I. Tổng Quan Về Cơ Sở Dữ Liệu Hướng Đối Tượng OODB
Trong ba thập kỷ gần đây, công nghệ cơ sở dữ liệu cho các hệ thống thông tin đã trải qua bốn thế hệ phát triển, và công nghệ cơ sở dữ liệu thế hệ thứ năm hiện nay đang được phát triển. Bước chuyển tiếp từ một thế hệ tới một thế hệ tiếp theo luôn luôn là cần thiết bởi sự gia tăng liên tục về độ phức tạp của các ứng dụng cơ sở dữ liệu và về chi phí thi hành, bảo trì, và mở rộng những ứng dụng này. Thế hệ thứ nhất là hệ thống file, chẳng hạn như ISAM và VSAM. Thế hệ thứ hai là các hệ cơ sở dữ liệu phân cấp, chẳng hạn như IMS và System 20**. Thế hệ thứ ba là các hệ cơ sở dữ liệu CODASYL, chẳng hạn như IDS, TOTAL, ADABAS, IDMS, v.v. Các hệ thống thế hệ thứ hai và thứ ba đã thực hiện việc chia sẻ một cơ sở dữ liệu tích hợp giữa nhiều người trong một môi trường ứng dụng. Sự thiếu tính độc lập dữ liệu và việc truy cập điều hướng khó khăn tới cơ sở dữ liệu dẫn đến công nghệ cơ sở dữ liệu thế hệ thứ tư, gọi là công nghệ cơ sở dữ liệu quan hệ.
1.1. Lịch Sử Phát Triển của Cơ Sở Dữ Liệu Hướng Đối Tượng
Các khái niệm hướng đối tượng ra đời vào những năm 1980 và nhanh chóng trở thành một giải pháp hiệu quả cho việc phát triển phần mềm. Một số ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng như Java, C++ được sử dụng để xây dựng các ứng dụng đã cho thấy tính khả thi của chúng cao hơn so với các ngôn ngữ lập trình không hướng đối tượng. Trong thời gian này người ta cũng bắt đầu nhận ra những khiếm khuyết khi thi hành của các cơ sở dữ liệu quan hệ. Theo Martin (1993), OODB dựa trên đối tượng và cũng sử dụng các mô hình quan niệm như Phân tích Hướng đối tượng, Thiết kế Hướng đối tượng và Lập trình Hướng đối tượng.
1.2. Sự Khác Biệt Giữa OODB và RDBMS Tổng Quan
Một điểm quan trọng chúng ta phải nhìn nhận đó là một mô hình cơ sở dữ liệu hướng đối tượng là một nền tảng tự nhiên hơn một mô hình quan hệ mở rộng cho việc khắc phục một số thiếu hụt của công nghệ cơ sở dữ liệu truyền thống được kể ra trước đây; ví dụ, hỗ trợ các kiểu dữ liệu tổng quát, các đối tượng xếp lồng nhau, và hỗ trợ các ứng dụng có nhiều tính toán. Có những khác biệt quan trọng giữa một mô hình cơ sở dữ liệu hướng đối tượng và mô hình cơ sở dữ liệu quan hệ. Một mô hình cơ sở dữ liệu hướng đối tượng bao gồm các khái niệm hướng đối tượng như bao gói, kế thừa và đa hình thái; những khái niệm này không phải là thành phần của các mô hình dữ liệu truyền thống.
II. Mô Hình Hướng Đối Tượng Trong Cơ Sở Dữ Liệu OODB
Biểu diễn thế giới thực của OODB là một chuỗi các đối tượng. Một đối tượng có thể biểu diễn bất kỳ phần tử thế giới thực nào trong phạm vi từ một số nguyên đơn đến một cái bánh ô tô. Tất cả các đối tượng đều sở hữu các đặc tính chung: Bền vững: Trạng thái của đối tượng được giữ lại sau khi chương trình đã kết thúc. Định danh duy nhất: Khi đối tượng được tạo một định danh duy nhất được sinh ra và được liên kết với đối tượng trong suốt vòng đời của đối tượng. Định danh tách rời với trạng thái của các đối tượng do vậy nó phân biệt hai đối tượng có cùng trạng thái. Các tính chất dữ liệu: Tập các tính chất dữ liệu ghi nhận trạng thái hiện thời của đối tượng. Các kiểu dữ liệu được hỗ trợ bao gồm các kiểu gốc (số nguyên, ký tự, …). Các kiểu dữ liệu mới, bao gồm các kiểu dữ liệu phức tạp (ví dụ như hình ảnh), có thể được định nghĩa bằng việc sử dụng kỹ thuật Kiểu dữ liệu trừu tượng.
2.1. Các Khái Niệm Cơ Bản Đối Tượng Lớp Kế Thừa
Mô hình cơ sở dữ liệu hướng đối tượng bao gồm các khái niệm hướng đối tượng như bao gói, kế thừa và đa hình thái; những khái niệm này không phải là thành phần của các mô hình dữ liệu truyền thống. Khác biệt giữa một hệ cơ sở dữ liệu hướng đối tượng và một hệ cơ sở dữ liệu không hướng đối tượng đó là một hệ cơ sở dữ liệu hướng đối tượng có thể trực tiếp hỗ trợ những nhu cầu của các ứng dụng, như là tạo và quản lý các đối tượng mang ngữ nghĩa hướng đối tượng, đó là các ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng hoặc các ứng dụng được thiết kế trong một kiếu mẫu hướng đối tượng.
2.2. Đóng Gói và Đa Hình Ưu Điểm Trong OODB
Một hệ cơ sở dữ liệu hướng đối tượng hỗ trợ một sự hợp nhất giữa ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng và ngôn ngữ cơ sở dữ liệu sẽ là nền tốt cho việc phát triển các ứng dụng cơ sở dữ liệu hơn là một hệ thống cơ sở dữ liệu quan hệ mở rộng cái hỗ trợ một ngôn ngữ cơ sở dữ liệu quan hệ mở rộng. Chúng ta có thể khẳng định rằng cả hai tiếp cận quan hệ mở rộng và hướng đối tượng đều có thể đứng vững, và nhiều khả năng sẽ cùng tồn tại các hệ thống tuân theo một trong hai tiếp cận này.
III. Ưu Điểm Vượt Trội Của Cơ Sở Dữ Liệu Hướng Đối Tượng
Một hệ cơ sở dữ liệu hướng đối tượng hỗ trợ một sự hợp nhất giữa ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng và ngôn ngữ cơ sở dữ liệu sẽ là nền tốt cho việc phát triển các ứng dụng cơ sở dữ liệu hơn là một hệ thống cơ sở dữ liệu quan hệ mở rộng cái hỗ trợ một ngôn ngữ cơ sở dữ liệu quan hệ mở rộng. Chúng ta có thể khẳng định rằng cả hai tiếp cận quan hệ mở rộng và hướng đối tượng đều có thể đứng vững, và nhiều khả năng sẽ cùng tồn tại các hệ thống tuân theo một trong hai tiếp cận này.
3.1. Khả Năng Xử Lý Dữ Liệu Phức Tạp Trong OODB
Công nghệ cơ sở dữ liệu quan hệ, cũng như mỗi công nghệ cơ sở dữ liệu thế hệ trước, đã được phát triển cho các ứng dụng xử lý dữ liệu nghiệp vụ, chẳng hạn như kiểm tra hàng tồn, bảng lương, sổ sách kế toán, v.v. Những nỗ lực để tạo ra việc sử dụng công nghệ cơ sở dữ liệu quan hệ trong một miền rộng các kiểu khác nhau của ứng dụng đã nhanh chóng phơi bày một số thiếu sót nghiêm trọng của công nghệ cơ sở dữ liệu quan hệ và thế hệ trước đây.
3.2. Tính Linh Hoạt và Mở Rộng Của Cơ Sở Dữ Liệu Hướng Đối Tượng
Các ứng dụng này bao gồm các hệ thống thiết kế, kỹ nghệ, công nghệ phần mềm và việc chế tạo được máy tính trợ giúp (CAD, CAE, CASE và CAM) và ứng dụng chạy trên chúng; các hệ thống dựa trên tri thức (các hệ chuyên gia và các shell hệ chuyên gia); các hệ thống đa phương tiện đi kèm với các hình ảnh, âm thanh và các tài liệu nguyên bản và các hệ ngôn ngữ lập trình. Các hệ cơ sở dữ liệu quan hệ và thế hệ trước đây từ đây trở đi sẽ được gọi là các hệ cơ sở dữ liệu truyền thống.
IV. Nhược Điểm Cần Lưu Ý Của Cơ Sở Dữ Liệu Hướng Đối Tượng
Mô hình cơ sở dữ liệu truyền thống, nhất là mô hình quan hệ, quá đơn giản để mô hình hóa các thực thể xếp lồng vào nhau phức tạp, chẳng hạn như các đối tượng thiết kế và công trình, và các tài liệu phức tạp. Các hệ cơ sở dữ liệu truyền thống chỉ hỗ trợ một tập hạn chế các kiểu dữ liệu nguyên tử, chẳng hạn như integer, string, v.v; chúng không hỗ trợ các kiểu dữ liệu tổng quát được tìm thấy trong các ngôn ngữ lập trình.
4.1. Vấn Đề Hiệu Năng và Khả Năng Mở Rộng Của OODB
Sự thi hành của các hệ cơ sở dữ liệu truyền thống, đặc biệt là các hệ cơ sở dữ liệu quan hệ là không thể chấp nhận được cho các kiểu khác nhau của các ứng dụng cần nhiều tính toán, chẳng hạn như các chương trình mô phỏng trong các môi trường thiết kế được máy tính trợ giúp và các môi trường ngôn ngữ lập trình.
4.2. Thiếu Tiêu Chuẩn Hóa Trong Cơ Sở Dữ Liệu Hướng Đối Tượng
Các chương trình ứng dụng được thi hành trong một số ngôn ngữ lập trình thuật toán (chẳng hạn như COBOL, FORTRAN, C) và một số ngôn ngữ cơ sở dữ liệu được nhúng vào trong nó. Các ngôn ngữ cơ sở dữ liệu là rất khác so với các ngôn ngữ lập trình, trong cả mô hình dữ liệu và cấu trúc dữ liệu.
V. Ứng Dụng Thực Tế Của Cơ Sở Dữ Liệu Hướng Đối Tượng
Việc khám phá ra những thiếu sót của công nghệ cơ sở dữ liệu truyền thống đã cung cấp động lực cho các chuyên gia cơ sở dữ liệu trong phần lớn những năm 1980 để mở đường cho thế hệ thứ năm của công nghệ cơ sở dữ liệu. Công nghệ cơ sở dữ liệu thế hệ tiếp theo cần phải được xây dựng trên công nghệ cơ sở dữ liệu truyền thống và sáp nhập các giải pháp cho nhiều vấn đề được phác họa ở trên để đáp ứng các đòi hỏi của các ứng dụng cơ sở dữ liệu hiện nay và mới nổi lên.
5.1. OODB Trong Các Hệ Thống Đa Phương Tiện và Viễn Thông
Hiện nay có ít nhất hai cách tiếp cận được đề xuất cho việc chuyển tiếp từ công nghệ cơ sở dữ liệu thế hệ thứ tư sang công nghệ thế hệ thứ năm: công nghệ cơ sở dữ liệu quan hệ mở rộng và công nghệ cơ sở dữ liệu hướng đối tượng. Các khác biệt cơ bản giữa chúng là mô hình dữ liệu cơ sở và ngôn ngữ cơ sở dữ liệu.
5.2. Cơ Sở Dữ Liệu Hướng Đối Tượng Trong Thương Mại Điện Tử
Tiếp cận cơ sở dữ liệu quan hệ mở rộng bắt đầu với mô hình dữ liệu quan hệ và một ngôn ngữ truy vấn quan hệ, và mở rộng chúng theo các cách khác nhau để cho phép việc mô hình hóa và thao tác đối với các mối quan hệ ngữ nghĩa và các tiện ích cơ sở dữ liệu cộng thêm. POSTGRES là hệ cơ sở dữ liệu thế hệ tiếp theo nổi tiếng nhất dựa trên tiếp cận quan hệ mở rộng.
VI. Tương Lai Phát Triển Của Cơ Sở Dữ Liệu Hướng Đối Tượng
Một điểm quan trọng chúng ta phải nhìn nhận đó là một mô hình cơ sở dữ liệu hướng đối tượng là một nền tảng tự nhiên hơn một mô hình quan hệ mở rộng cho việc khắc phục một số thiếu hụt của công nghệ cơ sở dữ liệu truyền thống được kể ra trước đây; ví dụ, hỗ trợ các kiểu dữ liệu tổng quát, các đối tượng xếp lồng nhau, và hỗ trợ các ứng dụng có nhiều tính toán. Có những khác biệt quan trọng giữa một mô hình cơ sở dữ liệu hướng đối tượng và mô hình cơ sở dữ liệu quan hệ.
6.1. Xu Hướng Kết Hợp OODB và NoSQL
Một mô hình cơ sở dữ liệu hướng đối tượng bao gồm các khái niệm hướng đối tượng như bao gói, kế thừa và đa hình thái; những khái niệm này không phải là thành phần của các mô hình dữ liệu truyền thống. Khác biệt giữa một hệ cơ sở dữ liệu hướng đối tượng và một hệ cơ sở dữ liệu không hướng đối tượng đó là một hệ cơ sở dữ liệu hướng đối tượng có thể trực tiếp hỗ trợ những nhu cầu của các ứng dụng, như là tạo và quản lý các đối tượng mang ngữ nghĩa hướng đối tượng, đó là các ngôn ngữ lập trình hương đối tượng hoặc các ứng dụng được thiết kế trong một kiểu mẫu hướng đối tượng.
6.2. Cơ Sở Dữ Liệu Hướng Đối Tượng Trong Kỷ Nguyên Dữ Liệu Lớn
Hơn nữa, một ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng có thể được mở rộng thành một ngôn ngữ lập trình và cơ sở dữ liệu thống nhất. Ngôn ngữ kết quả tùy thuộc vào vấn đề trở ngại ghép đôi không khớp nằm trong phạm vi không vượt xa so với tiếp cận của việc nhúng một ngôn ngữ cơ sở dữ liệu thế hệ hiện tại vào trong một ngôn ngữ lập trình truyền thống. Lý do là vì một ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng được xây dựng trên các khái niệm hướng đối tượng, và các khái niệm hướng đối tượng bao gồm một số khái niệm mô hình hóa dữ liệu, chẳng hạn như sự kết tập, sự tổng quát hóa, và các mối quan hệ thành viên.
