Объектно-реляционное отображение: Техника программирования

Введение

Техника программирования

Отображение объектов в реляционную базу данных (ORM, O/RM, и инструмент O/R mapping) в информатике — это техника программирования для преобразования данных между реляционной базой данных и областью памяти кучи языка объектно-ориентированного программирования. Это создает, по сути, виртуальную объектную базу данных, которая может использоваться в рамках языка программирования. В объектно-ориентированном программировании задачи управления данными оперируют объектами, которые объединяют скалярные значения в объекты. Например, рассмотрим запись в адресной книге, представляющую одного человека вместе с нулем или более номерами телефонов и нулем или более адресами. Это можно смоделировать в объектно-ориентированной реализации как «объект Человек» с атрибутом/полем для хранения каждого элемента данных, составляющего запись: имя человека, список телефонных номеров и список адресов. Список телефонных номеров сам по себе будет содержать «объекты ТелефонныйНомер» и так далее. Каждая такая запись в адресной книге рассматривается языком программирования как единый объект (например, на него может ссылаться одна переменная, содержащая указатель на объект). С объектом могут быть связаны различные методы, такие как методы для возврата предпочтительного номера телефона, домашнего адреса и т. д. В отличие от этого, реляционные базы данных, такие как SQL, группируют скалярные значения в кортежи, которые затем перечисляются в таблицах. Кортежи и объекты имеют некоторое общее сходство, поскольку оба являются способами объединения значений в именованные поля, так что вся коллекция может быть обработана как единое составное целое. Однако у них много различий, в частности: управление жизненным циклом (вставка и удаление строк по сравнению со сборкой мусора или подсчетом ссылок), ссылки на другие сущности (ссылки на объекты по сравнению со ссылками на внешние ключи) и наследование (отсутствующее в реляционных базах данных). Кроме того, объекты управляются в куче и находятся под полным контролем одного процесса, в то время как кортежи базы данных являются общими и должны включать механизмы блокировки, слияния и повторных попыток. Отображение объектов в реляционную базу данных обеспечивает автоматическую поддержку сопоставления кортежей с объектами и обратно, учитывая все эти различия. Суть проблемы заключается в преобразовании логического представления объектов в атомизированную форму, которую можно хранить в базе данных, сохраняя при этом свойства объектов и их взаимосвязи, чтобы их можно было перезагрузить как объекты при необходимости. Если эта функциональность хранения и извлечения реализована, объекты считаются постоянными. Недостатки инструментов ORM обычно связаны с высоким уровнем абстракции, скрывающим то, что на самом деле происходит в коде реализации. Кроме того, сильная зависимость от программного обеспечения ORM была названа одним из основных факторов, приводящих к созданию плохо спроектированных баз данных.

Object–relational mapping (ORM, O/RM, and O/R mapping tool) in computer science is a programming technique for converting data between a relational database and the heap of an object oriented programming language. This creates, in effect, a virtual object database that can be used from within the programming language. In object oriented programming, data management tasks act on objects that combine scalar values into objects. For example, consider an address book entry that represents a single person along with zero or more phone numbers and zero or more addresses. This could be modeled in an object oriented implementation by a "Person object" with an attribute/field to hold each data item that the entry comprises: the person's name, a list of phone numbers, and a list of addresses. The list of phone numbers would itself contain "PhoneNumber objects" and so on. Each such address book entry is treated as a single object by the programming language (it can be referenced by a single variable containing a pointer to the object, for instance). Various methods can be associated with the object, such as methods to return the preferred phone number, the home address, and so on. By contrast, relational databases, such as SQL, group scalars into tuples, which are then enumerated in tables. Tuples and objects have some general similarity, in that they are both ways to collect values into named fields such that the whole collection can be manipulated as a single compound entity. They have many differences, though, in particular: lifecycle management (row insertion and deletion, versus garbage collection or reference counting), references to other entities (object references, versus foreign key references), and inheritance (non existent in relational databases). As well, objects are managed on heap and are under full control of a single process, while database tuples are shared and must incorporate locking, merging, and retry. Object–relational mapping provides automated support for mapping tuples to objects and back, while accounting for all of these differences. The heart of the problem involves translating the logical representation of the objects into an atomized form that is capable of being stored in the database while preserving the properties of the objects and their relationships so that they can be reloaded as objects when needed. If this storage and retrieval functionality is implemented, the objects are said to be persistent. Disadvantages of ORM tools generally stem from the high level of abstraction obscuring what is actually happening in the implementation code. Also, heavy reliance on ORM software has been cited as a major factor in producing poorly designed databases.

Объектно-ориентированные базы данных

Другой подход заключается в использовании объектно-ориентированной системы управления базами данных (OODBMS) или баз данных, ориентированных на документы, таких как нативные XML-базы данных, которые обеспечивают большую гибкость в моделировании данных. OODBMS – это базы данных, разработанные специально для работы с объектно-ориентированными значениями. Использование OODBMS избавляет от необходимости преобразования данных в формат SQL и обратно, поскольку данные хранятся в исходном объектном представлении, а связи представляются напрямую, без использования объединений таблиц или соответствующих операций. Для баз данных, ориентированных на документы, эквивалентом ORM являются объектно-документные отображатели (ODM). Базы данных, ориентированные на документы, также избавляют пользователя от необходимости "разбивать" объекты на строки таблиц. Многие из этих систем также поддерживают язык запросов XQuery для извлечения наборов данных. Объектно-ориентированные базы данных обычно используются в сложных, специализированных приложениях. Одним из аргументов против использования OODBMS является то, что они могут быть неспособны выполнять произвольные, не зависящие от приложения запросы. По этой причине многие программисты предпочитают системы отображения объектов в SQL, даже если большинство объектно-ориентированных баз данных способны обрабатывать SQL-запросы в ограниченной степени. Другие OODBMS обеспечивают репликацию в базы данных SQL, чтобы удовлетворить потребность в произвольных запросах, сохраняя при этом известные шаблоны запросов.

Вызовы

Возникает ряд трудностей при сопоставлении объектной системы с реляционной базой данных. Эти трудности известны как несоответствие объектно-реляционных моделей. Альтернативой реализации ORM является использование встроенных процедурных языков, предоставляемых каждой основной системой управления базами данных. К ним можно обращаться из клиентского приложения, используя SQL-запросы. Шаблон проектирования "Объект доступа к данным" (DAO) используется для абстрагирования этих запросов и предоставления легковесного объектно-ориентированного интерфейса для остальной части приложения.