Introduction à l`orienté objet - e

Persistance des objets
« Perdre la mémoire c'est perdre son identité »
J.J Rousseau
Jean-Jacques LE COZ
Abstraction



Presque toutes les applications ont
besoin de données persistantes dans le
temps.
La persistance est un des concepts
majeurs du génie logiciel.
Sans persistance, après l'arrêt des
machines, les systèmes sont souvent
inexploitables.
Introduction

Une des tâches les plus critiques pour
les applications


Sauver et restaurer les informations
La persistance est la mémorisation des
données depuis la mémoire vers des
supports de stockage afin qu'elles soient
restaurées quand l'application est de
nouveau exécutée
Sources de persistance
Sources de persistance

Les fichiers plats


Les fichiers organisés


Organisation séquentielle
Organisation indexée, relative
Les bases de données
Base de données orientée objet
 Base de données relationnelle
 Base de données relationnelle et objet
 Base de données XML

La source majeure de la
persistance

Bases de données relationnelles

Largement adoptées par l'industrie

Standardisées

Flexibles

Robustes

Données partagées par des applications
hétérogènes

Maturité
Modèle relationnel
Développé par Edgar Codd (1970)
 Données représentées par des tables
 Relations définies par des clefs primaires
et étrangères
 Accès aux données par un langage de
haut niveau non procédural : SQL
 Sépare la représentation logique et la
représentation physique des données

Les SGBDR (rdbms)
Technologie basée sur des concepts
mathématiques
 Nombreux éditeurs



Un langage commun


IBM, Oracle, Sybase, Informix, Ingres, MySQL,
PostgreSQL, SAPDB, ...
Structured Query Language ( SQL )
Nombreuses interfaces de programmation
Les SGBDR (suite)
Fleuron de la technologie dans les années
70 et 80.
 Beaucoup de recherche et développement

Stockage
 organisation
 gestion de données structurées
 Concurrence et intégrité
 Partage

Persistance et orienté objet
Orienté objet et persistance
Il y a plusieurs façons de rendre
persistants les objets
 Le choix d'une méthode de persistance
est une part importante de la conception
d'une application

Sérialisation
 Bases de données

La persitance des objets
Un objet encapsule un état
 La persitance doit permettre de mémoriser
cet état
 La persitance doit permettre, plus tard, de recréer un objet avec cet état
 Plus largement, la persistance doit permettre
de mémoriser et de re-créer un graphe
d'objets

Graphe d'objets
sauvegarder
une facture
son adresse
leclient
une facture
une facture
persistance par navigation
Persistance des objets avec
les SGBDR
Relationnel et orienté objet
Le but de la conception orientée objet est
de modéliser un processus
 Le but de la conception des bases de
données relationnelles est la normalisation

Mapping Objet-Relationnel
TABLES DANS LE SGBDR
OBJETS EN MEMOIRE
Paradigmes objet et
relationnel
Non concordance des
paradigmes

Le paradigme de l'orienté objet


Le paradigme relationnel


Le type des acteurs sont les classes
Le type des acteurs sont les tables
Inadéquation

Impedance mismatch
Problème d'identité

Le paradigme de l'orienté objet

L'identité est attachée à l'objet (OID)


Gérée par l'environnement d'exécution
Le paradigme relationnel

L'identité est une caractéristique du tuple

Colonne de type clef primaire


Contrainte de clef primaire gérée par le système
(unicitée, pas de valeur nulle)
Souvent source d'une optimisation physique

Mécanisme d'indexation
Problème de relation

Le paradigme de l'orienté objet

Les relations peuvent être mono ou bidirectionnelles


Les relations passent par l'identité des objets
Le paradigme relationnel

Les relations sont mono-directionnelles

Les relations passent par les clefs étrangères


Une clef étrangère référence une clef primaire
Contrainte d'intégrité référentielle

Contrainte de clef étrangère gérée par le système
Exemple
Exemple (suite)
Implémentation dans le langage Java :
public class Client {
private String nom;
private String adresse;
private Facture[ ] factures;
}
private class Facture {
private int numero;
private double montant;
private Client client;
}
Exemple (suite)
Implémentation dans le langage SQL :
create table client (
)
nom VARCHAR(20) PRIMARY KEY,
adresse VARCHAR(60) NOT NULL
create table facture (
)
numero INTEGER PRIMARY KEY,
montant float NOT NULL,
nomclient VARCHAR(20) FOREIGN KEY
REFERENCES client
Inadéquation plus pertinente

Lorsque le modèle objet est plus complexe

Graphe d'objets persistants
Problème de granularité
 Exemple de l'orienté objet :

Solution relationnelle
adresse comme table avec des colonnes spécialisées
solution peu courante
Autre solution relationnelle
solution plus courante
adresse comme simple colonne ou comme plusieurs colonnes
Problème de granularité

Le paradigme de l'orienté objet

Granularité très souple


Le modèle est par nature distribué
Le paradigme relationnel

Granularité limitée en SQL2


Notamment à cause des performances
Extensions SQL3

Les UDT (User Data Table)


Non standards
Non portables
Problème du sous-typage

Le paradigme de l'orienté objet
Un des concepts majeurs
 Vecteur du polymorphisme


Le paradigme relationnel
Non supporté en SQL2
 Supporté en partie en SQL3




Pas de polymorphisme
Non standard
Non portable
Solutions de mapping liées au
sous-typage

Solution horizontale
Chaque classe concrète devient une table
 Solution la plus simple


Solution verticale
Chaque classe de la hiérarchie mappe vers sa
propre table
 Solution la plus flexible


Solution union (filtrée, typée)
Toutes les classes mappent vers une seule table
 Solution qui offre de bonnes performances

Exemple de spécialisation
Solutions relationnelles
SOLUTION HORIZONTALE
SOLUTION VERTICALE
SOLUTION UNION
Problèmes d'isolation

Les bases de données relationnelles
fournissent des mécanismes pour isoler
leur modèle des applications

Haut niveau


Vues (views)
Bas niveau

Les clefs primaires de substitution (surrogate keys)


Clefs artificielles souvent auto-incrémentées
Aucune concordance avec l'orienté objet
L'isolation par les vues
applications
En lecture seulement, parfois
permet la mise à jour mais de
façon limitée (non portable)
table
vue
interface
table
table
implémentation
Isolation par les clefs surrogate
technique
<<table>>
client
colonne clef surrogate
colonnes ''métier''
sémantique
colonne clef primaire
auto-incrémentée
colonnes représentant les
informations du domaine
métier
Certaines d'entre elles peuvent (clés naturelles)
servir d'argument aux clauses where
Isolation par les clefs surrogate
insert into table (colonnes métier) values (valeurs);
select * from table where colonneMétierUnique = valeurMétier;
select projection from table1, table2
where table1.clefPKsurrogate = table2.clefFKsurrogate
... ;
colonnes techniques que pour la navigation : prédicats de jointure
Problèmes d'isolation

Les langages orientés objet fournissent,
eux aussi, des mécanismes pour isoler
l'implémentation

Isolation de l'état


Isolation du comportement



Encapsulation
Interfaces
Classes abstraites
Aucune concordance avec le relationnel
Exemple
Le Zoo ne connait que
l'interface Pensionnaire
Mécanismes de persistance
Mécanismes de persistance

Orthogonalité vis-à-vis de la persistance
Par aspect (aspect programming)
 Par introspection (reflection)
 Par enrichissement (enhancement)
 Par navigation (reachability)


Non orthogonalité vis-à-vis de la persistance
Par implémentation
 Par héritage

Solutions orthogonales

Langage Java

Aspect



Aspect programming
Java Persistence API (JPA), EJB3
Introspection

Package reflect et byte code



Intergiciels de mapping OR : Hibernate
Bases de données objet : DB4O
Enrichissement


Mécanisme d'enhancement
Java Data Object (JDO)
Solutions non orthogonales

Langage Java

Serialization



EJB2


Implémentation de l'interface java.io.Serializable
Java Architecture for XML Binding (JAXB)
Implémentation de l'interface EntityBean
Bases de données orientées objet

Impémentation par interface et/ou par héritage

Poet, ObjectStore, Ozone, ...
Solutions intrusives

Implémentation de requêtes SQL
SQL embarqué
 Intergiciels de bas niveau



ODBC, JDBC, SQLJ
Problèmes
SQL est non orienté objet
 SQL, langage de bas niveau dans un
langage de haut niveau orienté objet
 Lourdeurs de programmation avec les
graphes d'objets complexes

Solutions avec patrons

Le patron de conception DAO
Pattern Data Access Objects
 Avec implémentation de requêtes SQL
 Découple l'accès aux données de la partie
métier de l'application


Problèmes
Solutions complexes
 Nécessite beaucoup de code
 Manque de souplesse et de portabilité

Pattern DAO
Classe
Modèle
classe persistante
Classe
ModèleDAO
Classe DAO
adaptateur
indépendance vis-à-vis du modèle
SGBDR
Solution avec des intergiciels

Outils de mapping objet/relationnel

Langage Java

Standard Java




Solutions originales




JDO Java Data Object (JSR12 Sun Microsystem)
JPA Java Persistence API (JSR220 Sun Microsystem)
Nombreux éditeurs
Castor
Cayenne
iBatis
Solution par composants Java J2EE

EJB EntityBean CMP versions 1, 2, 3
Outils de mapping
Fichiers de
configuration
modèle objet
persistant
outil de mapping
Schéma
relationnel
caches*
* différents niveaux: caches d'objets et/ou de données
Mapping et Wrapping (1)

Outils de mapping

Couche logicielle intermédiaire

Entre les objets et les tables
Objets
Couche de
mapping
Tables
Application
Mapping et Wrapping (2)

Outils de wrapping

Couche logicielle enrobante

Exemples : iBatis, Spring JDBC
Application
Objets
Tables
Classe persistante avec JPA
@Entity
@Table(name="ETUDIANT")
public class Etudiant {
private int id;
private String nom;
private String prenom;
private String adresse;
@Id
@GeneratedValue
public int getId() {
return id;
}
...
}
Persistance avec les SGBDOO
Modèle de persistance pour
les objets

Offre la persistance pour les objets

Attributs, opérations et associations
Spécifié par Atkinson (1989)
 Standardisé par l'ODMG



Object Data Management Group
Les SGBDOO définissent les classes
d'objets persistants de la même manière
que les langages OO
Modèle de données objet
OBJETS DANS LE SGBDOO
OBJETS EN MEMOIRE
Base de données objet
Mémorise les OID dans l'objet pour
indiquer à quels autres objets il est en
relation
 L'OID n'est pas visible

Ni par les utilisateurs
 Ni par les programmeurs


Un objet reste le même objet même si
son état change complètement
Concepts

Le fait que l'identité d'un objet ne se
confonde pas avec son état signifie que
les concepts d'égalité et d'identité sont
différents
Identité : même OID
 Égalité : même valeur d'état


Différents niveaux d'égalité
Égalité superficielle
 Égalité profonde

Représentation des relations

Il est possible d'avoir des relations
inverses

Elles correspondent aux relations bidirectionnelles du modèle objet
Les relations inverses renforcent
l'intégrité
 Par exemple


Une relation inverse garantie qu'un item
commandé est associé à une seule
commande
Représentation des relations
(suite)
Seules les relations prédéfinies pour
mémoriser les OID des objets en relation
peuvent être utilisées pour des requêtes
ou naviguer dans la base de données
 Les SGBDOO n'offrent pas la même
souplesse d'interrogation que les SGBDR
 Les performances des SGBDOO sont
meilleures que celles des SGBDR pour la
navigation sur les relations

Orthogonalité

Principes énoncés par Atkinson et Morrison
(1995)

Indépendance de la persistance


Type de donnée orthogonal


Les lignes de code sont identiques qu'elles manipulent
des objets persistants ou non persistants
Les objets sont persistants quel que soit leur type
Identification de la persistance

Le mécanisme d'identification des objets persistants
n'est pas lié aux types
Avantages des SGBDOO
Objets et relations complexes
 Hiérarchies de classes
 Pas d'impedance mismatch
 Pas de clé primaire
 Un seul langage
 Pas de langage de requête
 Haute performance pour certaines tâches

Exemple avec db4O
public static void main(String[] args) {
ObjectContainer db = Db4o.openFile("BASE.yap");
try {
Produit p1 = new Produit("1000", "DUCATI 1098", 17550.55f);
db.set(p1);
}
finally {
db.close();
}
}
Serialization
Java et la persistance

Un mécanisme simple de persistance est
implémenté dans le langage Java
Grâce à l'interface java.io.Serializable
 Et à la gestion des entrées/sorties de flux




InputStream, OutputStream
Flux d'octets vers un fichier sur disque ou le réseau
Possibilité de rendre une donnée membre
non persistante

Par le mot réservé transient
Exemple de Serialization
public class Personne implements java.io.Serializable {
private String nom;
private String prenom;
private transient String motdepasse = ''défaut'';
public Personne(String nom, String prenom) {
this.setNom(nom);
this.setPrenom(prenom);
}
public String getNom() { return nom; }
public void setNom(String nom) { this.nom = nom; }
public String getPrenom() { return prenom; }
public void setPrenom(String prenom) { this.prenom = prenom; }
public String getMotdepasse() { return motdepasse; }
public void setMotedepasse(String pwd) { motdepasse = pwd; }
}
Exemple (suite)
import java.io.*;
public class SauverPersonne {
public static void main(String argv[]) {
Personne personne = new Personne("Martin","Jean");
personne.setMotdepasse(''azerty'');
try {
FileOutputStream fichier = new FileOutputStream("personne.data");
ObjectOutputStream oos = new ObjectOutputStream(fichier);
oos.writeObject(personne);
oos.flush();
oos.close();
} catch (java.io.IOException e) { e.printStackTrace(); }
}
}
Exemple (suite)
import java.io.*;
public class RestaurerPersonne {
public static void main(String argv[]) {
try {
FileInputStream fichier = new FileInputStream("personne.data");
ObjectInputStream ois = new ObjectInputStream(fichier);
Personne personne = (Personne) ois.readObject();
System.out.println("nom : "+personne.getNom());
System.out.println("prenom : "+personne.getPrenom());
System.out.println("prenom : "+personne.getMotdepasse());
} catch (java.io.IOException e) { e.printStackTrace(); }
catch (ClassNotFoundException e) { e.printStackTrace(); }
}
}
Bibliographie

[Ambler 2001] Ambler Scott, The Design of a Robust
Persistence Layer.
www.ambysoft.com/persistenceLayer.html

[Ambler 2002] Ambler Scott, Mapping Objects to Relational
Databases. AmbySoft Inc.
www.ambysoft.com/mappingObjects.html

[Fussel 1997] Fussel Mark, Foundations of Object
Relational Mapping. ChiMu Corporation.
www.chimu.com/publications/objectRelational/