面向对象数据库技术的研究综述

面向对象数据库技术的研究综述

摘要：本文在提出传统数据库技术的不足及新应用领域需求的同时，介绍了面向对象数据库的特征与功能，并探讨了该技术面l临的一些问题；最后还对这一新技术的前景进行了展望。

关键词：面向对象；数据库技术；面向对象数据库

面向对象的思想首先出现在程序设计方法中。这一思想指导下产生的面向对象技术是一种按照人们对现实世界习惯的认识论思维方式来研究和模拟客观世界的方法学。它将现实世界中的任何事物均视为“对象”.将客观世界看成是由许多不同种类的对象构成。不同对象之间的相互联系和相互作用就构成了完整的客观世界。面向对象方法学所引入的对象、方法、消息、类、实例、继承性、封装性等一系列重要概念和良好机制为人们认识和模拟客观世界分析、设计和实现大型复杂系统奠定了良好的科学技术基础。

随着研究的不断深入和发展。面向对象技术已大大地超出了程序设计语言的范围。并渗透和应用到了诸多复杂的工程领域。并给软件工程、信息系统、工业设计与制造等带来了深远的影响。如面向对象的软件工程、面向对象的信息管理系统、面向对象的操作系统、面向对象的数据库系统、面

向对象的专家系统、面向对象的开发工具和面向对象的用户界面等的出现。其中，面向对象的数据库系统已成为当今数据库领域研究和发展的主要方向之一。

数据库技术与面向对象技术相结合已成为当前数据库技术研究、应用和发展的一个重要方向。将面向对象技术应用到数据库系统中。使数据库管理系统能够支持面向对象数据模型和数据库模式。这对于提高数据库系统模拟和操纵客观世界的能力，扩大数据库应用领域具有重要的意义：将面向对象技术应用到数据库的集成开发环境中。使数据库应用开发工具能够支持面向对象的开发方法井提供相应的开发手段，这对于提高应用软件的开发质量和扩大软件的应用推广是十分重要的。纵观数据库系统的发展，面向对象（00）技术的诞生为数据库的发展带来了希望。尽管目前面向对象数据库技术的实际发展与关系数据库系统相比，它的理论研究和形式化、标准化等方面还不完备和成熟。但是。从面向对象技术的前景和应用来看，面向对象数据库系统将代表着新一代数据库系统的发展方向。

一、新应用领域的需求及面向对象数据库的发展

从80年代以来，数据库技术在商业领域的巨大成功激发了其它领域对数据库技术需求的迅速增长。这些新的领域包括：CAD/CAM、CIM、CASE、OIS（办公信息系统）、GlS （地理信息系统）、知识库系统和实时系统等。新的应用领

域需要数据库的支持，为数据库应用开辟了新的天地，并在应用中提出了一些传统的数据库系统所不能支持的新的需求：

1、能表示客观世界中各种复杂的对象

传统数据库中采用的数据模型强调数据的高度结构化，是面向机器的语法数据模型。它们只能存储离散的数据和有限的数据与数据之间的关系，语义表示能力差。传统数据模型的单调性无法表示客观世界中的复杂对象。即结构复杂、相互联系的语义也十分复杂的对象。从而限制了数据库处理文本、超文本、图形、图象、CAD图件和声音等多种复杂对象，以及工程、地理、测绘等领域中的非格式化、非经典数据的能力。此外，传统数据模型无法揭示数据之间的深层含义和内在联系，缺乏数据抽象。

2、能依据用户所需的数据类型扩大其类型集

传统的DBMS只能理解、存储和处理简单的数据类型。如整数、浮点数、字符串和日期等。传统的RDBMS只支持某一固定的类型集，不能依据某一应用所需的特定数据类型来扩展其类型集。例如。不能定义包含3个实数分量的数据类型vector来表示三维向量.复杂的数据类型只能借助高级语言用简单的数据类型来构造、描述和处理，既加重了用户的负担，也不能保证数据的一致性。而且。在客户朋艮务器环境下，由于应用程序在客户端。势必将加大客户与服务器

之间的通讯开销，使服务器的性能不能充分发挥。从而降低了整个系统的性能。面向对象的方法能依据用户所需的数据类型扩大其类型集。

3、结构与行为要相互关联

从应用程序员角度来看。在某一应用领域内标识的对象应包含两个方面的内容：结构表示和行为规格说明。前者可以映射到数据库模式。而后者在传统数据库系统中则完全失去了。传统数据库主要关心数据的独立性以及存取数据的效率，是语法数据库。语义表达差，难以抽象化地去模拟行为。例如，在CAD设计中用某些数据结构来表示的对象。对它们的操作（如形成、显示和组合等）就无法存放到数据库中，即便能按记录存放进去，这些操作也毫无意义，对象中与应用相关的大量语义在数据库中无法从无意义的编码中恢复。在传统数据库系统中对象的行为特征只能由应用程序来表示。在传统数据模型中，结构与行为完全分开。

4、消除阻抗失配和语义断层

关系数据库系统仅支持有限的数据类型和计算不完全

的结构化查询语言（SQL），一些应用开发不得不同时使用（SQL）和某一程序设计语言（PL）。PL作为宿主语言，SQL 作为嵌入式语言。PI负责应用数据类型的抽象和定义及实施程序设计；而SQL负责完成数据查询。由于两种语言有着不同的类型子系统和计算模型。因此形成了“阻抗失配”。程

序员利用宿主语言设计的复杂数据结构在存储到数据库时必须转变成符合数据库系统要求的简单规格化数据形式，这样即丢失了原数据结构的应用语义，同时也防碍了其它工具和用户在原有的语义层次上共享数据。这种数据类型或模型的转换所产生的语义丢失现象便是语义断层。面向对象程序设计语言和数据库的结合形成了面向对象数据库管理系统，其目的是形成一种即可编程又可存储管理数据的无缝性语言，彻底消灭阻抗失配和语义断层现象。

5、要求能支持主动性的事件检查和处理功能

传统数据库管理系统只能响应和重做用户要求它们做的事情。从这种意义上说，它们是被动的。而在大量重要的工作应用中.如计算机集成制造、计算机辅助设计、空中交通控制和紧急情况评估等，不仅需要大量共享的数据仓库。而且还要求这些数据能自动检测指定的事件，包括特定的数据库状态，并按一定的条件加以及时处理。然而传统的数据库管理系统是不支持这种主动性的事件检查和处理的。

二、面向对象数据库的特征与功能

面向对象数据库将面向对象的能力赋予了数据库设计人员和数据库应用开发人员。从而扩展了数据库系统的应用领域。并能提高开发人员的工作效率和应用系统的质量。面向对象数据库具备如下特征：首先，它是一个数据库管理系统.具有数据库管理系统的基本功能。二是存储管理，包括索

引管理、数据聚集、数据缓冲、存取路径选择、查询优化等；三是能并发控制，提供高于当前已有数据库管理系统同样级别的、对多个用户并发操作的支持；四是故障恢复能力，提供不低于当前已有的数据库管理系统同样级别的、将数据库从故障后的错误状态中核复到某个正确状态的功能：五是交互式查询功能，且是非过程化的，高效的，独立于应用的。其次，它是一个面向对象的系统。只有支持面向对象数据库模型，支持复杂对象，具有运用各种构造机制从简单对象组成复杂对象的能力。复杂对象构造能力加强了对客观现实世界的模拟能力，且方法自然、易理解、具有对象标识，对象标识独立于其值而存在的特性可以极大地加快查询速度；具有封装性，对象既封装了数据，又封装操作，实现了信息隐藏，使用户不必知道操作的实现细节，只而利用设计者提供的消息即可访问对象。它还具备应用领域所需要的一些特性.如版本管理、长事务和嵌套事务、模式演化等等。

三、面向对象数据库技术的发展趋势及前景展望

面向对象数据库技术的发展并不是取代关系数据库系统，而是可望成为继关系数据库技术之后的新一代数据库管理技术。尽管目前已有大量的研究开发工作及一些可运行的OODBS.但面向对象数据库技术的成熟仍有赖于许多关键问题的解决。

1、标准化和形式化是OODBS研究和发展的一个重要方

向。

2、改善和加强OODBS的性能。

3、面向对象数据库应具有很强的建模能力，即可在单一共同模型下支持多种数据模型：面向对象设计和编程则应提供可扩充性。用来设计和实现能接纳新型数据库的异构数据库管理系统。

4、加强面向对象数据库的应用开发工具的研制和推广。面向对象数据库模型丰富的建模能力一方面能使用户建模

容易，另一方面也使面向对象数据库模式复杂化。所以，对OODBS来说.仅有编程接口是不够的，还需要有更高级的数据库工具。

5、视图、演绎能力、语义建模和长事务也是未来OODBS 应该具备的数据库特征。

6、加强面向对象数据库技术与关系数据库技术相结合的研究。

作者简介：蒋睿（1981-），男，江西景德镇人，江西科技学院，本科，研究方向：面向对象技术、多媒体技术、图像处理技术、数据库系统及应用。