有些人把面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)(即數(shù)據(jù)庫模式)思想與面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(oodbms)理論混為一談。其實(shí)前者是數(shù)據(jù)庫用戶定義數(shù)據(jù)庫模式的思路,后者是數(shù)據(jù)庫管理程序的思路。用戶使用面向?qū)ο蠓椒▽W(xué)可以定義任何一種dbms數(shù)據(jù)庫,即網(wǎng)絡(luò)型、層次型、關(guān)系型、面向?qū)ο笮途?甚至文件系統(tǒng)設(shè)計(jì)也照樣可以遵循面向?qū)ο蟮乃悸贰?面向?qū)ο蟮乃悸坊蚍Q規(guī)范可以用于系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、程序設(shè)計(jì),也可以用于數(shù)據(jù) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)。oose自上至下、自始至終地貫徹面向?qū)ο笏悸?是一個一氣呵成 的統(tǒng)一體。面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)只是 oose 的一個環(huán)節(jié)。

　　二、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的重要性

　　一般數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法有兩種,即屬性主導(dǎo)型和實(shí)體主導(dǎo)型。屬性主導(dǎo)型從歸納數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的屬性出發(fā),在歸并屬性集合(實(shí)體)時維持屬性間的函數(shù)依賴關(guān)系。實(shí)體主導(dǎo)型則先 從尋找對數(shù)據(jù)庫應(yīng)用有意義的實(shí)體入手,然后通過定義屬性來定義實(shí)體。一般現(xiàn)實(shí)世界的 實(shí)體數(shù)在屬性數(shù) 1/10 以下時,宜使用實(shí)體主導(dǎo)型設(shè)計(jì)方法。面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)是從對象模型出發(fā)的,屬于實(shí)體主導(dǎo)型設(shè)計(jì)。 一般數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)都遵循以下相關(guān)開發(fā)步驟:

1設(shè)計(jì)應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu);

2 選擇便于將應(yīng)
　　 用程序與dbms結(jié)合的dbms體系結(jié)構(gòu),如rdbms;

3 根據(jù)應(yīng)用程序使用的環(huán)境平臺,選擇適宜的dbms(如oracle)和開發(fā)工具(如pb);

4 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫,編寫定義數(shù)據(jù)庫模式的sql程序;

5 編寫確保數(shù)據(jù)正確錄入數(shù)據(jù)庫的用戶接口應(yīng)用程序;

6 錄入數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù);

7 運(yùn)行各種與 數(shù)據(jù)庫相關(guān)的應(yīng)用程序,以確認(rèn)和修正數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容。

　　對以上各步驟,有幾點(diǎn)需要說明:

(1) 這不是瀑布模型,每一步都可以有反饋。
　　在公路局系統(tǒng)中,以上各步不僅有反饋、有反復(fù),還有并行處理。比如一些庫表在數(shù) 據(jù)錄入時,另一些庫表設(shè)計(jì)還在修改。這與我們的遞增式開發(fā)方法有關(guān),也與面向?qū)ο蟮?特征有關(guān)。

(2) 上述順序不是絕對的,大多數(shù)場合是從第三步開始的。

(3) 對大多數(shù)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)來說,上述各步中最重要、最困難的不是應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)而是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)。

　　三、dbms的支持和數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

　　多數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)者不重視數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的原因是:他們太迷信dbms,認(rèn)為購入一個功能強(qiáng)大的dbms后數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)就不困難、不重要了。一些國內(nèi)外的數(shù)據(jù)庫教材常常 是在為dbms的開發(fā)廠商做宣傳,而很少站在數(shù)據(jù)庫用戶角度,從數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)出發(fā)介紹數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法。結(jié)果往往使讀者搞不清書中介紹的是數(shù)據(jù)庫管理程序的設(shè)計(jì)思想,還是 應(yīng)用這種 dbms 進(jìn)行數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的思想。 其實(shí),dbms只是給用戶為已采用的數(shù)據(jù)庫提供一個舞臺,而是否使用這個舞臺上的道具以及唱什么戲,則完全取決于用戶的戲劇腳本和導(dǎo)演(開發(fā)者)的安排。例如,公路局系統(tǒng)所使用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),是以二維表為基本管理單元、支持所有關(guān)系代數(shù)操作、支持 實(shí)體完整性與實(shí)體間參照完整性的全關(guān)系型rdbms,而我們要在這個舞臺上利用上述"道具"設(shè)計(jì)一個面向?qū)ο蟮年P(guān)系數(shù)據(jù)庫。

　　四、應(yīng)用對象模型與rdbms模型的映射

　　數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)(模式)是否支持應(yīng)用系統(tǒng)的對象模型,這是判斷是否是面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫系統(tǒng)的基本出發(fā)點(diǎn)。由于應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)在前,數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)隨后,所以應(yīng)用系統(tǒng)對象模型向 數(shù)據(jù)庫模式的映射是面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

　　1. 三層數(shù)據(jù)庫模式面向?qū)ο竽Ｐ偷臄U(kuò)展

　　一般數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)多參照ansl/sparc關(guān)于數(shù)據(jù)庫模式的3層標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)提案。最接近物理數(shù)據(jù)庫的內(nèi)部模式由dbms提供的sql來描述。概念模式可以由若干個內(nèi)部模式聚集而成 ,它是由數(shù)據(jù)庫用戶規(guī)范的一些表的集合。例如,公路局計(jì)劃處數(shù)據(jù)庫模式、機(jī)務(wù)處數(shù)據(jù) 庫模式等,它們是邏輯數(shù)據(jù)庫,常常通過庫表id來界定庫邊界。一般的概念模式是數(shù)據(jù)庫 物理模式作用域的邊界,它能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的物理意義、特定dbms 的特殊操作對外部應(yīng)用 程序的信息隱蔽。外部模式是從特定用戶應(yīng)用角度看待的數(shù)據(jù)庫模式,從不同的應(yīng)用出發(fā)對同一概念模式可以給出多種不同的外部模式。例如:公路綠化情況查詢應(yīng)用看到的數(shù)據(jù) 庫是公路上的樹木種類、數(shù)量、分布比率等, 梁隧道狀況查詢應(yīng)用看到的是公路上的橋 梁、隧道長度、個數(shù)、路段等,但是它們可能訪問的是同一個庫表的不同子集。 當(dāng)外部應(yīng)用系統(tǒng)以對象模型進(jìn)行抽象時,從各個應(yīng)用出發(fā)抽象出的對象模型可以映射 到外部模型上,對此我們不妨稱之為外部對象模型。但是,外部模型只是概念模型的子集 ,所以面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)核心在于系統(tǒng)對象模型(不妨稱之為概念對象模型) 向數(shù)據(jù) 庫概念模型的映射(參見圖1) 。

　　2. 對象模型向數(shù)據(jù)庫表的映射規(guī)則

　　由于rdbms是以二維表為基本管理單元的,所以對象模型最終是由二維表及表間關(guān)系來描述的。換言之,對象模型向數(shù)據(jù)庫概念模型的映射就是向數(shù)據(jù)庫表的變換過程。有關(guān)的變換規(guī)則簡單歸納如下:

(1) 一個對象類可以映射為一個以上的庫表,當(dāng)類間有一對多的關(guān)系時,一個表也可 以對應(yīng)多個類。

(2) 關(guān)系(一對一、一對多、多對多以及三項(xiàng)關(guān)系)的映射可能有多種情況,但一般映 射為一個表,也可以在對象類表間定義相應(yīng)的外鍵。對于條件關(guān)系的映射,一個表至少應(yīng) 有3個屬性。

(3) 單一繼承的泛化關(guān)系可以對超類、子類分別映射表,也可以不定義父類表而讓子 類表擁有父類屬性;反之,也可以不定義子類表而讓父類表擁有全部子類屬性。

(4) 對多重繼承的超類和子類分別映射表,對多次多重繼承的泛化關(guān)系也映射一個表 。 (5) 對映射后的庫表進(jìn)行冗余控制調(diào)整,使其達(dá)到合理的關(guān)系范式。

　　3. 數(shù)據(jù)庫模式要面向應(yīng)用系統(tǒng)

　　我們選擇面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)設(shè)計(jì)也好,面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)也好,根本目的是服務(wù)于應(yīng)用系統(tǒng)的需要。 以公路局計(jì)劃處子系統(tǒng)為例。計(jì)劃處的最大工作量就是處理成堆的報(bào)表,因此如何有 效地存取這些報(bào)表是計(jì)劃處數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。考慮到每月上交的報(bào)表是同構(gòu)的,我們可 以創(chuàng)建一張庫表去存儲同一種報(bào)表,例如公路工程月報(bào)表。但是又產(chǎn)生另一個問題,當(dāng)用戶想查詢某個月的公路工程月報(bào)表時,如何從庫表中取出數(shù)據(jù)呢?按照數(shù)據(jù)庫的思想應(yīng)該 有一個主鍵來標(biāo)識這張報(bào)表。在公路局的報(bào)表里,區(qū)別月報(bào)表靠上報(bào)時間和上報(bào)單位,但 如果為每條記錄都加上這兩個字段,無疑會加大庫表冗余,增加查詢時間,降低效率。更何 況每張報(bào)表都有單位負(fù)責(zé)人、填表人的屬性,那么怎樣解決這個問題呢?我們設(shè)計(jì)了超類 對象 x3 表和流水號表。
　　將它們加入由應(yīng)用對象模型映射出的數(shù)據(jù)庫概念模型后,得到圖2所示的結(jié)構(gòu)。
　　每一個應(yīng)用模塊對象對應(yīng)建立一張流水號表,同一類的報(bào)表屬同一流水號表,由流水號表統(tǒng)一管理。流水號表對各分局、處室提交和建立的每一張報(bào)表分配一個流水號,該流 水號在整個數(shù)據(jù)庫中是唯一的,因此在庫中存放任何一張報(bào)表都是明確的。流水號的數(shù)據(jù)類型為 char(10),前4位為表號,后6位為序列號,其中序列號取自x3表中最大序列號。也 就是說,流水號就是對象標(biāo)識符,報(bào)表是一個對象,一個對象標(biāo)識符唯一決定一個對象。流 水號一旦被分配出去后,在這張報(bào)表的生存期內(nèi)就具有了永久不變性。無論報(bào)表的內(nèi)容及 結(jié)構(gòu)怎么變化,它都不變,直到報(bào)表被刪除,流水號才會消失。流水號表是父類,報(bào)表是子類,流水號表之間的聯(lián)系只能通過 x3 表。5個應(yīng)用模塊對象完全映射到數(shù)據(jù)庫概念模型中,形成應(yīng)用對象與數(shù)據(jù)庫對象的一一對應(yīng),保持了5個應(yīng)用對象在目標(biāo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中原有的 獨(dú)立性,具有很好的封裝性和信息隱蔽性。盡管流水號表會有一些冗余,但它是值得的。

　　五、面向?qū)ο箨P(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)效果

　　在公路局系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,從某種意義上講,是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的面向?qū)ο筇卣髯罱K奠定了整個系統(tǒng)的面向?qū)ο笮?才使面向?qū)ο蠓椒ㄔ诔绦蜷_發(fā)階段全面開花。其效果歸納如下:

　　1. 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)清晰
　　便于實(shí)現(xiàn)oop由于實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用模塊對象對數(shù)據(jù)庫對象的完全映射,數(shù)據(jù)庫邏輯模型可以自然且直接 地模擬現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)體關(guān)系。公路局用戶所處的當(dāng)前物理世界、系統(tǒng)開發(fā)者所抽象的系 統(tǒng)外部功能,與支持系統(tǒng)功能的內(nèi)部數(shù)據(jù)庫 (數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))一一對應(yīng),所以用戶、開發(fā)者和數(shù) 據(jù)庫維護(hù)人員可以用一致的語言進(jìn)行溝通。 特別是對多數(shù)不了解公路局業(yè)務(wù)的程序開發(fā)人員來說,這種將應(yīng)用對象與相應(yīng)的數(shù)據(jù) 對象封裝在對象統(tǒng)一體中的設(shè)計(jì)方法,大大減輕了程序?qū)崿F(xiàn)的難度,使他們只要知道加工的數(shù)據(jù)及所需的操作即可,而且應(yīng)用程序大多雷同,可以多處繼承由設(shè)計(jì)人員抽象出來的 、預(yù)先開發(fā)好的各種物理級超類。

　　2. 數(shù)據(jù)庫對象具有獨(dú)立性,便于維護(hù)
　　除了數(shù)據(jù)庫表對象與應(yīng)用模塊對象一一對應(yīng)外,在邏輯對象模型中我們沒有設(shè)計(jì)多重 繼承的泛化關(guān)系,所以這樣得到的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)基本上是由父表類和子表類構(gòu)成的樹型層次 結(jié)構(gòu),表類間很少有繼承以外的復(fù)雜關(guān)系,是一個符合局部化原則的結(jié)構(gòu),從而使數(shù)據(jù)庫表 數(shù)據(jù)破壞的影響控制在局部范圍且便于修復(fù),給公路局系統(tǒng)開通后的數(shù)據(jù)庫日常維護(hù)工作帶來便利。

　　3. 需求變更時程序與數(shù)據(jù)庫重用率高,修改少
　　在映射應(yīng)用對象時,除關(guān)系映射規(guī)范化后可能出現(xiàn)一對多的表映射外,大多數(shù)應(yīng)用對 象與表對象是一一對應(yīng)的。我們可以把規(guī)范化處理后的、由一個應(yīng)用對象映射出來的多個表看成一個數(shù)據(jù)庫對象。因此當(dāng)部分應(yīng)用需求變更時,首先,系統(tǒng)修改可以不涉及需求 不變更的部分。其次,變更部分的修改可以基本上只限于追加或刪除程序模塊或追加新庫 表,而基本上不必修改原有程序代碼或原有庫表定義,從而大大減少了工作量,降低了工作難度。

　　六、最簡單的就是最好的

　　客觀世界是錯綜復(fù)雜的,計(jì)算機(jī)科學(xué)理論的發(fā)展也越來越高深、復(fù)雜。然而,人類探索理論和技術(shù)的最終目的是:讓客觀世界的復(fù)雜變簡單,最簡單的就是最好的。
　　為此我們 給出以下幾點(diǎn)忠告:

　　1. 慎用外鍵

　　rdbms 支持復(fù)雜關(guān)系的能力很強(qiáng),無論用戶怎么在邏輯上設(shè)定外鍵,它基本上都能從 物理上幫用戶實(shí)現(xiàn)。但是外鍵把許多獨(dú)立的實(shí)體牽連在一起,不僅使 rdbms 維持?jǐn)?shù)據(jù)一 致性負(fù)擔(dān)沉重,也使數(shù)據(jù)庫應(yīng)用復(fù)雜化,加重了程序開發(fā)負(fù)擔(dān)。這樣的數(shù)據(jù)庫很難理解,很 難實(shí)現(xiàn)信息隱蔽性設(shè)計(jì),往往把簡單問題復(fù)雜化。

　　2. 適當(dāng)冗余

　　減少數(shù)據(jù)庫冗余的設(shè)計(jì)思路產(chǎn)生于70年代,它是促使 dbms 進(jìn)步的重要動力之一。然 而,猶如為了節(jié)省2個字節(jié)的存儲空間而釀成了如今全球?yàn)橹^痛的2000年問題一樣,它是 計(jì)算機(jī)硬件主導(dǎo)時代的產(chǎn)物。以今天國內(nèi)計(jì)算機(jī)市場價(jià)格為例,6g服務(wù)器硬盤的價(jià)格不過 2000元,而上海物價(jià)局 1996 年頒發(fā)的一個人月軟件開發(fā)的指導(dǎo)價(jià)約8000元,即一個人月 的軟件價(jià)格就可以購買20g左右的硬盤。即使有5萬行數(shù)據(jù)的庫表,每個記錄壓縮40字符的 冗余,單純計(jì)算合計(jì)也不足2m,即節(jié)省0.6元錢的磁盤空間。 今天的世界已進(jìn)入軟件主導(dǎo)的計(jì)算機(jī)時代。因此,最容易理解、應(yīng)用開發(fā)工作量最少 、維護(hù)最簡單的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)才是最好的。只要數(shù)據(jù)完整性、一致性不受威脅,有些冗余,不足為慮。換言之,最節(jié)省軟件成本 (而不是硬件成本) 的是最好的。