UML系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)教程(第2版) 課件 第12章 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

UML系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)SystemAnalysis&Design第十二章數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)持久性數(shù)據(jù)庫層對象數(shù)據(jù)庫模型對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型UML系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)第2版ZhenyanJi2數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)在UML中，類圖定義了應(yīng)用程序所需要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用實(shí)體類以及實(shí)體類之間的關(guān)系來為數(shù)據(jù)庫中持久存在的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)建模。因此，需要將實(shí)體類映射為可以被數(shù)據(jù)庫識別的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。如何將實(shí)體類、關(guān)聯(lián)關(guān)系、聚合關(guān)系、類屬關(guān)系轉(zhuǎn)變?yōu)?種數(shù)據(jù)庫（面向?qū)ο笮?、對象關(guān)系型、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫）模型中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)？UML系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)第2版ZhenyanJi3持久性數(shù)據(jù)庫層數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型（DataModel）是以比原始的位和字節(jié)更易理解的方式描述數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)的抽象。通用的數(shù)據(jù)模型層分類法認(rèn)可3種抽象。概念數(shù)據(jù)模型概念數(shù)據(jù)模型是面向用戶、面向現(xiàn)實(shí)世界的數(shù)據(jù)模型邏輯數(shù)據(jù)模型邏輯數(shù)據(jù)模型提供的模型反應(yīng)了數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，它是用戶從數(shù)據(jù)庫所看到的數(shù)據(jù)模型。物理數(shù)據(jù)模型物理數(shù)據(jù)模型定義了實(shí)際應(yīng)用中數(shù)據(jù)是如何存儲(chǔ)于持久存儲(chǔ)設(shè)備（如磁盤）中的。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)第2版ZhenyanJi4持久性數(shù)據(jù)庫層UML模型與持久數(shù)據(jù)庫層UML系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)第2版ZhenyanJi5對象數(shù)據(jù)庫模型ODB建模原語對象數(shù)據(jù)庫模型的基本建?；菍ο蠛妥置媪俊Ｃ總€(gè)對象都有個(gè)對象標(biāo)識符，字面量沒有對象標(biāo)識符。ODB區(qū)分類（Class）和類型（Type），一個(gè)類型可以有多個(gè)類。例如，類“Tiger”和類“Lion”都實(shí)現(xiàn)了接口“Animal”，它們的類型都是“Animal”。ODB類可以有特性（Properties）和操作，特性可以是屬性（Attribute）或關(guān)系（Relationship），即連接該對象與其他對象的屬性。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)第2版ZhenyanJi6對象數(shù)據(jù)庫模型ODB建模原語1．字面量和對象類型字面量可以分為以下3種類型：（1）原子字面量（AtomicLiterals）。（2）結(jié)構(gòu)化字面量（StructuredLiterals）。（3）集字面量（CollectionLiterals）。對象類型可以分為以下3種類型。（1）原子對象。（2）結(jié)構(gòu)化對象。（3）集（如set<Person>，Person是一個(gè)類）。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)第2版ZhenyanJi7對象數(shù)據(jù)庫模型ODB建模原語2．關(guān)系對于關(guān)聯(lián)關(guān)系、聚合關(guān)系和類屬關(guān)系這3種關(guān)系，ODB模型可直接支持關(guān)聯(lián)關(guān)系和類屬關(guān)系，聚合關(guān)系則通過約束關(guān)聯(lián)來支持。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)第2版ZhenyanJi8對象數(shù)據(jù)庫模型ODB建模原語3．ISA和EXTENDS繼承ODMG對象模型定義了兩種類屬關(guān)系，即ISA關(guān)系和EXTENDS關(guān)系。其中，ISA關(guān)系對應(yīng)于早期的接口繼承（InterfaceInheritance），EXTENDS關(guān)系對應(yīng)于實(shí)現(xiàn)繼承（Implemen-tationInheritance）。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)第2版ZhenyanJi9對象數(shù)據(jù)庫模型映射到ODB1．映射實(shí)體類理論上，UML沒有禁止設(shè)計(jì)者通過定義新類（在分析階段）和使用模板（在設(shè)計(jì)階段）來擴(kuò)充類型系統(tǒng)。但在實(shí)踐中，為了避免UML中次要類的激增，只有當(dāng)實(shí)現(xiàn)平臺支持可擴(kuò)充的類型系統(tǒng)、內(nèi)建的結(jié)構(gòu)化類型、集類型時(shí)，設(shè)計(jì)者才這樣做。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)第2版ZhenyanJi10對象數(shù)據(jù)庫模型將實(shí)體類映射到ODB設(shè)計(jì)UML系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)第2版ZhenyanJi11對象數(shù)據(jù)庫模型映射到ODB2．映射關(guān)聯(lián)在UML模型中，類之間的關(guān)聯(lián)允許類對象之間的導(dǎo)航，這正是對象數(shù)據(jù)庫所擅長的，即由永久對象標(biāo)識符連接的對象之間的導(dǎo)航。在映射過程中，可對設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，將一些UML屬性或UML類模擬為ODB接口，從而將這些接口用作ODB類的屬性的類型。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)第2版ZhenyanJi12對象數(shù)據(jù)庫模型關(guān)聯(lián)的映射UML系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)第2版ZhenyanJi13對象數(shù)據(jù)庫模型映射到ODB3．映射聚合UML的聚合有兩種語義，即具有引用語義的聚合（Aggregation）和具有值語義的組合（Composition）。在數(shù)據(jù)庫中，聚合被模擬為關(guān)聯(lián)或嵌套屬性。如果要加入特別的聚合語義，則需通過過程的方式（在程序中）實(shí)現(xiàn)，而不是通過聲明的方式（在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中）實(shí)現(xiàn)。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)第2版ZhenyanJi14對象數(shù)據(jù)庫模型聚合關(guān)系和組合關(guān)系UML系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)第2版ZhenyanJi15對象數(shù)據(jù)庫模型映射到ODB4．映射類屬從UML類屬關(guān)系到ODB的ISA和EXTENDS關(guān)系的映射基本上是“一對一”的，接口繼承用ISA關(guān)系來模擬，類繼承用EXTENDS關(guān)系來模擬。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)第2版ZhenyanJi16對象數(shù)據(jù)庫模型類屬關(guān)系的映射UML系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)第2版ZhenyanJi17對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫（Object-RelationalDatabaseMode，ORDBM）合并了老式關(guān)系模型數(shù)據(jù)庫和新式對象模型數(shù)據(jù)庫，使得對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（Object-RelationalDatabaseManagementSystem，ORDBMS）既能處理關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（關(guān)系表），又能處理對象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（對象表）。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)第2版ZhenyanJi18對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型ORDB建模原語ORDB建模原語由對象建模原語和關(guān)系建模原語組成。主要的對象建模原語是用戶定義的結(jié)構(gòu)化類型（StructuredType），該類型對應(yīng)于ODB的“Interface”概念和UML的“Class”概念。ORDB的存儲(chǔ)機(jī)制是表（Table），表的列代表了可以接受用戶定義的結(jié)構(gòu)化類型的值。為了與常規(guī)的關(guān)系表相區(qū)別，在ORDBMS實(shí)現(xiàn)中將這樣的表稱為對象表（ObjectTable）。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)第2版ZhenyanJi19對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型ORDB建模原語1．結(jié)構(gòu)化類型ORDB表的列可以接受內(nèi)建類型或用戶定義類型的值，ORDB的內(nèi)建類型的功能類似于ODB的內(nèi)建類型的功能。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)第2版ZhenyanJi20對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型ORDB建模原語2．對象表（ObjectTable）對象表是具有一個(gè)或多個(gè)列的行的集合。行是行類型的實(shí)例，對象表中的每一行都是由一個(gè)OID唯一標(biāo)識的對象。行是可以插入表中或從表中刪除的數(shù)據(jù)的最小單位。為了快速區(qū)別對象類型和對象表，建議結(jié)構(gòu)化后的類型名使用后綴TY。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)第2版ZhenyanJi21對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型ORDB建模原語3．行類型（RowType）行類型允許表在沒有使用結(jié)構(gòu)化類型或集類型的情況下，具有相當(dāng)復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。行類型是域的序列（即<域名><數(shù)據(jù)類型>對）。實(shí)際上，行類型允許將一個(gè)表嵌入到另一個(gè)表中，且表中的列可以含有行值。從數(shù)據(jù)庫編程的角度來說，行類型允許將完整的行存儲(chǔ)到變量中，允許將完整的行作為操作的輸入?yún)?shù)進(jìn)行傳遞，還允許將完整的行作為操作的輸出參數(shù)或返回值進(jìn)行返回。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)第2版ZhenyanJi22對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型ORDB建模原語4．引用類型（ReferenceType）結(jié)構(gòu)化類型可以用來定義引用類型，用關(guān)鍵字“ref”來定義引用。例如，studref(StudentTY)就表示對象表中一個(gè)對結(jié)構(gòu)化類型的引用。在SQL:1999中，引用類型是有作用域的，即它們引用的表在編譯時(shí)是確定的。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)第2版ZhenyanJi23對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型ORDB建模原語5．OF和UNDER繼承SQL:1999允許為已存在類型創(chuàng)建子類型，目前，SQL:1999只支持單一的實(shí)現(xiàn)繼承。對應(yīng)于類型層次結(jié)構(gòu)，可創(chuàng)建表層次結(jié)構(gòu)。也就是說，為超類型創(chuàng)建超表，為子類型創(chuàng)建子表。但有時(shí)候，在表層次結(jié)構(gòu)中有可能忽略類型層次結(jié)構(gòu)中的類型UML系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)第2版ZhenyanJi24對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型ORDB中的繼承UML系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)第2版ZhenyanJi25映射到ORDB1．映射實(shí)體類（EntityClass）UML系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)第2版ZhenyanJi26對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型映射到ORDB2．映射關(guān)聯(lián)（Association）UML系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)第2版ZhenyanJi27對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型映射到ORDB3．映射聚合（Aggregation）UML系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)第2版ZhenyanJi28對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型映射到ORDB4．映射類屬（Generalization）UML系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)第2版ZhenyanJi29對象關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型在過去的20年，關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型（RelationalDatabaseModel）已經(jīng)基本占領(lǐng)了數(shù)據(jù)庫軟件市場，關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型已經(jīng)取代了分層數(shù)據(jù)庫（HierarchicalDatabase）和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫（NetworkDatabase）模型。最后的關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型標(biāo)準(zhǔn)是SQL92，它是1992年得到ANSI和ISO的批準(zhǔn)而發(fā)布的。市場上所有重要的RDBMS產(chǎn)品（包括Oracle、DB2、Sybase、Informix、SQLServer等）都遵守這一標(biāo)準(zhǔn)，雖然其方式各不相同。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)第2版ZhenyanJi30關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型RDB建模原語1．列、域和規(guī)則關(guān)系數(shù)據(jù)庫將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在由行和列組成的表中。其中存儲(chǔ)在行列交叉點(diǎn)的數(shù)據(jù)值必須是不可分的、單一的值，也就是說，列具有原子域（數(shù)據(jù)類型）。域定義了列可以接受的合法的值集，域可以是匿名的（如namevarchar(40)）也可以是有名的（如nameName），域Name在用來定義列“name”之前已經(jīng)定義過了。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)第2版ZhenyanJi31關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型RDB建模原語2．關(guān)系表關(guān)系表是由它的固定列集定義的，列具有內(nèi)建的或用戶定義的類型。表可以有任意多行，但沒有重復(fù)的行。特定行的列值可以是Null，Null值意味著“值目前不知道”或“值不適用”。由于RDB模型要求“沒有重復(fù)行”，因此每個(gè)表都有一個(gè)主鍵（PrimaryKey）。一個(gè)表可以有多個(gè)鍵，任意選擇這些鍵中的一個(gè)作為對用戶最重要的主鍵，其他的鍵則被稱為備用鍵（AlternateKeys）。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)第2版ZhenyanJi32RDB建模原語3．引用完整性（ReferentialIntegrity）RDB模型通過引用完整性約束來維護(hù)表之間的關(guān)系。這種表之間關(guān)系不是固定的行到行的連接，而是每當(dāng)用戶請求系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)關(guān)系時(shí)，RDB才去發(fā)現(xiàn)行到行的連接。這種發(fā)現(xiàn)是通過比較一個(gè)表的主鍵值與該表或另一個(gè)表的外鍵值來實(shí)現(xiàn)的。外鍵（ForeignKey）被定義為表中的列的集合，其值為Null，或者通過匹配同一個(gè)表中或另一個(gè)表中的主鍵值所得。主、外鍵的一致性被稱作引用完整性，引用完整性中的主鍵和外鍵必須是基于同一個(gè)域定義的，但可以有不同的名字。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)第2版ZhenyanJi33關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型引用完整性UML系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)第2版ZhenyanJi34關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型RDB建模原語4．范式（NormalForms）RDB設(shè)計(jì)中一個(gè)最重要、但同時(shí)最不容易被理解的概念就是規(guī)范化。關(guān)系表必須是范式（NormalForm，NF），范式被分為以下6種。第一范式。第二范式。第三范式。BC范式（Boyce-Codd范式）。第四范式。第五范式。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)第2版ZhenyanJi35關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型映射到RDB如同ODB和ORDB模型一樣，RDB設(shè)計(jì)也可以用UML衍型和其他擴(kuò)充機(jī)制來模擬。從UML類模型到RDB模式設(shè)計(jì)的映射需考慮RDB模型的局限性，即在關(guān)系模式中表達(dá)類的一些內(nèi)建的聲明式語義是不可能存在的，這樣的語義必須在數(shù)據(jù)庫程序中解決。1．映射實(shí)體類（EntityClass）實(shí)體類到關(guān)系表的映射必須遵循表的第一范式，列必須是原子的。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)第2版ZhenyanJi36關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型映射實(shí)體類UML系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)第2版ZhenyanJi37關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型映射到RDB2．映射關(guān)聯(lián)（Association）將關(guān)聯(lián)映射到RDB的過程涉及了表之間引用完整性約束的使用。任何“一對一”或“一對多”的關(guān)聯(lián)都可以通過在一個(gè)表中插入一個(gè)外鍵來匹配另一個(gè)表中的主鍵來表達(dá)。對于“一對一”關(guān)聯(lián)，可以將外鍵添加到其中任何一個(gè)表中，也可將兩個(gè)實(shí)體類合并在一個(gè)表中（取決于想達(dá)到的規(guī)范化水平）。對于遞歸的“一對一”或“一對多”關(guān)聯(lián)，外鍵和主鍵位于同一個(gè)表中。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)第2版ZhenyanJi38關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型映射關(guān)聯(lián)UML系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)第2版ZhenyanJi39關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型映射到RDB3．映射聚合（Aggregation）關(guān)聯(lián)映射的主要原理也適用于聚合映射。對于強(qiáng)形式聚合——組合（具有引用語義的聚合被看作是弱形式的聚合，具有值語義的組合則被看作是強(qiáng)形式的聚合），應(yīng)該將子集和超集實(shí)體類組合到一張表中。這對于“一對一”的聚合是可能的，但對于“一對多”的聚合，子集類（無論是強(qiáng)形式聚合還是弱形式聚合）則必須被模擬為一個(gè)單獨(dú)的表（用一個(gè)外鍵將它和它的超集類的表連接起來）。UML系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)第2版ZhenyanJi40關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型映射聚合UML系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)第2版ZhenyanJi41關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型映射到RDB