bogdanov20110331

Автоматическая генерация
схемы реляционной базы
данных на основе объектной
схемы данных
Богданов Алексей
Современные языки
программирования
Язык
Индекс*
∆
1
Java
19.711%
+2.20%
2
C
15.262%
-2.02%
3
C++
8.754%
-0.86%
4
C#
7.210%
+2.95%
5
PHP
6.566%
-3.34%
6
Python
5.737%
+1.51%
7
(Visual) Basic
4.710%
-1.86%
8
Objective-C
3.518%
+1.55%
9
Perl
1.969%
-1.85%
10
JavaScript
1.866%
-0.78%
* TIOBE Programming Community Index, март 2011
Объектная модель данных
• Один из наиболее популярных классов ЯП –
объектно-ориентированные языки со строгой
типизацией
• Модель данных
– Аспект структуры
– Аспект манипуляции
– Аспект целостности
• Объектная модель данных
– Класс
– Ассоциация, агрегация, наследование
– Строгая типизация
• Каждый объект имеет определенный тип
• Для любой операции определяются типы входных и
выходных параметров
Функции СУБД
• Функции, предоставляемые СУБД
– Управление данными во внешней и оперативной
памяти
– Журнализация изменений, резервное копирование
и восстановление данных
– Поддержка языков БД (SQL)
• Основные требования:
– Надежность, устойчивость
– Производительность
– Многозадачность
• Наиболее популярные СУБД основаны на
реляционной модели данных
Проблема объектнореляционного отображения
Интерфейс БД
• Объектная модель – во время выполнения
приложения
• Реляционная модель – для использования
функциональности СУБД
Интерфейс БД
Интерфейс БД
• Может быть определен в терминах
объектной модели
• Может быть строго типизированным
Содержание доклада
• Существующие подходы к решению проблемы
объектно-реляционного отображения
• Интерфейсы доступа к СУБД
• Подход к решению проблемы объектнореляционного отображения на основе
генерации схемы реляционной БД по
объектной схеме данных
–
–
–
–
Абстракция реляционной модели данных
Строгая типизация на уровне структур данных
Строгая типизация запросов к данным
Производительность РСУБД
Прямой доступ к СУБД, SQL
• SQL-запрос – это текст
SELECT * FROM Users WHERE Id = 1000
• Отсутствует строгая типизация запроса
• Отсутствует строгая типизация результата
Средства ОР-отображения
• Необходимость задавать и
поддерживать описание отображения
• Пример: Hibernate
LINQ2SQL
• Средство ОР-отображения в .NET
Framework
• Основное преимущество: строго
типизированные запросы.
• Пример:
var users = from usr in context.Users
where usr.Name.Contains("A")
orderby usr.Id
select usr;
ООСУБД
• Отсутствует необходимость в
ОР-отображении
• Строгая типизация структур данных
• Строгая типизация запросов
• Недостатки: ограниченные средства доступа
к данным, производительность
• Пример: Db4Objects
Выводы
• Идеальный интерфейс:
– Абстракция реляционной модели
– Строго типизированные структуры данных
– Строго типизированные запросы, задаваемые
в терминах ЯП
– Абстракция конкретной реализации
хранилища
• При этом остаются требования к
устойчивости, производительности и
другие свойства классических РСУБД
(ОРСУБД)
Схема хранимых данных
• Выделение схемы хранимых данных
• Объектная строго типизированная схема
данных
• Модель хранимых данных является
подмножеством объектной модели
[DbEntity]
public class Author : DbEntity
{
[DbField(IsIndex = true)]
public string Name { get; set; }
[DbField]
public string City { get; set; }
}
public class DbEntity
{
public long Id { get; set; }
}
Схема хранимых данных 2
• Ссылки на другие сущности схемы
[DbEntity]
public class Author : DbEntity
{
// …
[DbLink(“AuthorPapers")]
public IEnumerable<Paper> Papers { get; set; }
}
[DbEntity]
public class Paper : DbEntity
{
// ...
[DbLink(“AuthorPapers")]
public Author Author { get; set; }
}
Интерпретация схемы по
соглашению
• Если задать некоторый набор
соглашений, можно избавиться от
атрибутов элементов схемы данных
• Примеры соглашений:
– Первичный ключ: Id или [ИмяКласса]Id
– Все поля простых типов – хранимые поля
– Соглашения для ссылок: название поля
[ИмяКласса]s или [ИмяКласса].
• Microsoft Entity Framework 4.1
Интерфейс БД. Типовое решение
Репозиторий
Интерфейс БД. Типовое решение
Единица работы
• Аккумуляция изменений
– Добавление объектов
– Изменение объектов
– Удаление объектов
• Управление транзакциями
– Откат транзакции
Репозиторий + Единица работы
= Контекст БД
• Объекта «контекста БД» достаточно для
выполнения любых операций над хранимыми
данными
public interface IDbContext
{
IQueryable<T> Get<T>() where T : DbEntity, new();
void Store<T>(T entity) where T : DbEntity, new();
void Delete<T>(T entity) where T : DbEntity, new();
void Commit();
void Rollback();
}
Деревья запросов
• IQueryable = дерево запроса + провайдер
var names = from author in context.Get<Author>()
where author.Name.Length > 10
orderby author.Id
select author.Name;
Get<Author>()
where
orderby
select
Length > 10
usr.Id
usr.Name
Архитектура системы
Локальный сервис
Удаленный сервис
Приложение
Схема данных
Схема хранимых
данных
Конкретные
хранилища данных
Реализация хранилищ. РСУБД
• Реализация хранилища
– Отображение объектной схемы на схему
БД
– Реализация провайдера для выполнения
запросов в виде деревьев выражений
– Реализация других операций над данными
• Использование существующих РСУБД
(ОРСУБД)
Отображение объектной схемы
на реляционную схему
• Автоматическая генерация схемы БД:
– Преобразование описания объектной
схемы в инструкции языка реляционных БД
(SQL DDL)
[DbEntity]
public class Author : DbEntity
{
[DbField(IsIndex = true)]
public string Name { get; set; }
[DbField]
public string City { get; set; }
}
CREATE TABLE Authors
(
Id bigint PRIMARY KEY IDENTITY,
Name varchar(50),
City varchar(50)
);
CREATE INDEX IX_Authors_Name
ON Authors(Name);
Реализация хранилища в памяти
• Во время сеанса работы все данные
хранятся в памяти в виде коллекций
объектов
• Между сеансами данные сохраняются в
линейный файл (например, XML)
• Реализация индексов – дополнительные
структуры данных в памяти в виде хэштаблиц или деревьев
• Во время выполнения – преобразование
деревьев запросов для использования
индексов
Имитация реальной БД
Приложение
Слой данных
IAuthorStorage
AuthorStorageMock
IPaperStorage
AuthorStorageDB
Основной код приложения
СУБД
Имитация БД. Преимущества
• Не требуется специальной процедуры
развертывания СУБД
• Каждый разработчик имеют свою копию
данных.
• Изменение схемы БД сразу отражается в
схеме данных, которая описана в коде, что
не приводит к конфликтным данным.
• Возможность просто восстанавливать
начальные данные для использования в
модульных тестах.
Версионность модели
• Поддержка версионности – корректная
обработка ситуации, когда схема
изменяется между запусками приложения
• Простая схема для поддержания
версионности: считать измененный класс
новым классом
• Реализация: идентификация по имени
класса и значению хэш-функции от
структуры класса
• Возможность миграции данных в
обновленную схему
Спасибо за внимание!
Алексей Богданов
alxbog@gmail.com