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1、中北大學2012屆英文文獻及中文翻譯 畢業(yè)設(shè)計說明書 英文文獻及中文翻譯 外文資料譯文 面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)： 概念與展望 在過去幾年面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)已經(jīng)成為數(shù)據(jù)庫研究中的主要課題。大量的研究機構(gòu)正工作于個別方面或完整的系統(tǒng)原型。但是，有哪些特征組成這樣一個系統(tǒng)仍然存在很多混淆。本文試圖定義主要的特征和特性。它區(qū)分了基本定義和一個擴展的定義。對于面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)，后者試圖包含一些更廣泛的要求，因為它們引入非標準的應(yīng)用。此外，本文試圖通過那些可能被實現(xiàn)的特征和在研究工作中展示的一些開發(fā)領(lǐng)域來識別出

2、最重要的變量。 1.前言 當今最為棘手的數(shù)據(jù)庫問題之一是如何充分支持新類別數(shù)據(jù)庫應(yīng)用，這些應(yīng)用通過傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)沒有很好的提供。例如，計算機輔助設(shè)計/計算機輔助制造案例，大量數(shù)據(jù)精密的人工智能應(yīng)用或者圖像和聲音處理要求數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的能力遠遠超過傳統(tǒng)的（關(guān)系）數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫基本缺點的例子有： 1.1復(fù)雜的結(jié)構(gòu)化對象的人工表示 關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型不支持復(fù)雜的結(jié)構(gòu)化對象建模，因為它只允許用戶通過平面關(guān)系建立對象模型。既然關(guān)系都處于同一層次，其他重要的關(guān)系是丟棄或保留完全由應(yīng)用程序決定。 1.2.不能以一個適當?shù)姆绞侥M對象的屬性 為了讓用戶自然地模擬復(fù)雜對象的結(jié)構(gòu)和有效的附加數(shù)據(jù)類型，

3、不僅應(yīng)該提供該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型，而且還應(yīng)當由用戶定義。 1.3復(fù)雜的結(jié)構(gòu)化對象的操作語義是不可表達的 關(guān)系數(shù)據(jù)模型技術(shù)無法捕獲操作語義（即一套適用于行動的對象），它們通常和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的對象相關(guān)聯(lián)。相反，這些語義通常完全由用戶在他們的應(yīng)用程序中指定。 1.4不支持不同層次的抽象 對象，在一般情況下，不是靜態(tài)的，而是相對應(yīng)發(fā)展中的世界。因此，必須提供靈活性。該系統(tǒng)應(yīng)允許在不同的層次上觀察同一對象。 1.5缺乏觸發(fā)器，約束和事件機制 先進的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序需要強大而高效的觸發(fā)器，約束和事件機制，以便能夠為這些應(yīng)用程序建立固有的復(fù)雜度模型。 1.6復(fù)雜的數(shù)據(jù)庫訪問 通常程序和數(shù)據(jù)庫語言

4、之間的接口是簡略的，因為每一種語言提供了一種不同類型的系統(tǒng)以及不同的計算模型。此外，通常最后考慮接口的設(shè)計，這往往導致“阻抗不匹配”，因為，在任一系統(tǒng)中大量的元信息（例如，結(jié)構(gòu)和運算）是反映在接口上而不是通過接口。這些元信息必須在兩種語言中冗余的定義。另外，數(shù)據(jù)和運算需要通過接口時就必須轉(zhuǎn)換。根據(jù)不同的語言通過這樣的轉(zhuǎn)換可能會保留一些以前的語義，例如，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在兩種語言中不被充分支持。而且，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)允許在同一時刻處理一組二維數(shù)組，而在一個時間片內(nèi)程序語言根據(jù)記錄行動。 數(shù)據(jù)庫被認為是用來盡可能完整，準確地描述一個應(yīng)用程序的相關(guān)語義。允許一個數(shù)據(jù)模型為數(shù)據(jù)和運算結(jié)構(gòu)的規(guī)范定義一般規(guī)則，也就

5、是說，它定義了微觀語義和它可以被表達的方式。關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型過于簡單，不能以一種適當?shù)姆绞奖磉_先進數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的語義。如果在數(shù)據(jù)庫中可以表達更多的語義，那么應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫的邊界就很少會相交，更容易保持一致性，可以提供高效的物理機制。因此，公共數(shù)據(jù)庫主要組成部分的總目標，是擴展數(shù)據(jù)庫技術(shù)來獲取更多的含義。面向?qū)ο笫澜绮粌H提供了強大的建模概念，也提供了一個框架，來描述和管理程序、數(shù)據(jù)，，除此之外，還解決了阻抗不匹配的問題。同時，面向?qū)ο蟪绦蛘Z言組織認為有必要將一些數(shù)據(jù)庫功能和面向?qū)ο蟪绦蛘Z言相結(jié)合，例如數(shù)據(jù)的持久性和共享性。 本文將集中討論的問題是什么是面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)以及目前與此技術(shù)相關(guān)的問題

6、。因此，我們首先將在一個比較直觀的基礎(chǔ)上討論面向?qū)ο蟮姆妒?。接下來我們會討論面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)的根源和第一個非正式定義。第4章通過更詳細的討論面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特性來介紹這項技術(shù)的特點。此外，還會處理一些已經(jīng)公開的問題，這些問題必須解決以使面向?qū)ο蠹夹g(shù)產(chǎn)生一種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的成功變種。 2、面向?qū)ο蠓妒? 2.1前言 編程語言服從不同的范式。目前最常見的范式是命令范式。功能范式（至少在它的純粹的形式）消除了變量，并且因此避免了副作用的問題。說明性或邏輯編程減輕了程序員的負擔，聲明了一個問題是如何解決的。它允許他們用來描述該生產(chǎn)怎樣的計算機，并讓計算機確定這些結(jié)果是如何得以實現(xiàn)的。但是，什么是

7、面向?qū)ο缶幊谭妒降谋举|(zhì)？倫茨奇如下描述面向?qū)ο蟪绦蛘Z言領(lǐng)域（/Rent82/）：“…面向?qū)ο缶幊坛霈F(xiàn)于20世紀80年代，而結(jié)構(gòu)化編程出現(xiàn)于20世紀70年代。人人都喜歡它。各廠商因為支持它而推廣他的產(chǎn)品。每個經(jīng)理都對它贊不絕口。每個程序員都實踐它（不同的）。并且沒有人知道它是什么?！北M管第一個發(fā)言有點言過其實，然而它的不確定性描述這部分是與術(shù)語對象相關(guān)聯(lián)的。一個原因是“面向?qū)ο蟆蹦壳笆且粋€時髦詞，它吸引了很多人用它來生產(chǎn)或完成他們的工作，因此，我們將在下面，給予我們的特點與面向?qū)ο蟮母拍畹谝淮沃庇^的規(guī)范關(guān)聯(lián)。 2.2典型描述 讓我們假設(shè)，我們走進一個房間，在那里我們看到一些人，一些椅子，

8、一張桌子等等。對于觀察者來說，房間內(nèi)部是一組對象，對象是人類的認知本質(zhì)，它在良好定義的對象中剖析他的環(huán)境。但是我們不僅是認識到對象，更多的是將他們和一些函數(shù)聯(lián)系起來。所以我們知道哪些消息（活動）將以什么樣的方式起作用。例如，如果我們打開收音機，我們知道將聽到音樂或單詞。大多數(shù)情況下，盡管我們不知道該以什么方式實現(xiàn)這些函數(shù)，但是我們知道哪些對象是適合的。 進入房間后，我們看到一位女士坐在打印機旁。雖然我們之前沒有見過她，但是我們還是對她有所了解：她有一個名字，她說一種語言，她可以移動，等等。我們知道這些是因為她屬于這個類或人類這個范疇；更確切的說，她是一個女人，并且最有可能是我們的新秘書。

9、現(xiàn)在假設(shè)我們走進房間，要求某人將一封信帶到郵局。有兩個以上的人在這個房間，我們的經(jīng)理和一位學員。如果我們要求學員去，他最有可能的反應(yīng)是回答：“是，先生”。如果我們要求經(jīng)理去，他的反應(yīng)可能是懷疑我們的健康狀況。盡管兩個人都屬于同一種類（男），但是他們對于同一事件的反應(yīng)不同。 這個簡單的典型描述已經(jīng)使我們能夠推斷出一些一般規(guī)則或關(guān)于我們的環(huán)境的特點： 我們的環(huán)境完全由對象組成。 環(huán)境和對象來自行為，對象由函數(shù)來描述。 大多數(shù)情況下我們知道對象的功能，但是不知道這些功能是如何實現(xiàn)的。 對象反映事件。 只能由對象自己決定，以什么方式對事件做出反應(yīng)。 不同的對象可能對同一事件做出不同的

10、反應(yīng)。 對象繼承特點和能力，作為在一個特殊類或類別中的結(jié)果。 2.3特點的非正式論述 雖然上述特點是相當直觀的，然而，他們組成了面向?qū)ο蠓妒降闹饕卣?。更正式的特征轉(zhuǎn)換成下列特點：在一個面向?qū)ο笙到y(tǒng)中任何東西都是一個對象。沒有任何區(qū)別，例如，用戶定義的對象和系統(tǒng)定義的對象（統(tǒng)一處理）。對象被封裝，這意味著他們通過一直操作被描述，就像一個可見的接口。封裝是面向?qū)ο笙到y(tǒng)的一個特別重要的特征，因為它確保了一個對象的接口它的（內(nèi)部）表示是獨立的。無論是執(zhí)行它的操作（通常成為方法），還是它的結(jié)構(gòu)，都是可見的。為了強調(diào)對象的獨立性，對象通過傳遞消息來通信。這個通信的范例，假定用戶不應(yīng)該直接使用對

11、象，相反，他發(fā)送一個消息給對象，并且，由對象自己決定以什么方式對此作出反應(yīng)。 一個對象屬于一個類，而類本身也作為對象來處理。類是特殊操作的一個模板（如new）可以用來創(chuàng)建新的對象。同一個類中對象有共同的操作，并且，因此有統(tǒng)一的行為。類的另一個重要特點是繼承，允許定義一個類為另一個類的特殊化，從而支持類之間層次關(guān)系的管理以及軟件的可重用性。繼承的核心思想是為定義一個新（子）類提供一個簡單而強大的機制，這個新類繼承已經(jīng)存在（之前）的類中的結(jié)構(gòu)和運算?？赡茉黾有碌姆椒ɑ蛐碌慕Y(jié)構(gòu)而舊的方法和結(jié)構(gòu)可能被覆蓋。在上面的例子中，經(jīng)理和學員可能被模擬為屬于不同的類，這兩個類作為員工類的特殊化來實現(xiàn)。這就

12、允許程序員對同一個信息模擬不同的行為，而常見的行為從之前的（雇員）類繼承。而類，例如雇員和女性，在現(xiàn)實生活中可能重疊，但在面向?qū)ο蟓h(huán)境中他們通常不能重疊：通常假設(shè)每一個對象基于一個精確的基類。不同的對象對相同的消息有不同的反應(yīng)能力（上面的特征6）被稱為多態(tài)性 如果底層系統(tǒng)支持運行時類型檢查和后期綁定，那么繼承和多態(tài)性可以得到最好的利用。而后期綁定明顯提供了更多的靈活性，由于執(zhí)行運行時檢查的必要性，所以降低了效率和和程序的安全行。有些人認為，面向?qū)ο笙到y(tǒng)必須支持后期綁定，而有些卻不這么認為。 3.面向?qū)ο蠓椒I(lǐng)域的陳述 3.1前言 盡管那Rentsch的文章（見最后一章）的目的是面向?qū)ο?/p>

13、編程語言，但是對于面向數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)領(lǐng)域的信息更準確。面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)的定義受到相當打的爭議，并且在同意一個公共定義前，可能保持很長一段時間。 3.2歷史根源 面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫技術(shù)的根源通常用術(shù)語語義數(shù)據(jù)模型/HaML81的發(fā)展和程序語言學科中基于抽象的語言的發(fā)展描述，這些知識描述了人工只能的思想，（尤其。通過框架模型/Minsky/Mins75），可能也影響了面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫的思想。然而，人工智能主要認為是面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫領(lǐng)域的應(yīng)用，而很少作為導致這項技術(shù)的第三方規(guī)程。 3.3自上而下和自下而上的方法 根據(jù)這些歷史根源可以觀察到兩個主要方法。研究人員從數(shù)據(jù)庫組中遵循自下而上的方法，首先，他們

14、試圖通過在系統(tǒng)架構(gòu)的各層次上支持復(fù)雜對象的概念，調(diào)整傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫技術(shù)成面向?qū)ο?。自下而上的方法主要由編程人員遵循。他們試圖允許對象持久和共享來改編面向?qū)ο蟪绦蛘Z言成為數(shù)據(jù)庫的技術(shù)。 自下而上的方法在對象服務(wù)器的最底層實現(xiàn)，也就是說，是允許系統(tǒng)在物理層上充分處理復(fù)雜對象的一個容器。為了處理復(fù)雜對象可能會添加訪問路徑或索引技術(shù)來反映對象的一般和特殊屬性。接口層上的一般操作，將提供整個對象或?qū)ο蟮牟考?，換句話說，如果數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)提供一個模型，這個模型允許用戶通過數(shù)據(jù)庫中一個正確的對象（以數(shù)據(jù)模型概念的方法）來描述一個微觀世界的實體（無論其復(fù)雜性和結(jié)構(gòu)），那么這個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是面向?qū)ο蟮模⑶?，除此之外?/p>

15、為開發(fā)對象的結(jié)構(gòu)（這對應(yīng)面向?qū)ο蟮慕Y(jié)構(gòu)的概念，如通過Dittrich/Ditt87來介紹）提供適當?shù)牟僮?，從面向?qū)ο蟪绦蛘Z言得出概念，如繼承和數(shù)據(jù)抽象是以面向?qū)ο蟮挠^點，作為阻抗不匹配的問題設(shè)計的。該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的數(shù)據(jù)語言和相應(yīng)的編程語言仍然可以遵循不同的編程模式。 自上而下的方法以面向?qū)ο缶幊陶Z言作為基礎(chǔ)，通過從數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)得到的概念豐富它的功能，具有持久性（即使一個應(yīng)用程序結(jié)束了，對象仍然存在），并且對象是共享的（獨立的應(yīng)用程序可能同時使用相同的數(shù)據(jù)）。這些活動的結(jié)果可能是一種編程語言，其中有持久性數(shù)據(jù)和非持久性數(shù)據(jù)的簡單數(shù)據(jù)模型。在更廣泛的意義上，這些系統(tǒng)實現(xiàn)行為面向?qū)ο?，由Dittric

16、h定義（/Ditt88/）這種方法的優(yōu)點是對于數(shù)據(jù)訪問和應(yīng)用程序是唯一的語言，缺點是大多其他數(shù)據(jù)庫概念的基本或丟失的實現(xiàn)，例如索引技術(shù)，并發(fā)控制和可靠性機制或優(yōu)化的數(shù)據(jù)庫查詢機制。 幾乎所有整合數(shù)據(jù)庫概念的編程語言都失敗的主要原因是：編程語言環(huán)境和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是在不同的文化上設(shè)計的。為了分類，計算和一致性，他們通常建立在不同的概念上。在（命令）編程語言中典型的分類系統(tǒng)包括數(shù)組，列表和原子類型，而在數(shù)據(jù)庫語言中典型的分類系統(tǒng)包括集，記錄和原子類型。在編程語言中典型的計算模型有充分的處理能力，而在數(shù)據(jù)庫語言中典型的計算模型包括搜索和簡單的更新能力。在編程語言中的一致性概念通常比數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)弱。 3

17、.4面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本定義 如果我們采取上述兩種方法仔細看看，當人們忽略了其他，那么假定捕捉一些真正的面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特征就似乎變得合理。有人會因此而認為一個真正的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)會成為兩種方法的結(jié)合。據(jù)此，第一個工作上的定義是（又見（/Banc88/）： 定義3.1面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)（基本定義） 一個面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)應(yīng)該符合兩個標準：它應(yīng)該是一個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，并且應(yīng)該是一個面向?qū)ο笙到y(tǒng)。第一個標準轉(zhuǎn)化為六個特征：持久性，二級存儲管理，數(shù)據(jù)共享（并發(fā)），數(shù)據(jù)的可靠性（交易管理和恢復(fù)），特殊查詢工具和架構(gòu)修改。第二個可以轉(zhuǎn)換為6個特征：類型/類，封裝/數(shù)據(jù)抽象，繼承，多態(tài)/后期綁定

18、，計算完整性，對象的一致性，復(fù)雜對象和可擴展性。 4、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)的特征 盡管Rentsch引述的目的在于面向?qū)ο缶幊陶Z言，但是他對面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)的思想更準確。一個面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫的定義是相當大的爭論，并且在業(yè)界得出一個公共的定義之前，可能會持續(xù)很長一段時間。 4.1類型和類 在這一節(jié)，我們首先將介紹傳統(tǒng)觀念的類型和類，因為它們是常用的。然后，我們將這一概念擴充的更全面，使這一概念能在更多的面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)中使用。 現(xiàn)代編程語言，例如，像PASCAL，將類型定義和變量申明區(qū)分開來，以分開類型的定義和使用。一種類型的簡單概念，它包括一組所有可能的值的無限集合（它的域）和對這些

19、值的一組操作。通過限制一個特定類型的變量來假定這個類型的值。一個類型可能是原子的或結(jié)構(gòu)化的。一個原子的（基本的或簡單的）數(shù)據(jù)類型被認為是不可分解的（從用戶的角度來看）的數(shù)據(jù)類型，如整型或字符型。一個結(jié)構(gòu)化（合成的）的數(shù)據(jù)類型或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一個數(shù)據(jù)類型，這個數(shù)據(jù)類型的值是由一些與結(jié)構(gòu)相關(guān)的構(gòu)成要素構(gòu)成。這些數(shù)據(jù)類型由用戶考慮什么時候訪問這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的。例如整型或字符串。由于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一種數(shù)據(jù)類型，它對它的值有一組操作。此外，可能有操作用于它的構(gòu)成要素（/StWe85）。它通過使用已有的數(shù)據(jù)類型和類型構(gòu)造函數(shù)來建立，例如數(shù)組，集合，清單，記錄。在編程語言中類型是增加程序正確性和有效性的一個工具。通過

20、強制用戶聲明他使用的對象的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)將檢查用戶有沒有對對象執(zhí)行錯誤的分配或操作。因此，類型用于編譯是檢查程序的正確性，消除運行時必要的檢查。另一個優(yōu)點是，可以限制編譯時過程的調(diào)用。通過這一點，像上下文的創(chuàng)造和過程調(diào)用這種昂貴的操作可以用便宜的操作來代替，例如轉(zhuǎn)移。此外，如果沒有類型系統(tǒng)，那么編譯器不可以優(yōu)化代碼。由于編譯器無法確定執(zhí)行一個操作的過程，它就無法確定這個操作是否有副作用或者會影響到控制流。因此，公共子表達式清除，無效代碼刪除和其他公共優(yōu)化一般不適用。它可以區(qū)分兩種類型的分型：靜態(tài)類型和強壯類型（/Wegn89）。如果所有表達式的類型可以在編譯是確定（在編譯時完成類型檢查），那么這個編程語言被認為是靜態(tài)類型的。如果在編譯時這個類型可以兼容所有表達式的描述，可以從靜態(tài)程序描述中確定值，那么這個語言被認為是強壯類型的（可以引入一些運行時類型檢查的必要性）。每一個靜態(tài)類型的語言總是強壯類型的，但是反過來不一定是，因為強壯類型語言允許程序員使用，例如，一般的操作，如排序，找到了一種算法的結(jié)構(gòu)統(tǒng)一適用于一個范圍內(nèi)的類型。這里應(yīng)當指出，上述的類型定義尤其針對編程語言的需要 第 8頁 共 7頁