Применение XML в реляционных БД для хранения объектов сложной структуры

Александр Свириденков

База данных обычно имеет не самостоятельную ценность, является частью информационной системы. Независимо от того, сколько звеньев имеет эта система, на противоположном от БД конце находится интерфейс взаимодействия с пользователем, и задача программиста предоставить простой и понятный способ работы с хранящимися в БД данными и объектами. При всей своей отлаженности и очевидности, классический способ хранения и представления объектов развитой структуры имеет и вполне определенные недостатки, с которыми сталкивался любой разработчик, пытавшийся реализовать таким способом достаточно сложную систему.

Рассмотрим довольно стандартную ситуацию. В системе необходимо реализовать учет покупателей, со всеми их реквизитами, а таже, естественно, предоставить возможность их просмотра и редактирования. В классическом варианте нам необходимо:

1. Создать табличку

2. Создать форму редактирования с Label и DBEdit элементами, привязать их к соответствующим полям DataSet-а, и реализовать обычные обработчики кнопок "Добавить", "Удалить", "Изменить".

Пока все, вроде бы, просто. За исключением того, что однотипные формы в программе плодятся как кролики, отчего многие не выдерживают, и создают свой язык описания подобных форм, для динамического их создания. Сложности возникают, если:

• мы хотим вести учет не только юридических, а еще и физических лиц, для которых нужны дополнительные атрибуты, которые становятся бессмысленными для юрлиц (и наоборот).
• в процессе работы системы возникла необходимость добавить новый атрибут. Та же цепочка – поле в таблицу, изменения на форме, новая структура метаданных БД, новая программа.
• число некоторых атрибутов заранее неивестно. Например, у организации может быть один телефон, 2, 3..10.
• система тиражируема, и в различных инсталляциях наборы атрибутов различаются кардинально.

В некоторых ситуациях, решить эти проблемы позволяет хранение вариантной части объекта в виде XML c соответствующей XSD схемой. В этом случае мы:

1. Создаем табличку CUSTOMERS ( CUST_ID integer PK, NAME varchar (200), XML BLOB )
2. В XSD-редакторе определяем необходимые нам типы.

3. В приложении вызываем универсальную форму редактирования, которой передаем соответствующий тип XSD схемы, и XML карточку.

В примере, в качестве элемента редактирования используется адаптированный для работы с XML вариант Object Inspector.
 

За основу был взял TZPropList от Genadie Zuev, благо он бесплатный и с исходниками (http://www.torry.net/vcl/vcltools/objectinspectors/zproplst.zip). Таким же образом можно доработать любой Object Inpector – На входе он получает ссылку на два XML узла – XSD схема и собственно редактируемый объект. Если объект пустой, он создается на основе XSD схемы. Результат виден на картинках. Дополнительные бонусы – автозавершение и выпадающие списки для перечислимых типов, учет форматов и масок для прочих типов.

Каковы преимущества данной схемы:

1. Даже на начальном этапе она менее трудоемка чем стандартная, и позволяет описывать объект в одном месте, причем как типы и размеры полей, так и их названия, заголовки и комментарии.
2. Описание структуры объектов полностью хранится в БД, приложение о ней может ничего не знать.
3. Средства описания форматов в XSD схемах заметно богаче набора типов данных сервера.

Достаточно посмотреть на иерархию типов XSD. Кроме того, здесь возможно указание перечислений, диапазонов, максимальных и минимальных значений, а также масок использующих регулярные выражения. Пример типа использующего маску (почтовый индекс):

<simpleType name='us-zipcode'>
<restriction base='string'>
<pattern value='[0-9]{5}(-[0-9]{4})?'/>
</restriction>
</simpleType>
"

4. Структура артибутов может быть древовидной, с произвольной степенью вложенности.
5. Задав в схеме древовидную структуру и правила вхождения (0-1, 1, 1-n, 0-n), можно дать пользователю возможность добавлять необходимое число однотипных атрибутов.

6. Нет необходимости плодить формы редактирования.
7. Возможно хранение объектов различной структуры в одной таблице.
8. Добавление новых атрибутов требует только изменения схемы, и не влияет на работу системы. Данные будут продолжать храниться в старом формате, а новый атрибут будет добавлен в них при редактировании.
9. Облегчается импорт/экспорт информации в другие системы.

Очевидным недостатком подобной схемы хранения, является невозможность использовать XML-атрибуты в условиях SQL запроса, а также выводить их в виде полей в Dataset. Однако, это в некоторой степени решается UDF функцией, выполняющей XPATH запрос к хранимому XML.

Например, запрос выбирающий всех клиентов из Москвы будет выглядеть так:
Интересно, что в этом случае проявляется определенный полиморфизм – запрос выберет как физических так и юридических лиц, так как путь к атрибуту "Город" у них одинаков.

Или другой пример – выбрать 1-й и 2-й телефоны:
Стоит отметь, что вопреки ожиданиям работает такие запросы достаточно быстро, так как разбор XML – операция не затратная и выполняется за очень небольшое время. Практика показала применимость такого подхода на таблицах с десятками тысяч записей.
 

Для работы с большими объемами данных можно постоить индексы по наиболее часто используемым XML-атрибутам, в этом случае приведенный выше запрос выполняется практически мгновенно – для этого используется появившаяся в Yaffil возможность строить индексы по выражениям, в частности по UDF. Например, проиндексируем город в почтовом адресе:

create index CUST_CITY on CUSTOMERS
computed by (xpath(XML, 'Address/MailAddress/City') COLLATE PXW_CYRL)

Теперь, запрос вида

select * from customers where xpath(XML, 'Address/MailAddress/City') COLLATE PXW_CYRL=
'Москва' COLLATE PXW_CYRL

выполняется с планом

PLAN (CUSTOMERS INDEX (CUST_CITY))

Другим недостатком является невозможность реализации ссылочной целостности. Здесь может быть два варианта – реализация ее на триггерах, либо введение для таких атрибутов SQL-полей дублеров c FK, заполняемых в триггерах.

Несмотря на эти и другие недостатки, схема имеет вполне конкретные применения, и во многих случаях значительно облегчает жизнь.

Ссылки по теме:

• XML
• XSD
• XPATH