UML類圖-關(guān)系數(shù)據(jù)庫之間的映射

UML類圖與關(guān)系數(shù)據(jù)庫之間的映射策略摘要：UML是目前面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中的一種標(biāo)準(zhǔn)的建模技術(shù)。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，我們可先利用UML建立商業(yè)模型，然后將其映射成表。本文主要討論如何將UML類圖中的類映射成表的策略。關(guān)鍵詞：UML類表關(guān)系建模映射

概論在關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)中，用來創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫邏輯模型的標(biāo)準(zhǔn)方法是使用實(shí)體關(guān)系模型（ER模型）。ER模型的中心思想是：可以僅通過實(shí)體和它們之間的關(guān)系合理地體現(xiàn)一個(gè)組織的數(shù)據(jù)模型。但這樣做似乎對描述一個(gè)組織的信息過于簡單化，并且詞匯量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。所以，迫切需要使用更加靈活、健壯的模型來代替ER模型。標(biāo)準(zhǔn)建模語言UML是由世界著名的面向?qū)ο蠹夹g(shù)專家發(fā)起的，在綜合了著名的Booch方法、OMT方法和OOSE方法的基礎(chǔ)上而形成的一種建模技術(shù)，它通過用例圖、類圖、交互圖、活動(dòng)圖等模型來描述復(fù)雜系統(tǒng)的全貌及其相關(guān)部件之間的聯(lián)系。UML可以完成ER模型的所有建模工作，而且可以描述ER模型所不能表示的關(guān)系。在UML中，類圖主要用于描述系統(tǒng)中各種類及其對象之間的靜態(tài)結(jié)構(gòu)。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域中，類與表相對應(yīng)。本文主要討論將UML類圖中的類及其對象映射成關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中的表的策略。二．UML類圖中的類映射成表的策略UML中的類圖主要由類及其關(guān)系組成，而類之間的關(guān)系又可以細(xì)分為：（1）泛化：在UML類圖中，如果子類型的接口包括超類型的接口中的每個(gè)元素。則超類與子類之間構(gòu)成泛化關(guān)系。泛化通常可以用繼承或授權(quán)的方式實(shí)現(xiàn)。（2）關(guān)聯(lián)：在UML類圖中，關(guān)聯(lián)表示類的實(shí)例之間存在的某種關(guān)系。它通?？梢杂?對1、1對多和多對多等情形。（3）聚集：在UML類圖中，聚集描述了部分與整體之間的關(guān)系。（4）組成：在UML類圖中，組成由聚集演變而成，它表示一個(gè)部分對象僅屬于一個(gè)整體，并且部分對象通常與整體對象共存亡。下面結(jié)合例子，分別討論在將類映射成表的過程中這些關(guān)系的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。假設(shè)，有一個(gè)電腦公司專門從事軟件開發(fā)，其項(xiàng)目主要由項(xiàng)目開發(fā)部門承擔(dān)，它們之間構(gòu)成多對多的關(guān)聯(lián)（即一個(gè)項(xiàng)目可由多個(gè)部門承擔(dān)，而一個(gè)部門又可以承擔(dān)多個(gè)項(xiàng)目的開發(fā)工作）；項(xiàng)目開發(fā)部門由經(jīng)理及一般職員組成，項(xiàng)目開發(fā)部門和組成人員之間構(gòu)成聚集關(guān)系，而人（抽象類）又可以進(jìn)一步和一般職員及經(jīng)理兩個(gè)子類之間構(gòu)成繼承關(guān)系；每個(gè)項(xiàng)目具有一定的屬性，它們之間構(gòu)成組成關(guān)系。綜上所述，其主要關(guān)系的UML類圖如圖1所示。項(xiàng)目開發(fā)部門部門名稱項(xiàng)目開發(fā)部門部門名稱項(xiàng)目項(xiàng)目開始時(shí)間結(jié)束時(shí)間**經(jīng)理職位補(bǔ)貼

經(jīng)理職位補(bǔ)貼

人<Abstract>>姓名人<Abstract>>姓名

項(xiàng)目屬性規(guī)模屬性

職員工作類別職員工作類別

圖11．將類圖中的屬性類型映射成表的域域的使用提高了設(shè)計(jì)的一致性，且優(yōu)化了應(yīng)用的移植性。簡單的域是非常容易實(shí)現(xiàn)的，在映射時(shí)僅需替換相對應(yīng)的數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)尺寸。但要注意：有時(shí)可能要求在域的約束中加入SQL的Check串（如限定域的取值范圍等）。2．將類的屬性映射成表的字段一般地，可將類的屬性直接映射成表的一個(gè)字段，但要注意以下兩種特殊情況：（1）并不是類中的所有屬性均是永久的。例如，發(fā)票中的“合計(jì)”屬性可由計(jì)算所得而不需保存在數(shù)據(jù)庫中，此時(shí)，該類屬性（稱為派生屬性）映射成個(gè)0個(gè)字段。（2）一般地，類中的屬性是單值的，但如果在類中存在多值屬性，則該屬性映射成多個(gè)字段。3．將類直接或間接地映射成表。將UML類圖中的類映射成表時(shí)，可針對類間的不同關(guān)系，采用下面介紹的各種策略。首先，在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，一個(gè)關(guān)鍵問題是表主鍵的唯一性策略的選取。適當(dāng)?shù)姆桨改軆?yōu)化繼承、組成等類之間的關(guān)系的實(shí)現(xiàn)。為此，可以在處理數(shù)據(jù)庫關(guān)系時(shí)嵌入對象標(biāo)識符（OID）的概念，即采用對象標(biāo)識符OID（對象唯一的標(biāo)識符）作為相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中所有表的主鍵，從而簡化了關(guān)系數(shù)據(jù)庫的主鍵方案，使數(shù)據(jù)庫發(fā)生更新時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)完整性問題，并且還可以避免在數(shù)據(jù)庫操作時(shí)的諸多限制。但要注意的是，OID不應(yīng)包含有商業(yè)內(nèi)涵（這一點(diǎn)可能和傳統(tǒng)的關(guān)系理論相悖），因?yàn)槿魏尉哂猩虡I(yè)意義的字段不在控制范圍之內(nèi)，從而設(shè)計(jì)者面臨值和規(guī)劃改變的危險(xiǎn)。（1）繼承的實(shí)現(xiàn)策略一：將整個(gè)類層次映射為單個(gè)數(shù)據(jù)庫表。類層次中的所有類映射為單個(gè)的數(shù)據(jù)庫表，表中保存所有類（基類、子類）的屬性。例如，圖1中人、職員及經(jīng)理之間的關(guān)系的實(shí)現(xiàn)如圖2所示。人（主鍵）人人（主鍵）人OID對象類型姓名工作類別職位補(bǔ)貼

圖2該策略實(shí)現(xiàn)簡單，支持多態(tài)，報(bào)表操作實(shí)現(xiàn)簡單。但增加了類層次中的耦合，類層次中任何類的屬性的增加會(huì)導(dǎo)致表的變更；某個(gè)子類屬性的修改錯(cuò)誤會(huì)影響到整個(gè)層次結(jié)構(gòu)，而不僅僅是該子類。并且該策略還浪費(fèi)了大量的數(shù)據(jù)庫空間。策略二：每個(gè)具體子類映射成單個(gè)數(shù)據(jù)庫表。數(shù)據(jù)庫表包括自身的屬性和繼承的屬性，每個(gè)具體的子類包含各自的OID。抽象基類不參與映射，它的所有屬性都復(fù)制到子類對應(yīng)的表中。例如，圖1中的人、職員及經(jīng)理之間的關(guān)系可映射成兩個(gè)表，其中“職員”表包含“職員OID”（主鍵）、“姓名”和“工作類別”字段；“經(jīng)理”表包含“經(jīng)理OID（主鍵）”、“姓名”和“職位補(bǔ)貼”字段。該策略由于在表中包含了具體子類的所有信息，所以報(bào)表操作實(shí)現(xiàn)簡單。但類的修改會(huì)導(dǎo)致相對應(yīng)的表及其子類所對應(yīng)表的更改；角色的更改會(huì)造成ID的重新賦值（因?yàn)椴煌宇惖腎D可能重復(fù)）。并且該策略還難以在支持多重角色時(shí)，保持?jǐn)?shù)據(jù)的完整性。策略三：每個(gè)類均映射為數(shù)據(jù)庫表。為每一個(gè)類創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫表，表中包含特定于該類的屬性和OID。例如，圖1中的人、職員及經(jīng)理之間的關(guān)系可映射成三個(gè)表，其中“人”表包含“人OID”（主鍵）和“姓名”字段；“職員”表包含“人OID”（主鍵及外鍵）和“工作類別”字段；“經(jīng)理”表包含“人OID”（主鍵及外鍵）和“職位補(bǔ)貼”字段。值得注意的是：“人OID”作為所有表的主鍵。該策略與面向?qū)ο蟮母拍钕嘁恢?，對多態(tài)的支持最好，并且對于對象可能充當(dāng)?shù)慕巧珒H需要在相應(yīng)的表中保存記錄，易于修改基類和增加新的類。但由于數(shù)據(jù)庫中存在大量的表，所以訪問數(shù)據(jù)的時(shí)間較長，對報(bào)表的支持較差（除非定義視圖）。（2）關(guān)聯(lián)的實(shí)現(xiàn)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，可通過外鍵實(shí)現(xiàn)類的關(guān)聯(lián)。外鍵允許表中的某一行與其它表中的行相關(guān)聯(lián)。為了下面論述方便，現(xiàn)假定M表示強(qiáng)制（Mandatory），O表示可選（Optional）。情況一：1對1的關(guān)聯(lián)如果關(guān)聯(lián)是O－M，則可將外鍵放置在可選的一端，該外鍵不能為空值；其它1對1的情況外鍵可放置在任意一邊，具體情況依賴于性能等因素。但要注意的是：對于1對1的情況，不要在兩個(gè)表中均放置對方的主鍵。這樣，增加了冗余，并且不會(huì)提高性能。對于關(guān)聯(lián)的強(qiáng)制性，一般在商業(yè)規(guī)則的對應(yīng)層實(shí)現(xiàn)，而不在物理層中實(shí)現(xiàn)。情況二：1對多的關(guān)聯(lián)將外鍵放置在“多”的一方。如果“1”方是可選的，則外鍵可有空值，以表明“多”方的記錄可以獨(dú)立于“1”方存在；如果情況三：多對多的關(guān)聯(lián)實(shí)現(xiàn)多對多關(guān)系，通常需要建立一個(gè)關(guān)聯(lián)表，并把它與關(guān)系兩端的表建立聯(lián)系。在傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)中，關(guān)聯(lián)表的屬性包含關(guān)系中兩個(gè)表的主鍵，并且關(guān)聯(lián)表的主鍵往往是它們的組合。該實(shí)現(xiàn)方法意味兩個(gè)表的聯(lián)系是靜態(tài)的，不能跟蹤一方退出某個(gè)項(xiàng)目然后又在某個(gè)時(shí)候加入的情況。另一種實(shí)現(xiàn)方法是將關(guān)聯(lián)表視為普通表，使用自身的主鍵OID，然后加入實(shí)現(xiàn)關(guān)系所必需的外鍵。例如，“項(xiàng)目”與“項(xiàng)目開發(fā)部門”之間的多對多關(guān)聯(lián)可用圖3的方式實(shí)現(xiàn)。

項(xiàng)目開發(fā)部門（主鍵）部門OID部門名稱項(xiàng)目開發(fā)部門（主鍵）部門OID部門名稱關(guān)聯(lián)表（主鍵）OID（外鍵）項(xiàng)目OID（外鍵）部門OID項(xiàng)目（主鍵）項(xiàng)目OID開始時(shí)間結(jié)束時(shí)間

圖3

使用該方法，可保證在物理層中，所有的表具有相同的形式，從而簡化了實(shí)現(xiàn)，提高了運(yùn)行時(shí)效率。但要注意的是：一些數(shù)據(jù)庫在連接具有復(fù)合外鍵的表時(shí)，性能較差；并且，存在著向關(guān)聯(lián)表中增添字段的可能。（3）聚集的實(shí)現(xiàn)例如，在圖1中項(xiàng)目開發(fā)部門及人之間的聚集關(guān)系的實(shí)現(xiàn)如圖4所示：人（主鍵）人OIDnotnull人（主鍵）人OIDnotnull（外鍵）部門OIDnull項(xiàng)目開發(fā)部門（主鍵）部門OIDnotnull

圖4（4）組成的實(shí)現(xiàn)組成的映射和聚集類似，但要注意的是：子表中的外鍵必須是強(qiáng)制非空的。三．引用完整性及關(guān)系約束檢查的策略在UML中，類之間的關(guān)系反映了具體的商業(yè)規(guī)則，因此將類映射到關(guān)系數(shù)據(jù)庫時(shí)，必須保證類之間關(guān)系的正確定義，并確保在數(shù)據(jù)庫中實(shí)施對數(shù)據(jù)的約束。以下就1對多的情形為例加以說明（1對1關(guān)系可以視為特殊的1對多關(guān)系；多對多關(guān)系則可以分解為兩個(gè)1對多關(guān)系）。1．父表操作的約束。將類的關(guān)系映射為到關(guān)系數(shù)據(jù)庫后，父表在操作上的約束規(guī)定如表1。類關(guān)系關(guān)系類型InsertUpdateDelete關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)無耦合關(guān)系則一般不映射O-O無限制無限制，對子表中的外鍵可能需要附加的處理無限制，一般將子女的外鍵置空M-O無限制修改所有子女（如果存在的話）相匹配的鍵值。刪除所有子女或?qū)λ械淖优M(jìn)行重新分配。聚集O-M插入新的子女或合適的子女已存在至少修改一個(gè)子女的鍵值或合適的子女已存在無限制，一般將子女的外鍵置空組合M-M對插入進(jìn)行封裝，插入父記錄的同時(shí)至少能生成一個(gè)子女修改所有子女相匹配的鍵值刪除所有子女或?qū)λ械淖优M(jìn)行重新分配表12．子表操作的約束將類的關(guān)系映射為到關(guān)系數(shù)據(jù)庫后，子表在操作上的約束規(guī)定如表2。類關(guān)系關(guān)系類型InsertUpdateDelete關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)無耦合關(guān)系則一般不映射O-O無限制無限制無限制M-O父親存在或者創(chuàng)建一個(gè)父親具有新值的父親存在或創(chuàng)建父親無限制聚集O-M無限制兄弟存在兄弟存在組合M-M父親存在或者創(chuàng)建一個(gè)父親具有新值的父親存在（或創(chuàng)建父親）并且兄弟存在兄弟存在表2施加子表的約束主要是為了防止碎片的產(chǎn)生。在一些情況下（如在O-M、M-M約束中），一個(gè)子女（子表中的記錄）只有在當(dāng)其兄弟存在時(shí)才能被刪除或修改。即最后一個(gè)存在的子女是不能被刪除或修改的。此時(shí)，可以對父記錄進(jìn)行即時(shí)的更新?；蛘呓乖摬僮鳌６颖砑s束可以通過在數(shù)據(jù)庫中加入觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)，一個(gè)更合理、可行的方法是將對子表方的限制放在業(yè)務(wù)層中實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用程序執(zhí)行數(shù)據(jù)約束有很重要的作用。在四類約束M-M、M-O、O-M、O-O中，鍵值的修改可能會(huì)改變表之間的關(guān)系，而且可能違反一些約束。違反約束的操作是不允許的。而前面的規(guī)則僅為具體實(shí)現(xiàn)提供了可能性。具體的應(yīng)用必須根據(jù)實(shí)際的要求和商業(yè)規(guī)則進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇。但在設(shè)計(jì)和開發(fā)時(shí)，必須考慮以上所分析的約束。目前，面向?qū)ο笠殉蔀檐浖_發(fā)的主流技