Отображение селективных типов

Поскольку селективные типы данных в языке EXPRESS по существу являются альтернативным представлением других базовых типов, паттерны их отображения тесно связаны с соответствующими паттернами отображения тех базовых типов, на которых они основаны. Важно отметить, что селективные типы могут быть основаны на простых типах данных, ассоциативных типах, агрегатах различного вида и на ранее предопределенных селективных типах иной организации. Дискриминатор установки селективного элемента данных в одно из альтернативных состояний в реляционной схеме представим столбцом в таблице хранения значений атрибутов объектов. Тип столбца дискриминатора соответствует рассмотренным способам отображения данных перечислимого типа ENUMERATION (см. раздел 6.4.1). А способ представления самого состояния элемента определяется одним из паттернов отображения атрибутов базовых типов. Поскольку в качестве базовых могут выступать пользовательские типы данных, эквивалентные с точки зрения способов представления в реляционной схеме, то для исключения избыточности и минимизации затрат памяти целесообразно выделить подмножество неэквивалентных базовых типов и предусмотреть способы их адекватного реляционного представления. При этом дискриминатор селективного элемента позволит однозначно идентифицировать, в каком именно состоянии хранимые данные находятся.

Удобно различать два встречаемых на практике случая определения селективного типа. Первый случай соответствует селективным типам, базируемым только на простых и ассоциативных типах данных, учитывая возможный вложенный характер составных типов. Второй общий случай охватывает все возможные варианты определения селективного типа на основе произвольной комбинации базовых, в том числе и с участием агрегатов.

Паттерн Select–Columns

Данный паттерн применим к отображению атрибутов селективных типов, относящихся к первому случаю. В реляционной схеме селективный элемент такого вида представляется набором столбцов в таблице объектов класса. Один из столбцов резервируется для хранения дискриминатора селективных элементов. А остальные используются для хранения всех возможных альтернативных неэквивалентных состояний самих селективных данных. В случаях, когда селективный тип является составным вложенным, в таблице резервируется необходимое число столбцов под дискриминаторы для каждого вложенного селективного типа, участвующего в определении составного типа, и под каждое неэквивалентное состояние, в котором селективные данные могут находиться.

Достоинством данного паттерна является возможность эффективной реализации базовых операций над объектами с участием атрибутов селективного типа путем непосредственной адресации к таблице объектов. Он может использоваться в сочетании со всеми рассмотренными выше паттернами отображения классов в рамках схемо-зависимой стратегии.

Паттерн ClassSelect

В тех случаях, когда в определении атрибута селективного типа участвуют агрегатные конструкции, применение рассмотренного выше паттерна является проблематичным и возникает необходимость представления значений атрибута класса отдельной таблицей <Class>_<Attribute>_Select. Организация данной таблицы повторяет структуру столбцов в предыдущем паттерне отображения за исключением того, что резервируются дополнительные столбцы для хранения индексов элементов агрегатов, участвующих в определении селективного типа. Число столбцов, необходимое для этого, определяется максимальной глубиной вложенности используемых конструкций упорядоченных агрегатов. Для связи с объектами используется ссылка из таблицы <Class>_<Attribute>_Select на соответствующую таблицу объектов классов в виде внешнего ключа записей в ней.

По сравнению с предыдущим паттерном для реализации базовых операций над объектами возникает необходимость доступа к нескольким таблицам, однако при этом он охватывает наиболее общий случай определения атрибутов произвольного селективного типа. Отметим, что вспомогательные операции со значениями селективных атрибутов выполняются достаточно эффективно, поскольку в таблице хранятся только значения, соответствующие одному атрибуту (или нескольким однотипным атрибутам) одного класса. Однако число реляционных таблиц при отображении масштабных прикладных моделей может быть значительным с учетом повторяемости используемых селективных типов в определениях классов.

Паттерн HierarchySelect

Настоящий паттерн устраняет отмеченный выше недостаток за счет использования одной таблицы для каждого селективного типа, встречаемого в определении самостоятельной иерархии наследования классов. Однако контекст его использования ограничивается единственным паттерном отображения классов OneInheritanceHierarchy–OneTable. Организация таблицы для каждого селективного типа повторяет предыдущий случай. Для связи с объектами используется внешний ключ записей объектов в таблице <Hierarchy>_Instances. Данный паттерн позволяет существенно сократить число таблиц, необходимых для реляционного представления масштабных прикладных моделей, за счет хранения однотипных селективных данных в единых таблицах. Их размер естественно возрастает, что приводит к замедлению операций работы с хранимыми селективными данными, однако общее число таблиц, критичное для большинства современных реализаций реляционных СУБД, снижается.

Паттерн GenericSelect

Данный паттерн предоставляет типовое обобщенное решение для реляционного представления произвольных атрибутов селективного типа. Он применяется в сочетании с паттерном отображения классов AllClasses–OneTable в рамках схемо-независимой стратегии.

Таблица Selections хранит записи дескрипторов селективных данных, включая их дискриминаторы и ссылки на объекты в таблице Instances, атрибутами которых они являются. Сами данные хранятся в таблицах представления простых типов Integer_Elements, Real_Elements, String_Elements, Binary_Elements, Logical_Elements, Enum_Elements и в таблице ассоциаций Associations.

Возможны случаи, когда сами селективные данные являются элементом другой родительской селективной или агрегатной конструкции. Для этого в таблице дескрипторов Selections предусмотрены ссылки на соответствующие родительские селективные и агрегатные элементы данных в виде столбцов внешних ключей записей в таблицах Selections и Aggregates. Такая организация таблиц позволяет представить вложенные конструкции, составленные из данных произвольных типов. Для получения метаинформации о селективном элементе в таблице Selections также хранятся ссылки на соответствующие записи в таблице метаданных Attributes.

Отображение агрегатов

Паттерны отображения атрибутов агрегатных типов в реляционную схему во многом аналогичны паттернам представления селективных типов. Основные отличия затрагивают необходимость представления размерности агрегата вместо дискриминаторов в случае селективных элементов, а также организации специальных таблиц для хранения значений агрегируемых элементов, а также и их индексов в случае упорядоченных множеств и мультимножеств. Число столбцов, необходимое для представления размерности агрегата, определяется глубиной вложенности агрегатных конструкций. Число столбцов, необходимое для представления индексов агрегируемых элементов, определяется глубиной вложенности упорядоченных агрегатов. Организация столбцов для представления значений самих элементов определяется их типом. Для простых типов данная организация тривиальна. Для элементов селективного типа организация столбцов следует описаниям рассмотренных выше паттернов.

В отношении способов представления вложенных типов данных, в том числе основанных на предопределенных конструкциях, паттерны отображения селективных и агрегатных типов довольно близки. Паттерны ClassAggregate и HierarchyAggregate предназначены для использования с паттернами отображения классов OneClass–OneTable, OneInheritancePath–OneTable и OneInheritanceHierarchy–OneTable в рамках схемо-зависимой стратегии. Паттерн GenericAggregate применяется вместе с паттерном AllClasses–OneTable, соответствуя СН стратегии отображения.

Паттерн ClassAggregate

Данный паттерн предполагает организацию специальных столбцов для хранения размерностей агрегата непосредственно в таблице объектов класса, а также создание отдельной таблицы <Class>_<Attribute>_Aggregate для хранения значений и индексов элементов агрегата. Такая таблица создается для каждого агрегатного атрибута каждого класса. Для связи с объектами используется ссылка из <Class>_<Attribute>_Aggregate на соответствующую таблицу объектов классов в виде внешнего ключа записей в ней.

Паттерн охватывает наиболее общий случай определения атрибутов произвольного агрегатного типа. При этом число реляционных таблиц при отображении масштабных прикладных моделей обычно велико с учетом повторяемости эквивалентных агрегатных типов в определениях классов.

Паттерн HierarchyAggregate

Настоящий паттерн уменьшает число таблиц, необходимых для представления агрегатных данных за счет использования одной таблицы для каждого агрегатного типа, встречаемого в определении самостоятельной иерархии наследования классов. Размер таких таблиц при этом увеличивается, что приводит к замедлению операций работы с хранимыми агрегатными данными, однако общее число таблиц, критичное для большинства современных реализаций реляционных СУБД, снижается. Контекст использования паттерна ограничивается соответствующей схемой отображения классов OneInheritanceHierarchy–OneTable. Для связи с объектами используется внешний ключ записей объектов в таблице <Hierarchy>_Instances.

 

Паттерн GenericAggregate

Данный паттерн предоставляет типовое решение для обобщенного реляционного представления произвольных атрибутов агрегатного типа. Он применяется в сочетании с паттерном отображения классов AllClasses–OneTable в рамках схемо-независимой стратегии.

Таблица Aggregates хранит записи дескрипторов агрегатных данных, включая их размерности и ссылки на объекты в таблице Instances, атрибутами которых они являются. Таблица является родительской для элементов агрегата, хранящихся в других таблицах Integer_Elements, Real_Elements, String_Elements, Binary_Elements, Logical_Elements, Enum_Elements и Associations. В свою очередь, каждая запись в таблице Aggregates может иметь ссылку на запись в этой же таблице, если агрегат является элементом, вложенным в другой родительский агрегат, а также хранить соответствующий индекс в нем. Если агрегат является одним из значений селективного типа, то он ссылается на соответствующую родительскую конструкцию, представляемую записью в таблице Selections. В остальных случаях записи таблицы Aggregates ссылаются на соответствующие записи в таблице Attributes для получения метаинформации об агрегатном атрибуте.

Отображение метаданных

 

Для представления метаданных в рамках схемо-независимой и смешанной стратегий объектно-реляционного отображения необходимо предусмотреть специальную систему таблиц, которая в свою очередь может рассматриваться как результат отображения объектно-ориентированной метамодели языка EXPRESS на реляционную модель. Поскольку полная метамодель языка EXPRESS довольно сложна, а объектно-реляционное отображение допускает множество реализаций, в том числе на основе вышеописанных паттернов, ограничимся рассмотрением следующего возможного варианта организации таблиц. Система таблиц, позволяет представить необходимую метаинформацию об EXPRESS схеме, ее составе в виде определяемых простых и объектных типов данных и организации атрибутов в классах объектов. Допустимы расширения реляционной схемы, обеспечивающие представление различного рода ограничений, допускаемых языком EXPRESS.

Таблица Schemas предназначена для представления информационных схем языка EXPRESS, зарегистрированных в реляционной базе данных. Она хранит первичные ключи записей и уникальные имена схем. Defined_Types — это таблица простых типов данных, определяемых пользователем, которая хранит первичный ключ типа, его имя, а также ссылку на базовый тип в виде внешнего ключа записи в этой же таблице. Одиннадцать предопределенных типов, соответствующих семи элементарным типам языка EXPRESS, обобщенным ассоциативному и перечисляемому типам, а также селективному и агрегатному супертипам, заносятся заранее при инициализации таблицы. Предопределенные типы являются листьями в дереве иерархии сложных типов, рекурсивно определяемых пользователем и заносимых в данную таблицу в виде отдельных записей. Defined_Types_To_Schemas — это таблица соответствия определяемых типов данных конкретным схемам. Связь между пользовательским типом и информационной схемой устанавливается через отдельную таблицу, а не через внешний ключ в таблице Defined_Types, поскольку один и тот же тип может включаться в разные схемы, если в спецификации на языке EXPRESS для него определены директивы импорта. Таблица хранит внешние ключи определяемых пользователем типов и соответствующих им информационных схем. Пара внешних ключей «тип–схема» формирует составной первичный ключ записи в таблице Defined_Types_To_Schemas, чем контролируется уникальность включения типа в одну и ту же схему.

Для детального описания перечислимых, селективных и агрегатных типов дополнительно используются таблицы Enumeration_Constants, Select_Types и Aggregate_Types. Таблица Enumerations_Constants содержит списки возможных значений для каждого перечислимого пользовательского типа. Ее столбцы хранят символьные значения перечислимого типа и внешний ключ соответствующей записи типа в таблице Defined_Types. Аналогичным образом, таблица Select_Types представляет списки базовых типов, входящих в определение каждого конкретного селективного типа, в виде внешних ключей записей типов в таблице Defined_Types. В столбцах таблицы агрегатных типов Aggregate_Types содержится информация о типе агрегата (ARRAY, LIST, SET или BAG), базовом типе его элементов в виде внешнего ключа соответствующей записи в таблице Defined_Types, разрешенных значениях нижней и верхней границ агрегата, признаках допустимости наличия уникальных и неопределенных элементов.

Таблица классов Entities предназначена для представления объектных типов информационной схемы, зарегистрированной в базе данных. Ее столбцы хранят первичные ключи записей и уникальные имена сущностей. Аналогично определяемым типам, привязка классов к схеме осуществляется через отдельную таблицу соответствия Entities_To_Schemas. Для реконструкции отношений наследования между классами используется таблица Inheritance_Relations, в которой данные отношения представлены парами внешних ключей записей классов родителей и потомков в таблице Entities. Поскольку язык EXPRESS допускает множественное наследование с признаками AND или ANDOR, важно иметь альтернативное представление иерархии наследования в виде множеств всех родительских классов, данные которых включаются в конструируемые объекты сложных классов. Для этой цели используется таблица Complex_Entities. Для единообразия обработки объектов простые классы также представляются записями этой таблицы. Таблица Complex_Entities_To_Entities хранит все соответствия сложных классов родительским классам в виде пары внешних ключей записей в таблицах Complex_Entities и Entities.

Наконец, таблица атрибутов Attributes содержит столбцы для представления имени атрибута, класса, в котором данный атрибут определяется (или переопределяется), в виде соответствующего внешнего ключа записи в таблице Entities, типа атрибута в виде внешнего ключа записи в таблице Defined_Types, признака обязательности значений и контекста использования (EXPLICIT, DERIVED или INVERSE).

В заключение отметим, что приведенная схема достаточно удобна для реализации промежуточного объектно-реляционного слоя в рамках схемо-независимой и смешанной стратегий непосредственно средствами реляционной СУБД. Вместе с тем, возможен ряд ее модификаций, связанных с иными способами реляционного представления метамодели EXPRESS путем использования альтернативных паттернов отображения прикладных объектно-ориентированных моделей, рассмотренных выше.