Объектно-ориентированные базы данных – базы данных, в которых информация представлена в виде объектов, как в объектно-ориентированных языках программирования.

Применять или не применять объектно-ориентированные системы управления базами данных (ООСУБД) в реальных проектах сегодня? В каких случаях их применять, а в каких нет?

Вот преимущества использования ООСУБД:

• Отсутствует проблема несоответствия модели данных в приложении и БД (impedance mismatch). Все данные сохраняются в БД в том же виде, что и в модели приложения.
• Не требуется отдельно поддерживать модель данных на стороне СУБД.
• Все объекты на уровне источника данных строго типизированы. Больше никаких строковых имен колонок! Рефакторинг объектно-ориентированной базы данных и работающего с ней кода теперь автоматизированный, а не однообразный и скучный процесс.

Интересно? Тогда стоит попробовать!

В статье описано все, что требуется для начала работы с ООСУБД db4o.

Установка db4o

На сегодняшний день db4o – одна из самых популярных объектно-ориентированных систем управления базами данных.

Для начала скачиваем дистрибутив последней версии с сайта db4o (есть версии для Java, .NET 2.0, 3.5). На момент написания статьи последняя версия – 7.9. В дистрибутив также входит Object Manager Enterprise (OME) – полезный плагин для IDE (Eclipse, Visual Studio), который позволяет работать с базой данных автономно. В последнюю продуктивную поставку (на данный момент — 7.4) OME не входит, поэтому для ознакомления c ООСУБД рекомендуется версия 7.9.

Далее в статье для примеров будет использоваться язык C#. Для Java примеры аналогичны, за исключением раздела про LINQ, где необходимым условием является использование .NET 3.5.

После установки db4o в соответствующем месте можно найти отличный tutorial, входящий в комплект. Именно к нему я рекомендую обратиться после прочтения данной статьи, если сама тема покажется вам интересной.

Отмечаю, что все ПО для работы с db4o и сама СУБД бесплатны для некоммерческого использования.

Cоединение с БД

Для проведения экспериментов над db4o создаем в нашей IDE проект любого типа, например, консольное приложение и добавляем ссылки на сборки (пакеты) db4o: Db4objects.Db4o.dll и Db4objects.Db4o.Linq.dll (если требуется).

Чтобы выполнять какие-либо действия над объектной базой в приложении, первым делом необходимо получить объект типа IObjectContainer. Это фасад к базе данных: через него выполняются запросы к БД на выборку, сохранение, добавление и удаление данных.

Способ получения объекта зависит от типа соединения с базой данных.

Самый простой способ – база данных размещается в локальном файле, к которому приложение получает доступ напрямую. Делается это так:

// получаем доступ к файлу БД
IObjectContainer db = Db4oFactory.OpenFile(filename);
try
{
    // работаем с ООБД
}
finally
{
    // закрываем файл, освобождаем ресурсы
    db.Close();
}

* This source code was highlighted with Source Code Highlighter.

Файл базы данных в этом случае открывается в эксклюзивном режиме и, следовательно, возникают трудности при реализации многопользовательских приложений. Однако такое решение отлично подходит для однопользовательских stand-alone приложений, которые имеют сложную модель данных и которым необходимо сохранять эти данные между запусками приложения. Пример, САПР-приложения.

Следующий способ. Для поддержки многопользовательского режима, то есть возможности существования нескольких IObjectContainer для одной базы данных одновременно, следует использовать клиент-серверную архитектуру. В случае, когда клиент и сервер работают в рамках одного приложения, это делается так:

// создаем сервер
IObjectServer server = Db4oFactory.OpenServer(filename, 0);
try
{
    // подключаем клиентов
    IObjectContainer client = server.OpenClient();
    IObjectContainer client2 = server.OpenClient();

    // работаем с ООБД через экземпляры IObjectContainer

    client.Close();
    client2.Close();
}
finally
{
    // закрываем файл, освобождаем ресурсы сервера
    server.Close();
}

* This source code was highlighted with Source Code Highlighter.

В данном случае при создании сервера все равно приходится указывать файл базы данных. Это необходимо делать для всех типов подключения к БД — привязка к файлу остается всегда (один файл — одна БД). Кстати, такой файл создается автоматически по первому требованию, если не был создан до этого.

Второй параметр функции OpenServer – номер порта, равный 0, означает, что сервер будет доступен только локальным клиентам, создаваемым с помощью server.OpenClient().

Приведенный пример искусственный. В реальном приложении клиенты, скорее всего, будут открываться в отдельных потоках.

И последний вариант – расширение предыдущего для случая удаленных клиентов.

// создаем сервер
IObjectServer server = Db4oFactory.OpenServer(filename, serverPort);
server.GrantAccess(serverUser, serverPassword);

try
{
    IObjectContainer client = Db4oFactory.OpenClient("localhost", serverPort,
                                                     serverUser, serverPassword);
    // работаем с ООБД
    client.Close();
}
finally
{
    server.Close();
}

* This source code was highlighted with Source Code Highlighter.

Этот вариант отличается от предыдущего следующим.

• Указывается реальное значение порта, который будет прослушивать сервер (используется TCP/IP) при вызове OpenServer.
• Указываются авторизационные данные для доступа к БД.
• Клиент создается с использованием Db4oFactory.OpenClient и, таким образом, это может происходить не только в другом потоке, но и совершенно в другом приложении, запущенном на удаленной машине.

Итак, мы рассмотрели все три способа подключения к базе данных и научились получать объект типа IObjectContainer. Посмотрим теперь, как работать с данными, используя этот объект.

Работа с данными

Пусть где-то в нашем приложении объявлен класс User с полями Login, Password и Age, а db – это объект типа IObjectContainer (тот, что мы получили в прошлом разделе).

Сохранение объекта (INSERT)

User user1 = new User("Vasya", "123456", 25);
db.Store(user1);

* This source code was highlighted with Source Code Highlighter.

Это всё! Не требуется заранее или вручную задавать, какие объекты мы можем сохранять в БД, структуру этих объектов или что-либо ещё. При сохранении первого объекта ООСУБД сделает всю работу за нас.

Запросы к данным (SELECT)

Существует несколько способов выполнить запрос к данным, сохраненным в базе данных.

Применение естественных запросов (Native Queries, NQ) – гибкий, мощный и удобный метод выполнения запросов над данными в ООБД.

IList<User> result = db.Query<User>(usr => usr.Age >= 18
                                        && usr.Login.StartsWith("V"));

* This source code was highlighted with Source Code Highlighter.

Здесь делается запрос к объектам класса User, причем всё, что только можно, в данном примере строго типизировано. Объекты фильтруются таким образом, чтобы удовлетворять условию: возраст пользователя больше или равен 18 и имя пользователя начинается с заглавной буквы «V». Вместо лямбда-выражения функции Query можно передавать делегаты или объекты типа Predicate<T>. Predicate<T> — интерфейс, содержащий единственную функцию Match, принимающую параметр типа T и возвращающую bool. Query вернет те объекты, для которых Match возвращает true.

Концепция ООБД отлично ложиться на идею использования интегрированных в язык запросов (LINQ).
Перепишем предыдущий запрос с использованием LINQ.

IEnumerable<User> result = from User usr in db
                          where usr.Age >= 18 && usr.Login.StartsWith("V")
                          select usr;

* This source code was highlighted with Source Code Highlighter.

Запрос опять же строго типизирован и легко поддается рефакторингу.

Существуют и другие методы выполнения запросов, кроме NQ и LINQ.

• Запросы по образцу (query by example). Самый простой, но недостаточно мощный способ. Выборка данных осуществляется на основе сопоставления с заранее подготовленным экземпляром объекта — образцом. Результат-выборка не является строго типизированной. Сложно представить ситуации, когда этот метод может оказаться полезным.
• SODA. Низкоуровневый язык запросов, с которым работает db4o. Запросы, использующие синтаксис SODA, не безопасны с точки зрения типов, не строго типизированы, занимают много места, но зато максимально гибки и позволяют отточить производительность приложения там, где это требуется.

Обновление объектов (UPDATE)

Перед тем как обновить объект, извлечем его из БД, затем изменим его и сохраним обратно.

User usr = db.Query<User>(usr => usr.Login == "Vasya")[0];
usr.SetPassword("111111");
db.Store(usr);

* This source code was highlighted with Source Code Highlighter.

Удаление объектов (DELETE)

Удаление объектов происходит аналогично:

User usr = db.Query<User>(usr => usr.Login == "Vasya")[0];
db.Delete(usr);

* This source code was highlighted with Source Code Highlighter.

Составные объекты

До этого момента мы рассматривали, как работать с достаточно простыми объектами User, которые содержали только поля элементарных типов (string и int). Однако объекты могут быть составными и ссылаться на другие объекты. Например, в классе User может быть объявлено поле friends (друзья пользователя):

public class User
{
    // ...
    IList<User> friends = new List<User>();
}

* This source code was highlighted with Source Code Highlighter.

Все операции с таким классом производятся также, как и раньше – составное поле корректно сохраняется в БД, однако есть некоторые особенности.

Допустим, мы пытаемся загрузить из БД объект одного конкретного пользователя (User), как это делалось в прошлом разделе. Если загружен сам пользователь, то должны загрузиться и его друзья, дальше – друзья его друзей, и так далее. Это может закончиться тем, что придется загрузить в память все объекты User или даже, если у User есть ссылки на объекты других типов, всю базу данных целиком. Естественно, такой эффект нежелателен. Поэтому, по умолчанию загружаются только сами объекты выборки и объекты, на которые они ссылаются, до 5-го уровня вложенности включительно. Для некоторых ситуаций это много, для других – мало. Существует способ настроить этот параметр, называемый глубиной активации (activation depth).

// глубина активации глобально для всех классов
db.Ext().Configure().ActivationDepth(2);

// глубина активации для класса User
db.Ext().Configure().ObjectClass(typeof(User)).MinimumActivationDepth(3);
db.Ext().Configure().ObjectClass(typeof(User)).MaximumActivationDepth(4);

// каскадная активация для объектов User (нет ограничения на глубину)
db.Ext().Configure().ObjectClass(typeof(User)).CascadeOnActivate(true);

* This source code was highlighted with Source Code Highlighter.

Здесь приведены примеры, устанавливающие глубину активации как для всех сразу, так и для отдельного класса. Функция Ext() возвращает расширенный объект IExtObjectContainer для доступа к продвинутым функциям вроде настроек конфигурации базы данных. Это сделано для удобства, чтобы не засорять основной интерфейс IObjectContainer.

В случае, когда запрос уже отработал, но каких-либо данных не хватает, то есть не все нужные данные были активированы (загружены в память), можно использовать метод Activate, применительно к отдельному хранимому объекту:

// первый параметр – активируемый объект, второй – глубина активации
db.Activate(usr, 5);

* This source code was highlighted with Source Code Highlighter.

Во многом похожая проблема возникает при сохранении составных объектов. По умолчанию сохраняются только поля самого объекта, но не объектов, на которые он ссылается. То есть, глубина обновления (update depth) по умолчанию равна 1. Изменить её можно следующим образом:

// глубина обновления глобально для всех классов
db.Ext().Configure().UpdateDepth(2);

// глубина обновления для класса User
db.Ext().Configure().ObjectClass(typeof(User)).UpdateDepth(3);

// каскадное обновление для объектов User (нет ограничений на вложенность)
db.Ext().Configure().ObjectClass(typeof(User)).CascadeOnUpdate(true);

* This source code was highlighted with Source Code Highlighter.

В случае удаления объекта, по умолчанию также не происходит каскадного удаления: объекты, на которые ссылался удаленный объект, остаются. Настраивать поведение СУБД в случае удаления объектов можно следующим образом:

// каскадное удаление (нет ограничений на вложенность)
db.Ext().Configure().ObjectClass(typeof(User)).CascadeOnDelete(true);

* This source code was highlighted with Source Code Highlighter.

Понятия «глубины удаления» не предусмотрено.

Транзакции

Каждый раз, когда открывается контейнер (IObjectContainer), неявным образом создается контекст транзакции. При выполнении операции Close автоматически происходит commit текущей транзакции.

Для более гибкого управления транзакциями в интерфейсе IObjectContainer присутствуют два метода:

• Commit(). Явное завершение транзакции (commit) с записью всех изменений в БД.
• Rollback(). Откат транзакции – изменения произошедшие с момента открытия транзакции (контейнера) не будут зафиксированы в БД.

Уровень изоляции транзакций, принятый в db4o — read committed.

Заключение

Цель данной статьи — показать, что имеется очень мощная альтернатива существующим подходам к разработке с использованием реляционных СУБД. Сам по себе подход, использующий объектные базы данных, очень современен – это СУБД, которая не отстает от основных тенденций, наблюдаемых в развитии языков программирования, таких как Java и C#.

В статье достаточно материала, чтобы начать работать с ООСУБД, создавая реальные приложения. Однако многие вопросы здесь затронуты не были, например, вопросы, связанные с производительностью и разработкой веб-приложений.

В любом случае, если и не начать применять объектные СУБД на практике уже сегодня, то стоит хотя бы задуматься, не лучшее ли это решение для вашего проекта?