7.1 Visión general

En una base de datos orientada a objetos, la información se representa mediante objetos como los presentes en la programación orientada a objetos. Cuando se integra las características de una base de datos con las de un lenguaje de programación orientado a objetos, el resultado es un sistema gestor de base de datos orientada a objetos (ODBMS,object database management system).

Las bases de datos orientadas a objetos se diseñan para trabajar bien en conjunción con lenguajes de programación orientados a objetos como Java, C#, Visual Basic.NET y C++. Los ODBMS usan exactamente el mismo modelo que estos lenguajes de programación.

Un ODBMS hace que los objetos de la base de datos aparezcan como objetos de un lenguaje de programación en uno o más lenguajes de programación a los que dé soporte. Un ODBMS extiende los lenguajes con datos persistentes de forma transparente, control de concurrencia, recuperación de datos, consultas asociativas y otras capacidades.

Los ODBMS son una buena elección para aquellos sistemas que necesitan un buen rendimiento en la manipulación de tipos de dato complejos.

Los ODBMS proporcionan los costes de desarrollo más bajos y el mejor rendimiento cuando se usan objetos gracias a que almacenan objetos en disco y tienen una integración transparente con el programa escrito en un lenguaje de programación orientado a objetos, al almacenar exactamente el modelo de objeto usado a nivel aplicativo, lo que reduce los costes de desarrollo y mantenimiento.

7.2 Tipos de datos complejos.

Los modelos de bases de datos tradicionales (relacional, red y jerárquico) han sido capaces de satisfacer con éxito las necesidades, en cuanto a bases de datos, de las aplicaciones de

Gestiones tradicionales. Sin embargo, presentan algunas deficiencias cuando se trata de aplicaciones más complejas o sofisticadas como, por ejemplo, el diseño y fabricación en ingeniería (CAD/CAM, CIM), los experimentos científicos, los sistemas de información geográfica o los sistemas multimedia.

Las bases de datos orientadas a objetos se crearon para tratar de satisfacer las necesidades de estas nuevas aplicaciones.

La orientación a objetos ofrece flexibilidad para manejar algunos de estos requisitos y no está limitada por los tipos de datos y los lenguajes de consulta de los sistemas de bases de datos tradicionales. Una característica clave de las bases de datos orientadas a objetos es la potencia que proporcionan al diseñador al permitirle especificar tanto la estructura de objetos complejos, como las operaciones que se pueden aplicar sobre dichos objetos.

Tipos de datos complejos:

Colecciones: También conocidos como conjuntos, este tipo de datos clasifican los arrays y los conjuntos en que los elementos pueden aparecer varias veces.

Tipos estructurados: Los tipos estructurados permiten representación directa de los atributos compuestos en los diagramas entidad-relación.

Objetos de gran tamaño: Desde ya hace varios años que se necesita almacenar datos con atributos muy grandes (Varios Mbytes), como libros, canciones, etc. E incluso aún más grandes; como mapas de alta resolución, video, etc. que puede llegar fácilmente a los Gigabytes.

Los requerimientos y las características de estas nuevas aplicaciones difieren en gran medida de las típicas aplicaciones de gestión: la estructura de los objetos es más compleja, las transacciones son de larga duración, se necesitan nuevos tipos de datos para almacenar imágenes y textos, y hace falta definir operaciones no estándar, específicas para cada aplicación.

7.3 Tipos estructurados y herencia en SQL.

Los tipos estructurados permiten representar directamente los atributos compuestos de los diagramas E-R. Por ejemplo, se puede definir el siguiente tipo estructurado para representar el atributo compuesto nombre con los atributos componentes nombre_pila y apellidos:

create type Nombre as(nombre_pila varchar(20),apellidos varchar(20))final

De manera parecida, el tipo estructurado siguiente puede usarse para representar el atributo compuesto dirección:

create type Direccion as(calle varchar(20),ciudad varchar(20),codigo_postal varchar(9))not final

En SQL estos tipos se denominan tipos definidos por el usuario. Las especificaciones final indica que no se puede crear subtipos de nombre, mientras que la especificación not final de dirección indica que se pueden crear subtipos de dirección. Ahora se pueden usar estos tipos para crear atributos compuestos en las relaciones, con sólo declarar que un atributo es de uno de estos tipos. Por ejemplo, se puede crear una tabla cliente de la siguiente manera:

create table cliente (nombre Nombre,direccion Direccion,fecha_nacimiento date)

O bien, realizando una estructura más del tipo Cliente y generar la tabla a partir de ella:

create type TipoCliente as(nombre Nombre,direccion Direccion,fecha_nacimiento date)not final

create table cliente of TipoCliente

Se puede tener acceso a los componentes de los atributos compuestos usando la notación “punto”; por ejemplo, nombre.nombre_pila devuelve el componente nombre de pila del atributo nombre. El acceso al atributo nombre devolvería un valor del tipo

estructurado Nombre.La siguiente consulta ilustra la manera de tener acceso a los atributos componentes de los atributos compuestos. La consulta busca el apellido y la ciudad de cada cliente.

select nombre.apellido, direccion.ciudadfrom cliente

Herencia.

La herencia puede hallarse en el nivel de los tipos o en el nivel de las tablas. En primer lugar se considerará la herencia de los tipos y después en el nivel de las tablas:

Herencia de tipos: Los tipos derivados heredan los atributos de superclase; los métodos también se heredan por sus subtipos, al igual que los atributos. Sin embargo, un subtipo puede redefinir el efecto de un método declarándolo de nuevo, y esto será lo que se conoce como sobre escritura (overriding) del método.

Supóngase que se tiene la siguiente definición de tipo para las personas:

create type Persona

(nombre varchar(20),

direccion varchar(20))

Puede que se desee almacenar en la base de datos información adicional sobre las personas que son estudiantes y sobre las que son profesores. Dado que los estudiantes y los profesores también son personas, se puede usar la herencia para definir en SQL los tipos estudiante y profesor:

create type Profesor

under Persona

(sueldo Integer,

departamento varchar(20))

create type Estudiante

under Persona

(grado varchar(20),

departamento varchar(20))

7.4 Herencia de tablas.

Cada tabla almacena la clave primaria, que se puede heredar de una tabla padre; y los atributos definidos localmente. Los atributos heredados, aparte de la clave primaria, no será necesario guardarlos, podrán obtenerse mediante una reunión con la super tabla basada en la clave primaria. Por lo que cada tabla almacena todos los atributos heredados y definidos localmente. Cuando se inserta una tupla, se almacena sólo en la subtabla en la que se inserta y su presencia se infiere en cada supertabla. El acceso a todos los atributos de una tupla es más rápido, dado que no se requiere una reunión:

Las subtablas de SQL se corresponden con el concepto de especialización/generalización de E-R Por ejemplo, supóngase que se define la tabla personas de la siguiente manera:

create table personas of Persona

A continuación se puede definir las tablas estudiantes y profesores como subtablas de personas, de la manera siguiente:

create table estudiantes of Estudianteunder personascreate table profesores of Profesorunder personas

Los tipos de las subtablas deben ser subtipos del tipo de la tabla madre. Por tanto, todos los atributos presentes en personas también están presentes en las subtablas.

Además, cuando se declaran estudiantes y profesores como subtablas de personas, todas las tuplas presentes en estudiantes y profesores pasan a estar también presentes de manera implícita en personas. Por tanto, si una consulta usa la tabla personas, no sólo encuentra tuplas directamente insertadas en esa tabla, sino también tuplas insertadas en sus subtablas, es decir, estudiantes y profesores. No obstante, esa consulta sólo puede tener acceso a los atributos que están presentes en personas.

SQL permite hallar tuplas que se encuentran en personas pero no en sus subtablas usando en las consultas “only personas” en lugar de personas. La palabra clave only también puede usarse en las sentencias delete y update.

Sin la palabra clave only, la instrucción delete aplicada a una supertabla, como personas, también borra las tuplas que se insertaron originalmente en las subtablas (como estudiantes); por ejemplo, la instrucción

delete from personas where P

Borrará todas las tuplas de la tabla personas, así como de sus subtablas estudiantes y profesores, que satisfagan P. Si se añade la palabra clave only a la instrucción anterior, las tuplas que se insertaron en las subtablas no se ven afectadas, aunque satisfagan las condiciones de la cláusula where.

7.5 Tipos de arreglo multiconjunto en SQL.

SQL soporta dos tipos de conjuntos: arrays y multiconjuntos; los tipos array se añadieron en SQL: 1999, mientras que los tipos multiconjuntos se agregaron en SQL: 2003. Un multiconjunto es un conjunto no ordenado, en el que cada elemento puede aparecer varias veces.

Supóngase que se desea registrar información sobre libros, incluido un conjunto de palabras clave para cada libro. Supóngase también que se deseara almacenar almacenar el nombre de los autores de un libro en forma de array; a diferencia de los elementos de los multiconjuntos, los elementos de los arrays están ordenados, de modo que se puede distinguir el primer autor del segundo autor, etc. El ejemplo siguiente ilustra la manera en que se puede definir en SQL estos atributos como arrays y como multiconjuntos.

Creación y acceso a los valores de los conjuntosEn SQL: 1999 se puede crear un array de valores de esta manera:

array[‘Silberschartz’, ‘Korth’, ‘Sudarshan’]

De manera parecida, se puede crear un multiconjunto de palabras clave de la manera siguiente:

multiset[‘Silberschartz’, ‘Korth’, ‘Sudarshan’]

Por lo tanto, se puede crear una tupla definido por la relación libros como:

create type Editor as(nombre varchar(20),sucursal varchar(20))

create type Libro as(titulo varchar(20),array_autores varchar(20) array[10],fecha_publicacion date,editor Editor,conjunto_palabras_clave varchar(20) multiset)

create table libros of Libro

insert into librosvalues(‘Compiladores’, array[‘Gómez’, ‘Santos’’],new Editor(‘McGraw-Hill’, ‘Nueva York’),multiset[‘análisis sintáctico’, ‘análisis’])

Se puede tener acceso a los elementos del array o actualizarlos especificando el índice del array, por ejemplo, array_autores.

Consulta de los atributos valorados como conjuntosAhora se considerará la forma de manejar los atributos que se valoran como conjuntos. Las expresiones que se valoran como conjuntos pueden aparecer en cualquier parte en la que pueda aparecer el nombre de una relación, como las cláusulas from. Si se desea averiguar todos los libros que contengan las palabras “base de datos” entre sus palabras clave, se puede usar la consulta siguiente:

select titulofrom libroswhere ‘base de datos’ in(unnest(conjunto_palabras_clave))

7.6 Identidad de los objetos y tipos de referencia en SQL.

Los lenguajes orientados a objetos ofrecen la posibilidad de hacer referencia a objetos. Los atributos de un tipo dado pueden servir de referencia para los objetos de un tipo concreto. Por ejemplo, en SQL se puede definir el tipo Departamento con el campo nombre y el campo director, que es una referencia al tipo Persona, y la tabla departamentos del tipo Departamento, de la manera siguiente:

create type Departamento(

nombre varchar(20),

director ref(Persona) scope personas)

create table departamentos of Departamento

En este caso, la referencia está restringida a las tuplas de la tabla personas. La restricción del ámbito de referencia a las tuplas de una tabla es obligatoria en SQL, y hace que las referencias se comporten como las claves externas.

La tabla a la que hace referencia debe tener un atributo que guarde el identificador para cada tupla. Ese atributo, denominado atributo autorreferenciable (self-referential attribute), se declara añadiendo una cláusula ref is a la instrucción create table:

create table personas of Persona

ref is id_persona system generated

En este caso, id_persona es el nombre del atributo, no una palabra clave, y la instrucción system generated especifica que la base de datos genera de manera automática el identificador.

Para inicializar el atributo de referencia hay que obtener el identificador de la tupla a la que se va a hacer referencia. Se puede conseguir el valor del identificador de la tupla mediante una consulta. Por tanto, para crear una tupla con el valor de referencia, primero se puede crear la tupla con una referencia nula y luego definir la referencia de manera independiente:

insert into departamentos

values (‘CS’, null)

update departamentos set director = (select p.id_persona

from persona as p

where nombre = ‘Martín’)

where nombre = ‘CS’

Una alternativa a los identificadores generados por el sistema es permitir que los usuarios generen los identificadores. El tipo del atributo autoreferencial debe especificarse como parte de la definición de tipos de la tabla a la que se hace referencia, y la definición de la tabla debe especificar que la referencia está generada por el usuario (user generated):

create type Persona

(nombre varchar(20),

direccion varchar(20))

ref using varchar(20)

create table personas of Persona

ref is id_persona user generated

Al insertar tuplas en personas hay que proporcionar el valor del identificador:

insert into personas (id_persona, nombre, direccion) values

(‘01284567’, ‘Martín’, ‘Av del Segura, 23’)

7.7 Implementación de las características OR.

Los sistemas de bases de datos relacionales orientadas a objetos son básicamente extensiones de los sistemas de bases de datos relacionales ya existentes. Las modificaciones resultan claramente necesarias en muchos niveles del sistema de base de datos.

Las interfaces de programas de aplicación como ODBC y JDBC se han extendido para recuperar y almacenar tipos estructurados; por ejemplo, JDBC ofrece el método getObject() que devuelve un objeto Java Struct, a partir del cual se pueden extraer los componentes del tipo estructurado. También es posible asociar clases de Java con tipos estructurados de SQL, y JDCB puede realizar conversiones entre los tipos.

Lenguajes de programación persistentes

Los lenguajes de las bases de datos se diferencían de los lenguajes de programación tradicionales en que trabajan directamente con datos que son persistentes; es decir, los datos siguen existiendo una vez que el programa que los creó haya concluido. Las relaciones de las bases de datos y las tuplas de las relaciones son ejemplos de datos persistentes.

El acceso a las bases de datos es sólo un componente de las aplicaciones del mundo real. Mientras que los lenguajes para el tratamiento de datos como SQL son bastante efectivos en el acceso a los datos, se necesita un lenguaje de programación para implementar otros componentes de las aplicaciones como las interfaces de usuario o la comunicación con otras computadoras. La manera tradicional de realizar las interfaces de las bases de datos con los lenguajes de programación es incorporar SQL dentro del lenguaje de programación.

1.- En los lenguajes incorporados el sistema de tipos del lenguaje anfitrión suele ser diferente del sistema de tipos del lenguaje para el tratamiento de los datos. Los programadores son responsables de las conversiones de tipo entre el lenguaje anfitrión y SQL. Hacer que los programadores lleven a cabo esta tarea presenta varios inconvenientes:

El código para la conversión entre objetos y tuplas opera fuera del sistema de tipos orientado a objetos y, por lo tanto, tiene más posibilidades de presentar errores no detectados.

La conversión en la base de datos entre el formato orientado a objetos y el formato relacional de las tuplas necesita gran cantidad de código. El código para la conversión de formatos, junto con el código para cargar y descargar datos de la base de datos, puede suponer un porcentaje significativo del código total necesario para la aplicación.

Por el contrario, en los lenguajes de programación persistentes, el lenguaje de consultas se halla totalmente integrado con el lenguaje anfitrión y ambos comparten el mismo sistema de tipos. Los objetos se pueden crear y guardar en la base de datos sin ninguna modificación explícita del tipo o del formato; los cambios de formato necesarios se realizan de manera transparente.

2.- Los programadores que usan lenguajes de consultas incorporados son responsables de la escritura de código explícito para la búsqueda en la memoria de los datos de la base de datos. Si se realizan actualizaciones, los programadores deben escribir explícitamente código para volver a guardar los datos actualizados en la base de datos.

Por el contrario, en los lenguajes de programación persistentes, los programadores pueden trabajar con datos persistentes sin tener que escribir explícitamente código para buscarlos en la memoria o volver a guardarlos en el disco.

Sin embargo, los lenguajes de programación persistentes presentan ciertos inconvenientes que hay que tener presentes al decidir su conviene usarlos. Dado que los lenguajes de programación suelen ser potentes, resulta relativamente sencillo cometer errores de programación que dañen las bases de datos. La complejidad de los lenguajes hace que la optimización automática de alto nivel, como la reducción de E/S de disco, resulte más difícil. En muchas aplicaciones el soporte de las consultas declarativas resulta de gran importancia, pero los lenguajes de programación persistentes no soportan bien actualmente las consultas declarativas (SQL es un ejemplo).

Los lenguajes de programación persistentes son lenguajes de programación extendidos con estructuras para el tratamiento de los datos persistentes. Los lenguajes de programación persistentes pueden distinguirse de los lenguajes con SQL incorporado, al menos, de dos maneras: