UML在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫設(shè)計中的應(yīng)用

1. 介紹 許多人認(rèn)為面向?qū)ο蟾拍詈完P(guān)系型數(shù)據(jù)庫相互不一致，并且不能結(jié)合。事實上完全相反！經(jīng)過靈活的使用，一個關(guān)系型數(shù)據(jù)庫能夠為面向?qū)ο螅∣O）模型提供一套優(yōu)秀的實現(xiàn)。同樣的模型能夠用來開發(fā)編程代碼和關(guān)系型數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。 關(guān)系型數(shù)據(jù)庫技術(shù)是意義深遠(yuǎn)

1. 介紹

　　許多人認(rèn)為面向?qū)ο蟾拍詈完P(guān)系型數(shù)據(jù)庫相互不一致，并且不能結(jié)合。事實上完全相反！經(jīng)過靈活的使用，一個關(guān)系型數(shù)據(jù)庫能夠為面向?qū)ο螅∣O）模型提供一套優(yōu)秀的實現(xiàn)。同樣的模型能夠用來開發(fā)編程代碼和關(guān)系型數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。

　　關(guān)系型數(shù)據(jù)庫技術(shù)是意義深遠(yuǎn)的、強大的，但它比許多開發(fā)商使你相信的要難得多。單個表是簡單易懂的、直觀的。但由數(shù)以百計的表組成（這是常見的）的應(yīng)用要徹底了解是相當(dāng)困難的。這正是OO模型有用之處。 OO模型使你深入地、連貫地思考問題。

　　OO模型提供一種問題的超結(jié)構(gòu)（superstructure）的思考方式，然后該方式能夠用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的更低層的組成塊來實現(xiàn)。

　　本文章綜合地討論了關(guān)系型數(shù)據(jù)庫技術(shù)，而不是集中于特定的產(chǎn)品上。我們將不討論物理設(shè)計細(xì)節(jié)（例如存儲分配和物理聚集），因為它們是依賴于產(chǎn)品的。

　　用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)UML模型有兩個方面：映射結(jié)構(gòu)（第2節(jié)）和映射功能（第3節(jié)）。第4節(jié)注解了面向?qū)ο蟮疥P(guān)系型數(shù)據(jù)庫的擴展。第5節(jié)總結(jié)本文章。

　　2. 結(jié)構(gòu)映射到表

　　UML對象模型在本質(zhì)上只是一個擴展的實體-關(guān)系（ER）模型 。使用設(shè)計數(shù)據(jù)庫的ER模型的方式受到普遍接受，而我們以一種近似的但更強大的方式－使用UML對象模型。OO模型的主要優(yōu)勢在于編程和數(shù)據(jù)庫的相同的模 型工作。而且，作為考慮功能性的一種方式（第3節(jié)），我們強調(diào)OO模型的導(dǎo)航。這一節(jié)顯示如何實現(xiàn)UML對象模型的主要構(gòu)造。

　　2.1 標(biāo)識（identity）

　　實現(xiàn)對象模型的第一步是處理標(biāo)識。我們從定義幾個術(shù)語開始。

　　1）候選鍵（candidate key）是一個或多個屬性的組合，它唯一地確定某個表里的記錄。一個候選鍵里的屬性集必須是最小化的；除非破壞唯一性，否則屬性不能從候選鍵刪除。候選鍵里的屬性不能為空。

　　2）主鍵（primary key）是一個特定地選定的候選鍵，用來優(yōu)先地參考記錄。

　　3）外鍵（foreign key）是一個候選鍵的參考。外鍵必須包括每個要素屬性的一個值，或者它必須全部為空。外鍵用來實現(xiàn)關(guān)聯(lián)和一般化。

　　正常地你應(yīng)該為每個表定義一個主鍵，盡管偶爾有例外。我們強烈建議所有的外鍵都只指向主鍵而不是其它的候選鍵。

　　定義主鍵有兩種基本的方法：

　　1）基于存在的標(biāo)識。你應(yīng)該為每個類表加一個對象標(biāo)識符屬性，并將它設(shè)為主鍵。每個關(guān)聯(lián)表的主鍵包括一個或更多的相關(guān)類的標(biāo)識符。基 于存在的標(biāo)識符有作為單獨屬性的優(yōu)勢，占位小且大小相同。只要你的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（RDBMS）受支持，基于存在的標(biāo)識符就沒有性能的劣勢。（多數(shù) RDBMS提供有效的基于存在的標(biāo)識符的分配順序號碼。）唯一的劣勢是基于存在的標(biāo)識符在維護時內(nèi)沒有固有的意義。

　　2）基于值的標(biāo)識。一些真實世界的屬性的組合確定了每個對象。基于值的標(biāo)識有不同的優(yōu)勢。主鍵對于用戶有固有的意義，容易進行調(diào)試和數(shù)據(jù)庫維護。在另一面，基于值的主鍵很難改變。一個主鍵的改變需要傳播到許多外鍵。一些對象沒有自然的真實世界里的標(biāo)識符。

　　我們推薦你在超過30個類的RDBMS應(yīng)用里使用基于存在的標(biāo)識。基于存在和基于值的標(biāo)識都是所有RDBMS應(yīng)用的可行選項。

　　2.2 域（屬性類型）

　　屬性類型是UML術(shù)語，對應(yīng)于數(shù)據(jù)庫著作里的域的術(shù)語。比起直接用數(shù)據(jù)類型，域提升到更一致的設(shè)計，并便利了應(yīng)用的定位。

　　簡單域很容易實現(xiàn)。你僅僅要定義相應(yīng)的數(shù)據(jù)類型和大小。并且每個用了域的屬性，你都必須為每個域約束加入一條SQL查詢子句。簡單域的一些例子是：名字（name），長字符（longString）和電話號碼（phone-Number）。

　　一個枚舉域把一個屬性限制在一系列的值里。枚舉域比簡單域?qū)崿F(xiàn)起來更復(fù)雜，圖表1顯示了四個方法。

圖表1：枚舉的實現(xiàn)方法

　　2.3類

　　正常情況下，我們把每個類映射為一個表，每個屬性映射為一個列。你可能因一個已產(chǎn)生的標(biāo)識符（基于存在的標(biāo)識符）、隱藏的關(guān)聯(lián)（第2.4節(jié)）和通用鑒別器（第2.5節(jié)）需要一些另外的列。

　　2.4關(guān)聯(lián)

　　現(xiàn)在我們討論關(guān)聯(lián)的實現(xiàn)。我們已經(jīng)把我們的陳述分為建議的映射（我們正常使用的映射），可選的映射（我們偶爾使用的映射）和不鼓勵的映射（我們遇到的應(yīng)該避免的錯誤）。我們所有的例子都采用基于存在的標(biāo)識。

　　2.4.1 建議的映射

　　多對多關(guān)聯(lián)。用一個特別的表（圖表2）來實現(xiàn)一個多對多關(guān)聯(lián)。關(guān)聯(lián)的主鍵是每個類的主鍵的合并。那些省略號（...）表示在模型里沒有顯示出來的屬性。主鍵用黑體字體顯示。

　　一對多關(guān)聯(lián)。把一個外鍵隱藏在“多”表（圖表3）。角色名字成為外鍵屬性名字的一部分。

　　零或一對一關(guān)聯(lián)。把外鍵隱藏在“零或一”表（圖表4）。

　　其它一對一關(guān)聯(lián)。把外鍵隱藏在任一表里。

圖表2：建議的實現(xiàn)：特殊的多對多關(guān)聯(lián)表

圖表3：建議的實現(xiàn)：隱藏的一對多關(guān)聯(lián)

圖表4：建議的實現(xiàn)：隱藏的零或一對一關(guān)聯(lián)

　　可選的映射 正常情況下我們使用建議的映射。但有些偶爾的情況，可選的映射更合適。

　　特別的表。你也可以用特別的表（圖表5）來實現(xiàn)一對多和一對一關(guān)聯(lián)。特別的表給了你更統(tǒng)一的設(shè)計和更大的擴展性。無論如何，特別的關(guān)聯(lián)表打碎了數(shù)據(jù)庫，并增加了表的數(shù)量。此外，特別的關(guān)聯(lián)表不能強迫一個更低的多重性限度為“一”。

圖表5：可選的實現(xiàn)：特別的一對x關(guān)聯(lián)表

　　不鼓勵的映射 我們已經(jīng)注意到有些開發(fā)者選擇有缺陷的映射。我們要注意這些映射以便可以避免。 合并。不要合并多個類，不要把關(guān)聯(lián)強制成為一個單獨的表（圖表6）。這樣減少了表的數(shù)量，但會干擾第三范式。

　　兩次隱藏一對一關(guān)聯(lián)。不要把一個一對一關(guān)聯(lián)隱藏兩次，每次隱藏在一個類里（圖表7）。這是多余的，無助于性能。

　　相同的屬性。不要用相同的屬性來實現(xiàn)多個關(guān)聯(lián)角色（圖表8）。相同的屬性使編程復(fù)雜，降低了擴展性。 泛化 現(xiàn)在我們討論泛化。我們這里只論述單個繼承。 建議的映射 最簡單的方法是只映射超類和每個子類為一個表。所有的表共享一個共同的主鍵。應(yīng)用必須執(zhí)行子類的劃分，因為RDBMS支持。（關(guān)于后者的詳盡的描述，請參 閱第4節(jié)。）

　　特別的表。映射超類和每個子類為一個表（圖表9）。所有的表共享一個共同的主鍵。鑒別器指出每個子類記錄的適當(dāng)?shù)某惐怼?

圖表9：建議的實現(xiàn)：分開的超類和子類表

　　可選的映射 泛化有幾個可選的映射。 消除。你可以優(yōu)化除去那些除了主鍵外沒有別的屬性的類（圖表10）。這樣減少了表的數(shù)量，但提供更少的正規(guī)實現(xiàn)。

　　減少超類屬性。你可以除去超類表并把超類屬性復(fù)制到每個子類（圖表11）。這樣可以有描述每個對象為一個表的優(yōu)勢。無論如何，它將引起數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的冗余，你查找一個對象時可能需要搜索多個子類表。

　　增加子類屬性。作為第三個可選項，你可以除去子類表并存儲所有的子類屬性到超類表里（圖表12）。這樣用一個表描述每個對象，但干擾了第二范式。

圖表10：可選的實現(xiàn)：消除不必的子類表

圖表11：可選的實現(xiàn)：減少超類屬性

圖表12：可選的實現(xiàn)：增加子類屬性

　　參考完整性 一旦你已經(jīng)建立了表，你就應(yīng)該定義參考完整性動作來明確對象模型的意義。（不要使用SQL觸發(fā)器來實現(xiàn)參考完整性！）如果你使用基于存在的標(biāo)識，你將不需 要傳播更新的結(jié)果。我們建議以下對刪除的參考完整性方針： 泛化。級聯(lián)從泛化實現(xiàn)中產(chǎn)生的外鍵的刪除。

　　隱藏的關(guān)聯(lián)，最小化多樣性為零。正常地把外鍵設(shè)為空，但有時候你可能要禁止刪除。

　　隱藏的關(guān)聯(lián)，最小化多樣性為空。你可以級聯(lián)一個刪除的結(jié)果或者禁止該刪除。

　　關(guān)聯(lián)表。正常地我們級聯(lián)關(guān)聯(lián)表里對記錄的刪除。可是，有時候我們禁止一個刪除。

　　我們已經(jīng)簡要地論及參考完整性，因為它是個高級話題。參考有更多的解釋z和例子。 索引 實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的最后的一步是加入索引來調(diào)整數(shù)據(jù)庫性能。正常地，你應(yīng)該為每個主鍵和候選鍵定義一個唯一的索引。（多數(shù)RDBMS作為SQL主鍵和候選鍵 約束的副作用來建立唯一的索引。）你也應(yīng)該為每個被主鍵或候選鍵所約束的外鍵建立一個索引。

　　我們強調(diào)索引的重要性。外鍵和主鍵的索引使在對象模型里能快速地遍歷是不容懷疑的。你必須包括這些索引否則你將使用戶感到灰心。你應(yīng)該在你的數(shù)據(jù)庫開始設(shè)計階段里加入索引，因為它們很容易加入并且也沒有什么好理由推遲加入。

　　數(shù)據(jù)庫管理員（DBA）可能為經(jīng)常請求的查詢定義了額外的索引。DBA也可能采用產(chǎn)品相關(guān)的調(diào)整性能的機制。 范式 范式是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫設(shè)計的提高數(shù)據(jù)一致性的有效方法。我們的書3討論了范式，但我們關(guān)于這個問題卻言過甚微。我們將利用這篇文章的機會來澄清我們的觀點。 如果你不熟悉范式你可以跳過這節(jié)。我們的說明是針對關(guān)系型設(shè)計人員，他們正在嘗試用面向?qū)ο筮m應(yīng)他們原有的技能。

　　范式是正確設(shè)計關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的精確的原則。同樣地，它們與使用了什么開發(fā)技術(shù)是無關(guān)的 － 基于屬性的設(shè)計、基于實體的設(shè)計、面向?qū)ο笤O(shè)計或其它什么。 過去使用基于屬性設(shè)計的方法，開發(fā)人員不得不非常注意范式；范式提供了分組數(shù)據(jù)的根據(jù)。相反地，范式對于基于面向?qū)ο螅ɑ蚧趯嶓w）的開發(fā)不是很重要。如 果你采用OO方法并且你的模型經(jīng)過很好的構(gòu)思，那你就正在把數(shù)據(jù)組織成為有意義的單位，也在本質(zhì)上滿足了范式的規(guī)定。如果你愿意，你仍能夠檢查范式，但這 樣的檢查是不必要的。 摘要 圖表13總結(jié)了我們已經(jīng)陳述的映射規(guī)則。這些映射規(guī)則的完整例子，包括一個UML對象模型，能夠在這篇完整的擴展版本里找到（Adobe Acrobat PDF文件）。

圖表13：推薦的映射規(guī)則的摘要

　　把功能映射到SQL命令 對象模型為數(shù)據(jù)庫應(yīng)用提供三種主要的用途。 結(jié)構(gòu)。對象模型指明數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。我們已經(jīng)在第二節(jié)探討了這個方面。

　　約束。對象模型也指明了能存儲的數(shù)據(jù)上的重要的約束。相匹配的實現(xiàn)必須為迎合這些約束而努力。我們的映射規(guī)則的處理方法以及第二節(jié)里的參考完整性指出了許多約束。（本文沒有論及的另外的UML構(gòu)造，能獲取更多的約束。）

　　潛在估算。一個對象模型指明潛在估算；它是關(guān)于引起哪些查詢和如何公式化的藍(lán)圖。第三節(jié)將簡要地闡明第三個目的。

　　對象模型不僅僅是被動的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，相反它們能夠幫助你思考一個應(yīng)用的功能。你可以根據(jù)遍歷一個對象模型說出它的許多功能。例如，根據(jù) 我們對一個模型檢查用例時的遍歷，我們進行思索。這強調(diào)對象模型的估算能力對于RDBMS應(yīng)用是特別重要的，因為遍歷表達(dá)式可以直接映射到SQL代碼。

　　UML對象約束語言（Object Constraint Language，OCL）有助于表達(dá)遍歷。點符號導(dǎo)航從對象到對象和對象到屬性。方括號表示對象集合的過濾器。我們加入冒號（：）操作符來表示泛化的遍 歷；因為我們正常地用多個表來實現(xiàn)一個泛化繼承，清楚的遍歷很有用。

　　圖表14里的遍歷表達(dá)式例子是基于我們創(chuàng)建的UML對象模型上的（請參閱本文的擴展版本（Adobe Acrobat PDF文件）），我們把它們映射為SQL代碼。我們用冒號開始SQL編程變量。

圖表14：對象模型遍歷和SQL代碼的例子

　　到RDBMS的OO擴展 數(shù)據(jù)庫團體對RDBMS的OO擴展有興趣。產(chǎn)品和SQL標(biāo)準(zhǔn)正嘗試加入到OO擴展里。我們將簡要地陳述一下這個技術(shù)的方向。 抽象數(shù)據(jù)類型（ADT）。這是個好主意，擴展RDBMS的能力。開發(fā)商為這個技術(shù)使用了許多名字，例如Oracle cartridge和Informix data blades。ADT的缺點是它們把你緊緊綁在特定的一個開發(fā)商上；ADT的范疇超越了SQL標(biāo)準(zhǔn)。因此，你應(yīng)該只在ADT的好處很明顯的時候才使用。

　　在關(guān)于ADT如何適合數(shù)據(jù)庫開發(fā)的著作里有一些混亂。如果你使用OMT開發(fā)過程，你能夠用屬性實現(xiàn)簡單域，用ADT實現(xiàn)復(fù)雜域。你仍 應(yīng)該用表實現(xiàn)類。 SQL3指針。最新的SQL標(biāo)準(zhǔn)的版本，SQL3，加入了作為一種數(shù)據(jù)類型的指針符號。顯然，其意圖是支持導(dǎo)航和面向?qū)ο蟆Ｎ覀儗τ赟QL3指針最友善的 評語是，它們是嫁接的，是可以忽略的。更深入的批評是，指針在理論上是荒謬的，增加了復(fù)雜性，又沒有擴展SQL的表達(dá)能力。CJ Date在上次的九月對象/關(guān)系型會議上雄辯地討論了這一點。

　　好了，那么我們冷淡地對待抽象數(shù)據(jù)類型和SQL指針的指責(zé)。但我們相當(dāng)喜歡面向?qū)ο蠹夹g(shù)和關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。有兩個為RDBMS的擴展可 以使它們更容易用于OO技術(shù)。我們將很樂意看到RDBMS開發(fā)商把這些能力加入到他們的產(chǎn)品中。 擴展的參考完整性動作來支持泛化。當(dāng)前的參考完整性機制是單向的。為了完全支持泛化，我們需要一個雙向的機制。這樣，一條超類記錄就可以依賴一條子類記 錄。并且，一條子類記錄就可以依賴一條超類記錄。我們通過例子可以最好地解釋這點。

　　圖表15摘錄于我們的在3的財務(wù)案例學(xué)習(xí)。我們用資產(chǎn)超類來統(tǒng)一某些沒有顯示在摘錄里的通用的數(shù)據(jù)和功能。一項資產(chǎn)可以是一只股票或股票特權(quán)。一只股票可以有許多它的股票特權(quán)。例如，IBM股票可以有許多達(dá)到價格和過期日期的寫下的放或叫特權(quán)。

圖表15：參考完整性和泛化的例子

　　我們推薦的泛化實現(xiàn)是特別的表 － 映射該超類和每個子類為一個表。然后，我們就可以使用參考完整性使股票特權(quán)和股票的記錄依賴于資產(chǎn)。一個資產(chǎn)記錄的刪除級聯(lián)到相應(yīng)的子類記錄、股票特權(quán)或 股票的刪除上。我們也能夠定義一個參考完整性動作，這樣一個股票的刪除就級聯(lián)到關(guān)聯(lián)的股票特權(quán)記錄的刪除。

　　現(xiàn)在問題如下。如果我們刪除的一項資產(chǎn)是一只股票，資產(chǎn)記錄的刪除級聯(lián)到引起股票記錄的刪除。隨后，股票記錄的刪除級聯(lián)引起所有股票 特權(quán)記錄的刪除。但現(xiàn)在參考完整性使我們失敗了：一個股票特權(quán)記錄的刪除并不引起一項資產(chǎn)記錄的刪除。刪除級聯(lián)只能從超類走到子類。為了完全的行為，級聯(lián) 應(yīng)該雙向地走下去。

　　當(dāng)前有用的參考完整性的工作是做更多的編程（也即做更多的工作和風(fēng)險更多故障）。在我們的用例學(xué)習(xí)的實現(xiàn)里，用戶隨時要刪除一項是股 票的資產(chǎn)，我們不得不書寫額外的代碼來首先檢查關(guān)聯(lián)股票特權(quán)的存在性，然后刪除它們。 支持交叉表的記錄劃分。單獨繼承（泛化的最常見方式）的含義是一個超類的每個實例都是用多數(shù)只有一個子類來例示。現(xiàn)在的RDBMS不能容易地加強這個約 束。例如，沒有什么防止下面的情形。一只股票可以用ID18加入到資產(chǎn)表，用ID18加入到股票表，并且也可以用ID18加入到股票特權(quán)表。再一次地，我 們?yōu)榱舜_信行為的完整，不得不作額外的編程，而不是寫一個簡單的聲明的約束　

　　結(jié)論

　　本文陳述了用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)UML模型的快速的概觀。我們希望本文向你演示的技術(shù)是足夠適宜的。一個訓(xùn)練有素的開發(fā)人員能夠用關(guān)系 型數(shù)據(jù)庫準(zhǔn)備一套優(yōu)秀的OO模型的實現(xiàn)。如果你要關(guān)于實現(xiàn)機制的更多的細(xì)節(jié)，參考3有另外的信息，并且也覆蓋了我們沒有在這里討論的一些高級模型建模結(jié) 構(gòu)。

來源 http://tech.ccidnet.com/art/291/20030811/58724_1.html

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