori
I valori sono built-in nel sistema gli oggetti devono essere definiti l’informazione rappresentata da un valore è se stesso l’informazione di un oggetto è rappresentata dalle relazioni con altri oggetti e valori i valori sono utilizzati per descrivere altre entità gli oggetti sono le entità che devono essere descritte

45 Oggetti complessi - oggetti e valori: esempi
Esempi tipici di valori: interi, reali, booleani, caratteri, stringhe in alcuni sistemi si hanno anche valori strutturati insiemi, liste, tuple, array valori strutturati possono contenere (riferimenti ad) oggetti come componenti

46 Oggetti complessi Vantaggi di un modello che fornisce oggetti complessi: rappresentazione diretta di oggetti strutturati quali testi, mappe, disegni CAD senza bisogno di decomporli in unità più piccole (tuple o record) ricerca e ricomposizione più veloce

47 Oggetti complessi Molti sistemi permettono di memorizzare valori di grandi dimensioni non strutturati e non interpretati dal sistema BLOB (binary large object): valori di grandi dimensioni come bitmap di immagini o lunghe stringhe di testo Non strutturati: il DBMS non conosce la loro struttura, ma è l'applicazione che li usa che sa come interpretarli utili per rappresentare informazione multimediale (ad esempio immagini) lo vedremo meglio nel seguito

48 Incapsulazione - Componenti di un oggetto
In un OODBMS i dati e le operazioni su di essi sono incapsulati in un'unica struttura (l'oggetto) Un oggetto consiste quindi di: un OID, o identificatore uno stato, o valore, costituito dai valori per un certo numero di attributi, o campi tali campi possono contenere riferimenti ad altri oggetti un comportamento costituito da un insieme di metodi o operazioni l’accesso ad un attributo “a” o metodo “m” di un oggetto “o” si indica con la seguente path expression: o.a o.m

49 Incapsulazione - Metodi
La definizione di un metodo consiste di due componenti: segnatura: specifica il nome del metodo, il nome (e i tipi) degli argomenti, ed eventualmente il tipo del risultato body: consiste di codice scritto in qualche linguaggio di programmazione (eventualmente esteso) ObjectStore: C++ o Java O2: CO2 (estensione del C) ogni metodo ha sempre un parametro implicito che corrisponde all’oggetto sul quale il metodo viene invocato

50 Esempio Interfaccia: aggiorna_stip(int incr) Implementazione: quando il metodo viene invocato su un oggetto “o”: o.stipendio = o.stipendio + incr

51 Incapsulazione - Metodo: messaggi e implementazione
L'implementazione (body) delle operazioni è nascosta, cioè non è visibile dall'esterno l'interfaccia di un oggetto è l'insieme delle segnature delle operazioni definisce i messaggi cui l'oggetto risponde descrive interazione dell'oggetto con il mondo esterno

52 Incapsulazione - metodi
I dati e le operazioni sono progettati insieme e sono memorizzati nello stesso sistema maggiore indipendenza logica dei dati si supera il problema dell’impedence mismatch presente in SQL: in SQL: è necessario utilizzare SQL + linguaggio di programmazione per avere un completo potere espressivo due linguaggi diversi problemi di gestione codice in OODBMS: un unico linguaggio, che permette di definire operazioni mediante metodi associati agli oggetti L'intera applicazione può quindi essere completamente scritta in termini di oggetti

53 Incapsulazione - Metodi
Un metodo è invocato mandando un messaggio ad un oggetto o.aggiorna_stip(incr) mando il messaggio aggiorna_stip all’oggetto o Mandando lo stesso messaggio a due oggetti di due classi differenti questi possono esibire comporatamenti differenti (vedi dopo) overloading: metodi con lo stesso nome ma comportamento differente

54 Incapsulazione - Overloading: esempio
Oggetto Impiegato[i] con metodo aggiorna_stip(incr): aggiunge incr allo stipendio di Impiegato[i] Oggetto Manager[j] con metodo aggiorna_stip(incr): moltiplica lo stipendio di Manager[j] per incr

55 Incapsulazione e basi di dati
Incapsulazione stretta i valori degli attributi di un oggetto possono essere letti e scritti solo tramite metodi accessor (getAttr) e mutator (setAttr) Incapsulazione non stretta l’accesso ai valori degli attributi è diretto

56 Incapsulazione e basi di dati
Metodi accessor: restituiscono il valore associato ad un attributo di un oggetto o.getStipendio: restituisce lo stipendio di un impiegato o Metodi mutator: modificano il valore di un attributo di un oggetto o.setStipendio(stip): lo stipendio di o diventa stip si è forzati a scrivere molti metodi banali

57 Incapsulazione e basi di dati
Diversi approcci: attributi possono essere acceduti (letti e scritti) direttamente es. Orion si forza incapsulazione stretta es. GemStone si permette di specificare quali attributi possono essere acceduti direttamente e quali no (attributi pubblici e privati) es. ODMG, O2, ObjectStore

58 Classi - Instaziazione
L'istanziazione è un meccanismo che permette di “riutilizzare'' la stessa definizione per generare oggetti simili il concetto di classe è la base per l'istanziazione Una classe descrive le sue istanze specificando: una struttura, cioè un insieme di attributi un insieme di messaggi che definiscono l'interfaccia esterna degli oggetti un insieme di metodi che sono invocati da tali messaggi

59 Classi - Esempio Classe Impiegato ( string nome, int stipendio,
METHOD aggiorna_stip(int incr) )

60 Classi - tipo, classe, interfaccia
Nel modello ad oggetti sono presenti diversi concetti legati alla descrizione delle caratteristiche di un insieme di oggetti: tipo, classe, interfaccia La separazione tra tali concetti è piuttosto confusa e le differenze con cui i termini vengono utilizzati varia da sistema a sistema

61 Classi - tipo É un concetto principalmente legato ai linguaggi di programmazione fornisce la specifica di un insieme di oggetti o valori (operazioni invocabili su di essi) è utilizzato a tempo di compilazione per controllare la correttezza dei programmi

62 Classi - classe Fornisce l'implementazione (stato + implementazione delle operazioni) per un insieme di oggetti dello stesso tipo fornisce primitive per la creazione di oggetti Fornisce primitive per la creazione di associazioni tra classi è “first class object''

63 Classi - interfaccia Fornisce la specifica del comportamento esterno di un insieme di oggetti può essere implementata da una classe non può essere instanziata direttamente

64 Classi - persistenza degli oggetti
Persistenza degli oggetti significa: come gli oggetti sono inseriti nella base di dati come gli oggetti sono rimossi dalla base di dati oggetti transienti: non persistenti esistono solo durante la sessione di lavoro Nei sistemi relazionali esistono comandi espliciti per inserire e rimuovere i dati nella/dalla base di dati (INSERT, DELETE)

65 Classi - persistenza degli oggetti
Approcci per l’inserimento degli oggetti persistenza automatica ogni oggetto diventa automaticamente persistente quando viene creato non c'è bisogno di un comando di inserimento esplicito radici di persistenza gli oggetti creati sono transienti per renderli persistenti bisogna assegnare loro un nome o associarli, come componente ad un oggetto persistente

66 Classi - persistenza degli oggetti
Approcci per la cancellazione degli oggetti: tramite un comando di cancellazione esplicito (es. Orion, Iris) dal sistema quando non è più riferito da altri oggetti (es. GemStone, O2) il secondo approccio assicura l'integrità referenziale, ma necessita di un meccanismo di garbage collection il sistema deve supportare un algoritmo in grado di capire quando un oggetto non è più riferito ed invocare tale algoritmo periodicamente

67 Classi - persistenza degli oggetti
Molti sistemi permettono di avere istanze persistenti e transienti di una stessa classe Le applicazioni accedono gli oggetti in modo uniforme, indipendentemente dal fatto che siano transienti o persistenti

68 Classi - estensione Oltre ad essere un template, la classe in alcuni sistemi denota anche la collezione delle sue istanze (estensione) Questo aspetto è importante perchè la classe diventa la base su cui sono formulate le interrogazioni Le interrogazioni sono significative solo se applicate a collezioni di oggetti

69 Classi -Estensione Per creare gli oggetti, le classi supportano sempre un metodo di creazione (new) new_persona(): crea un nuovo oggetto di classe persona il metodo di creazione è un metodo di classe si veda oltre

70 Classi - estensione Quando la classe non ha funzione estensionale, le interrogazioni sono applicate a collezioni (insiemi) Possono esserci più insiemi che contengono istanze della stessa classe L’estensione automatica ha il vantaggio della semplicità L’estensione gestita dall'utente ha il vantaggio della flessibilità

71 Classi - estensione: possibili approcci
In alcuni sistemi (es. ObjectStore, GemStone e O2) la classe definisce solo la specifica e l'implementazione degli oggetti Le interrogazioni e gli indici sono definiti su collezioni di oggetti In altri (es. Orion) la classe definisce la specifica e l'implementazione, ed inoltre mantiene l’estensione (insieme delle istanze)

72 Classi - estensione Nei sistemi con estensione non automatica l'utente mantiene generalmente l’estensione della classe esempio: classe Persona si associa un nome esterno (es. Persone) ad un oggetto di tipo Set(Persona) dopo ogni new su Persona si inserisce l'oggetto in Persone per cancellare un oggetto, lo si rimuove da Persone

73 Classi - attributi e metodi di classe
Caratterizzano la classe, intesa come un oggetto Non si applicano alle istanze della classe, ma alla classe stessa Esempio: class Persona (nome, stipendio, eta') class-attribute maxstipendio class-method trova—il—piu'—ricco () -> Persona

74 Classi - metodi di classe: costruttori
Metodi invocati al momento della creazione di un oggetto il body consiste nell'inizializzazione degli attributi Non hanno tipo di ritorno ed il nome coincide con quello della classe é possibile definire più costruttori per ogni classe (ovviamente con numero di argomenti diverso) Esempio Classe Persona costruttore: new_persona -> Persona restituisce un nuovo oggetto istanza della classe Persona

75 Associazioni Una associazione e’ un legame tra due classi
Simile al concetto di associazione del modello ER Nel modello ad oggetti sono supportate solo associazioni binarie PROGETTO CAPO IMPIEGATO

76 Associazioni: Rappresentazione in UML

77 Associazioni: Traversal path
Un’associazione del modello ad oggetti viene dichiarata definendo una coppia di traversal path, uno per ogni direzione di attraversamento dell’associazione Ogni traversal path rappresenta il legame logico tra le due classi (es: un impiegato e’ il capo di un progetto e un progetto ha un responsabile)

78 Associazioni: Traversal path
I traversal path quindi permettono di specificare l’associazione da una classe A ad una classe B e la sua inversa Per definire un traversal path in una classe C, si usa la seguente notazione: relationship <tipo> <nome> inverse <relazione>;

79 Associazioni: Esempio

80 Associazioni: Esempio
class Bar { attribute string nome; attribute string indirizzo; relationship Set<Birra> serve inverse Birra::servitaDa; } class Birra { attribute string manuf; relationship Set<Bar> servitaDa inverse Bar::serve; Il tipo dell’associazione serve e’ un insieme di oggetti Birra. L’operatore :: lega il nome sulla destra al contesto in cui si trova tale nome, sulla sinistra

81 Associazioni: Tipi Il tipo di una associazioni puo’ essere:
Una classe, (ad es. Bar). Un oggetto di Birra puo’ essere associato a un solo oggetto di Bar. Set<Bar>: l’oggetto e’ associato con un insieme di oggetti di Bar. Bag<Bar>, List<Bar>, Array<Bar>: l’oggetto e’ associato ad un bag, list, o array di oggetti di Bar.

82 Associazioni: Molteplicita’
Associazioni “molti-a-molti” hanno Set<…> come tipo della associazione e della sua inversa Associazioni “molti-a-uno” hanno Set<…> come tipo della associazione dal lato “uno” e solo la classe per l’associazione dal lato “molti” Associazioni “uno-a-uno” hanno classi come tipo in entrambe le direzioni

83 Associazioni: Esempio di moltiplicita’
class Bevitore { … relationship Set<Birra> ama inverse Birra::fans; relationship Birra birraTop inverse Birra::superfans; } class Birra { … relationship Set<Bevitore> fans inverse Bevitore::ama; relationship Set<Bevitore> superfans inverse Drinker::birraTop; Molti-a-molti usa Set<…> in entrambe le direzioni. Molti-a-uno usa Set<…> solo dalla parte di “uno.”

84 Associazioni: Associazioni n-arie e binarie con attributi
ODL non supporta: associazioni binarie con attributi associazioni ternarie o di grado superiore E’ possibile modellare tali situazioni attraverso una classe di “connessione”, i cui oggetti rappresentano le tuple di oggetti che si vorrebbero mettere in relazioni atttraverso l’associazione (eventualmente con i relativi attributi).

85 Associazioni: Classi di connessione
Si supponga di voler connettere le classi X, Y, e Z attraverso l’associazione R. Si crea una classe C, i cui oggetti rappresentano triple di oggetti (x, y, z) presi dalle classi X, Y e Z, rispettivamente. Sono necessarie tre associazioni “molti-a-uno” da (x, y, z) per ogni x, y e z.

86 Associazioni: Esempio di classe di collegamento
Si supponga di avere le classi Bar e Birra e di voler rappresentare il prezzo a cui un bar vende una birra Una associazione “molti-a-molti” tra Bar e Birra non puo’ avere un attributo prezzo come nel modello E.R. Una soluzione: Creare una classe BBP che ad ogni birra e bar associa il prezzo relativo. La classe BBP deve contenere due associazioni “molti-a-uno” tra un suo oggetto e gli oggetti di Bar e Birra che rappresenta.

87 Associazioni: Esempio di classe di collegamento
class BBP { attribute prezzo:real; relationship Bar ilBar inverse Bar::aBBP; relationship Birra laBirra inverse Birra::aBBP; } Bar e Beer devono essere modificate per contenere la relazione aBBP di tipo Set<BBP>.

88 Associazioni: Un altro esempio
Si supponga di avere le classi: Progetto Impiegato Sede E di voler rappresentare l’associazione AssegnatoA che rappresenta il fatto che un impiegato e’ assegnato ad un progetto in una sede Questa associazione viene modellata inserendo una quarta classe AssegnatoA che contiene le triple di oggetti <p,i,s> che specifica che l’impiegato i e’ assegnato al progetto p nella sede s.

89 Associazioni: Implementazioni
Molti OODBMS non supportano direttamente le associazioni Le associazioni vengono modellate attraverso attributi In questi casi: E’ possibile specificare una sola direzione di attraversamento della associazione Se vengono specificati entrambi gli attributi, non ho garanzia della loro reciprocita’

90 Gerarchie di aggregazione
Le associazioni stabiliscono una gerarchia di aggregazione tra classi In particolare, nella modellazione delle associazioni attraverso attributi, se una classe C è il dominio di un attributo A di una classe C’, si dice che c’è una relazione di aggregazione (o clientship) tra C’ e C

91 Associazioni: Esempio (ER)

92 Associazioni: Esempio (UML)

93 Associazioni: Esempio di modellazione con attributi

94 Ereditarietà L’ereditarietà è un importante meccanismo di riutilizzo del codice Permette ad una classe, detta sottoclasse, di essere definita a partire dalla definizione di una classe già esistente, detta superclasse La superclasse eredita attributi, messaggi e metodi dalla superclasse Può introdurre attributi, messaggi e metodi addizionali Può ridefinire (override) attributi, messaggi e metodi ereditati (con alcune restrizioni)

95 Ereditarietà - esempio
Si considerino i seguenti tipi di oggetti:

96 Ereditarietà - esempio (continua)
Nel modello relazionale sono necessarie due tabelle e tre procedure Con l'approccio ad oggetti Camion e Bus sono riconosciuti essere veicoli Si introduce quindi una nuova classe Veicolo e le classi Camion e Bus sono definite come specializzazione di Veicolo è necessario definire solo le caratteristiche aggiuntive delle classi

97 Ereditarietà - esempio (continua)

98 Ereditarietà - vantaggi
Evita ridondanza di codice Fornisce un potente meccanismo di progettazione le classi possono essere raffinate in più passi Permette una rappresentazione dello schema della basi di dati più concisa e meglio organizzata

99 Ereditarietà - sostituibilità
Un'istanza di una sottoclasse può essere utilizzata ovunque ci si aspetti un'istanza della superclasse ad una variabile di tipo Persona può essere assegnato oggetto istanza della classe Impiegato Ogni variabile ha quindi un tipo statico: tipo di cui è dichiarata un tipo dinamico: classe più specifica dell'oggetto cui la variabile è istanziata

100 Ereditarietà - overriding
Consideriamo i seguenti tipi di oggetti: bitmap, window, impiegato (record) e un'applicazione che debba visualizzare oggetti di tali tipi In un sistema convenzionale bisogna scrivere tre procedure display bitmap, display window, display impiegato

101 Ereditarietà - overriding

102 Ereditarietà - overriding
Nell'approccio ad oggetti: si definisce una classe generale (astratta) Screen Object con tre sottoclassi: bitmap, window, impiegato si definisce un'operazione display in ogni sottoclasse si ridefinisce opportunamente l'operazione display for x in X do x.display() Questo tipo di operazione va sotto il nome di overriding.

103 Ereditarietà - overloading
Una conseguenza dell'overriding è che allo stesso nome di operazione corrispondono differenti implementazioni stesso nome usato per scopi diversi overloading Nell’esempio l'operazione display() ha almeno tre implementazioni differenti in bitmap, window, impiegato L'overloading si può avere anche in assenza di ereditarietà (es. operazione =)

104 Ereditarietà - late binding
L'overriding implica l'utilizzo del late binding Il metodo da utilizzare per rispondere ad un messaggio non può cioè essere deciso a compile time ma solo a run-time Un oggetto risponde ad un messaggio eseguendo il metodo più specifico, che non è necessariamente noto a compile time

105 Ereditarietà - method lookup (dispatching)
È l'operazione effettuata dal sistema per determinare il metodo da eseguire per rispondere ad un messaggio Si determina la classe più specifica cui l'oggetto ricevente appartiene (il suo tipo dinamico) Si determina la superclasse più specifica di tale classe che fornisca un'implementazione per il metodo invocato (risalendo la gerarchia di ereditarietà)

106 Ereditarietà - Method lookup: esempio
Classe Persona con metodo aggiorna_stip Classe Manager, sottoclasse di Persona, ridefinisce aggiorna_stip Nel codice: p: persona p.aggiorna_stip(incr) il tipo statico di p è Persona a run-time, a p può essere associato un Manager il tipo dinamico di p è manager si sceglie l’implementazione di aggiorna_stip contenuta in Manager

107 Ereditarietà - estensibilità delle applicazioni
E’ possibile costruire applicazioni che possono essere estese senza modificarne il codice Modifiche allo schema (aggiunta o cancellazione di una classe) non impattano il codice applicativo Se si devono visualizzare anche informazioni relative a studenti, basta definire una nuova classe studente come sottoclasse di Screen Object Non si deve modificare né ricompilare il codice che effettua la visualizzazione degli oggetti

108 Ereditarietà - ridefinizione del dominio degli attributi
Poiché il dominio rappresenta un vincolo di integrità non è ammissibile lasciarlo ridefinire arbitrariamente nelle sottoclassi Sembrerebbe ragionevole lasciar raffinare il dominio sostituendogli un sottotipo del dominio ereditato Questa sostituzione può generare problemi di tipo a run-time esistono regole per evitare problemi di tipo (non le vediamo)

109 Ereditarietà - ereditarietà multipla
Permette ad una classe di avere più superclassi

110 Ereditarietà - ereditarietà multipla
Risoluzione dei conflitti alternative: implicita basata su un ordinamento delle superclassi le caratteristiche per cui vi è conflitto sono ereditate dalla prima superclasse se ad esempio Sottomarino è definito come Veicolo a Motore Nucleare e Veicolo Acquatico le caratteristiche comuni (es. dimensioni) sono ereditate dalla classe Veicolo a Motore Nucleare

111 Ereditarietà - ereditarietà multipla
Risoluzione dei conflitti alternative: esplicita l'utente specifica da quali superclassi una caratteristica per cui c'è conflitto debba essere ereditatata ad esempio in Sottomarino: attribute dimensioni from Veicolo Acquatico

112 Ereditarietà - ereditarietà multipla
Risoluzione dei conflitti alternative: impedire conflitti di nome è possibile definire sottoclasse solo se le superclassi non hanno caratteristiche con nomi comuni problema del diamante ad esempio attributo peso in Sottomarino

113 Ereditarietà - diversi aspetti
gerarchia di specializzazione (subtype hierarchy) consistenza fra le specifiche dei tipi (sostituibilità) comportamento degli oggetti come visto dall’esterno gerarchia di implementazione condivisione del codice fra le classi gerarchia di classificazione relazioni di inclusione tra collezioni di oggetti

114 Accesso agli oggetti accesso navigazionale: accesso associativo:
dato un OID il sistema accede direttamente (e in modo efficiente) all'oggetto riferito possibilità di accedere agli oggetti navigando da uno all'altro es. X.progetto.capo.stipendio accesso associativo: attraverso linguaggio di interrogazione es. select nome from Impiegato where stipendio > 2000 accesso per nome: tramite nomi esterni specificati dall'utente es. MioDoc.titolo

115 Accesso agli oggetti - accesso navigazionale
l'accesso navigazionale è cruciale in molte applicazioni sfrutta la gerarchia di aggregazione tra gli oggetti e la presenza di riferimenti espliciti (direzionali) nei sistemi relazionali è estremamente inefficiente perchè richiede molte operazioni di join (una per ogni ‘.’)

116 Accesso agli oggetti - accesso associativo
i linguaggi di interrogazione sono cruciali per lavorare su grandi quantità di oggetti l'avere a disposizione un linguaggio di interrogazione dichiarativo ad alto livello riduce i tempi di sviluppo delle applicazioni i linguaggi di interrogazione dichiarativi sono alla base del successo dei DBMS relazionali più importante caratteristica che gli OODBMS ne hanno ereditato

117 Accesso agli oggetti - nomi esterni
i nomi esterni forniscono agli utenti riferimenti semanticamente significativi agli oggetti i nomi esterni permettono di definire entry point nella base di dati: oggetti per cui è possibile accesso diretto

118 Accesso agli oggetti le varie modalità di accesso non sono esclusive, ma complementari esempio: si seleziona un insieme di oggetti da una classe (o collezione) con un'interrogazione dichiarativa si naviga a partire da ogni oggetto per visualizzare le sue componenti una delle caratteristiche che distinguono un OODBMS da un Persistent Object System è proprio la presenza di un linguaggio di interrogazione dichiarativo

119 Linguaggi di interrogazione
Caratteristiche principali uso di path expressions Progetto.capo.nome scope delle interrogazioni: singola classe gerarchia di ereditarietà invocazione di metodi Select all from Veicoli where prox_revisione() > 10/11/1999

120 Linguaggi di interrogazione
la maggioranza dei linguaggi di interrogazione ad oggetti sono estensioni dei linguaggi relazionali la maggiore ricchezza del modello dei dati introduce nuove problematiche es. chiusura del linguaggio di interrogazione mancanza di base formale (algebra/calcolo ad oggetti) nuove problematiche per l'ottimizzazione (metodi, tecniche di indicizzazione specializzate)

121 Lo standard ODMG OMG (Object Management Group)
associazione privata nata nel 1989 con lo scopo di promuovere l'uso di standard nell'area oo Data General, HP, Sun, Canon, American Airlines, Unisys, Philips, Prime, Gold Hill, SoftSwitch, 3 Com AT&T, Digital, NCR, Bull, IBM, Olivetti ODMG (Object Data[base] Management Group) è uno dei working group di OMG, che consiste dei maggiori produttori di OODBMS (circa il 90% del mercato)

122 Lo standard ODMG - scopo del consorzio
Sviluppare una serie di standard per favorire portabilità, riusabilità e interoperabilità degli OODBMS commerciali successo dei RDBMS legato all’esistenza di standard, differenze tra i modelli dei vari OODBMS sono un ostacolo alla loro diffusione ODMG nel contesto OO stesso ruolo di SQL in quello relazionale

123 ODMG - risultati 1993: ODMG 93 standard 1997: ODMG 2.0 standard
[R. Cattell, The Object Database Standard: ODMG93, MorganKaufmann, 1993] 1997: ODMG 2.0 standard [R. Cattell et al., The Object Database Standard: ODMG 2.0, MorganKaufmann, 1997] 1999: ODMG 3.0 standard [R. Cattell et al., The Object Database Standard: ODMG 3.0, MorganKaufmann, 1999]

124 ODMG - componenti Object Model (modello dei dati ad oggetti)
Object Definition Language (ODL) la base è l'interface definition language (IDL) di CORBA Object Query Language (OQL) linguaggio di interrogazione dichiarativo (la base è SQL) Bindings per linguaggi, per C++, Smalltalk, Java

125 ODMG 3.0 ODL - Esempio

126 ODMG 3.0 ODL - Esempio (continua)

127 ODMG 3.0 ODL - Esempio (continua)

128 ODMG OQL lo standard ODMG comprende un linguaggio di interrogazione dichiarativo OQL che è stato fortemente influenzato dal linguaggio di interrogazione di O 2 molti OODBMS ODMG compliant non implementano (ancora) OQL, o ne implementano solo un sottoinsieme

129 ODMG OQL: esempi determinare i task con almeno 20 mesi uomo il cui responsabile guadagna almeno 2000 select t from Tasks t where t.mes_uomo > 20 and t.responsabile.stipendio > 2000 il risultato è di tipo bag < Task >

130 ODMG OQL: esempi determinare la data di inizio dei task con almeno 20 mesi uomo select distinct t.dat_in from Tasks t where t.mes_uomo > 20 il risultato è un letterale di tipo set < date >

131 ODMG OQL: esempi determinare la data di inizio e la data di fine dei task con almeno 20 mesi uomo select distinct struct(di: t.dat_in, df: t.dat_fine) from Tasks t where t.mesi_uomo > 20 il risultato è di tipo set < struct(di : date; df : date) >

132 ODMG OQL: esempi determinare i rapporti tecnici che hanno lo stesso titolo di un articolo select tr from Rapporti_Tecnici tr, Articoli a where tr.titolo = a.titolo

133 Modello dei dati ad oggetti - esempio di schema

134 Progettazione di schemi ad oggetti
Metodologie di progettazione ad oggetti (es. UML) La componente strutturale/statica (es. class diagrams) non è molto diversa dai diagrammi Entità-Relazione

135 Progettazione di schemi ad oggetti
Entità oggetto Diverse modalità di identificazione (non è necessario introdurre codici se non semanticamente significativi per l'applicazione) Possibilità di rappresentare direttamente attributi multivalore e strutturati insieme di entità classe (collezione) attributi metodi (non distinguiamo tra interfaccia e implementazione) attributi complessi Aggregazione/associazione