數(shù)據(jù)庫(kù)觸發(fā)器機(jī)制的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：根據(jù)當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用需求和技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀,研究了數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)觸發(fā)器機(jī)制實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題,并以GKD-Base為原型,在已有的GKD-BasePL/SQL引擎基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫(kù)的觸發(fā)器功能。

關(guān)鍵詞：PL/SQL引擎 Rete網(wǎng)絡(luò) 雙Hash結(jié)構(gòu) 觸發(fā)器

數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)作為信息系統(tǒng)的核心部件,在信息化時(shí)代所充當(dāng)?shù)慕巧瞧渌魏诬浖荒芴娲摹．?dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用的一個(gè)普遍要求是數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)能夠在一些數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)事件發(fā)生時(shí)觸發(fā)預(yù)先定義的操作,實(shí)現(xiàn)信息管理的自動(dòng)化,因此引進(jìn)了觸發(fā)器機(jī)制。觸發(fā)器可以增強(qiáng)引用完整性,加強(qiáng)復(fù)雜業(yè)務(wù)的規(guī)則,或者監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)的變動(dòng),并執(zhí)行一定的數(shù)據(jù)操作。

觸發(fā)器機(jī)制實(shí)現(xiàn)主要涉及觸發(fā)事件的檢測(cè)以及觸發(fā)條件的判決等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題,以及對(duì)觸發(fā)器的編譯存儲(chǔ)和調(diào)用執(zhí)行等具體操作。

本文以國(guó)產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)GKD-Base為原型,在兼容Oracle規(guī)范的PL/SQL引擎基礎(chǔ)上,提出一套解決方案,對(duì)觸發(fā)器的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了探討,并設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫(kù)的觸發(fā)器機(jī)制,擴(kuò)展了數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)GKD-Base的功能。

1GKD-BasePL/SQL引擎

GKD-BASE數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng),具有兼容SQL89標(biāo)準(zhǔn)的SQL引擎,能夠?yàn)橛脩?hù)提供一個(gè)統(tǒng)一、有效的數(shù)據(jù)庫(kù)訪(fǎng)問(wèn)接口(XAPI),實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的各種操作。為了融合SQL語(yǔ)言強(qiáng)大的集合數(shù)據(jù)處理能力和第三代語(yǔ)言(3GL)靈活的過(guò)程處理能力,在GKD-Base上已初步實(shí)現(xiàn)了兼容OarclePL/SQLV.23的PL/SQL引擎。

GKD-BasePL/SQL引擎包括編譯器、解釋器和異常處理三個(gè)模塊。在編譯階段,根據(jù)PL/SQL語(yǔ)言兼有過(guò)程式語(yǔ)句和SQL語(yǔ)句的特點(diǎn),采取分而治之策略,把過(guò)程語(yǔ)句和SQL語(yǔ)句分開(kāi)處理。對(duì)于SQL語(yǔ)句,編譯器首先建立SQL語(yǔ)句結(jié)點(diǎn),進(jìn)行相應(yīng)的變量綁定和語(yǔ)法檢查;檢查無(wú)誤后產(chǎn)生語(yǔ)法樹(shù)形式的中間代碼。對(duì)于過(guò)程語(yǔ)句,編譯器將對(duì)語(yǔ)句成分進(jìn)行語(yǔ)法分析,對(duì)聲明的變量和數(shù)據(jù)類(lèi)型建立相應(yīng)的符號(hào)表,最終產(chǎn)生語(yǔ)法樹(shù)形式的中間代碼。解釋器的作用是對(duì)編譯器生成的中間代碼進(jìn)行解釋執(zhí)行。解釋器與編譯器對(duì)應(yīng),具有相對(duì)獨(dú)立的SQL語(yǔ)句解釋模塊和過(guò)程語(yǔ)句解釋模塊。另外,解釋器還包括執(zhí)行狀態(tài)堆棧的管理、與GKD-BaseSQL引擎的調(diào)用接口。異常處理模塊主要實(shí)現(xiàn)程序運(yùn)行時(shí)的錯(cuò)誤檢查和報(bào)告,并支持用戶(hù)自定義異常和預(yù)定義異常的檢查和處理。

GKD-BasePL/SQL引擎可以實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)程式語(yǔ)句、SQL語(yǔ)句與游標(biāo)、存儲(chǔ)子程序及包的編譯和解釋執(zhí)行。

2觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵問(wèn)題

觸發(fā)器定義了當(dāng)某些數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)事件發(fā)生時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)采取的動(dòng)作。觸發(fā)器可增強(qiáng)引用完整性,加強(qiáng)復(fù)雜業(yè)務(wù)的規(guī)則,或者監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)的變動(dòng),其實(shí)現(xiàn)主要涉及到觸發(fā)事件的檢測(cè)以及觸發(fā)條件的判決等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

2．1觸發(fā)器的事件檢測(cè)機(jī)制

觸發(fā)器事件檢測(cè)機(jī)制包括對(duì)事件的檢測(cè)和存儲(chǔ),是實(shí)現(xiàn)觸發(fā)器的關(guān)鍵。觸發(fā)器檢測(cè)的事件類(lèi)型比較簡(jiǎn)單,基本事件主要包括對(duì)數(shù)據(jù)的插入、刪除以及更新等。GKD-Base的觸發(fā)器在對(duì)事件檢測(cè)時(shí),直接在相關(guān)事件發(fā)生的前后調(diào)用檢測(cè)函數(shù)截獲并分析事件消息,以確定是否對(duì)觸發(fā)器點(diǎn)火。

觸發(fā)器事件檢測(cè)機(jī)制實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于對(duì)觸發(fā)事件的存儲(chǔ)。觸發(fā)事件具有時(shí)間順序,因此存儲(chǔ)時(shí)也必須按照嚴(yán)格的時(shí)間順序進(jìn)行存儲(chǔ)。綜合比較各個(gè)商用和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的事件表存儲(chǔ)機(jī)制,選擇了Starburst的雙HASH鏈表存儲(chǔ)機(jī)制,如圖1。

圖1Starburst中變遷表的雙Hash結(jié)構(gòu)

這里,變遷表分為兩種類(lèi)型:NEW和OLD,分別對(duì)應(yīng)于觸發(fā)器行級(jí)別操作中的NEW值和OLD值。變遷表中存儲(chǔ)了事件類(lèi)型、當(dāng)前數(shù)據(jù)表以及事件作用的元組。系統(tǒng)可以通過(guò)這個(gè)駐留內(nèi)存的雙HASH鏈表實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)變遷的快速定位和跟蹤處理。

2．2觸發(fā)器的條件判決機(jī)制

觸發(fā)器的條件判決機(jī)制是觸發(fā)器的核心,根據(jù)SQL99標(biāo)準(zhǔn)的定義,可以將觸發(fā)器分為前觸發(fā)、約束判定和后觸發(fā)三種類(lèi)型。這三種類(lèi)型觸發(fā)器的判決順序策略如圖2。

圖2三種類(lèi)型觸發(fā)器的判決順序策略圖

圖3Rete網(wǎng)絡(luò)示意圖

觸發(fā)器的條件評(píng)估是影響觸發(fā)器機(jī)制的最關(guān)鍵因素。在數(shù)據(jù)庫(kù)環(huán)境中,大多數(shù)數(shù)據(jù)修改行為只能影響數(shù)據(jù)庫(kù)的一小部分內(nèi)容,因此沒(méi)必要每次都從頭開(kāi)始評(píng)估觸發(fā)器規(guī)則條件,Rete和TREAT網(wǎng)絡(luò)等增量條件評(píng)估方法已經(jīng)被證明是觸發(fā)器條件評(píng)估(ConditionEvaluation)的有效處理手段。

以Rete網(wǎng)絡(luò)為例(圖3),它是一個(gè)左深度二叉樹(shù),其基本元素包括:

根結(jié)點(diǎn):根結(jié)點(diǎn)接收插入/刪除(+/-)記號(hào)(tokens),并將其傳遞給每一個(gè)后繼結(jié)點(diǎn);

t-const結(jié)點(diǎn):記號(hào)到達(dá)這些結(jié)點(diǎn)后,將根據(jù)該結(jié)點(diǎn)上的條件謂詞進(jìn)行判決,那些通過(guò)測(cè)試的記號(hào)將繼續(xù)傳播下去,沒(méi)有通過(guò)測(cè)試的記號(hào)則被丟棄掉;

α-存儲(chǔ)結(jié)點(diǎn):通過(guò)t-const結(jié)點(diǎn)測(cè)試的記號(hào)將存儲(chǔ)到這個(gè)結(jié)點(diǎn)中,存儲(chǔ)在α-存儲(chǔ)結(jié)點(diǎn)中的每一個(gè)記號(hào)都將同時(shí)被傳遞給該結(jié)點(diǎn)的后繼結(jié)點(diǎn);

AND(連接)結(jié)點(diǎn):這些結(jié)點(diǎn)有兩個(gè)輸入,到達(dá)其中任意一個(gè)輸入結(jié)點(diǎn)的記號(hào)都要通過(guò)AND結(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試,看它是否需要與另外一個(gè)輸入進(jìn)行連接操作。如果是,則連接兩個(gè)輸入的記號(hào)對(duì),將它們合并成一個(gè)組合記號(hào)后再傳遞給后繼的β-存儲(chǔ)結(jié)點(diǎn);

β-存儲(chǔ)結(jié)點(diǎn):存儲(chǔ)連接結(jié)點(diǎn)的輸出,并將輸出同時(shí)傳遞給后繼結(jié)點(diǎn);

P-結(jié)點(diǎn)(規(guī)則結(jié)點(diǎn)):+記號(hào)到達(dá)這里表明應(yīng)該喚醒一個(gè)與該記號(hào)相關(guān)聯(lián)的規(guī)則實(shí)例;-記號(hào)到達(dá)這里表明與其中的標(biāo)簽對(duì)象相關(guān)聯(lián)的已經(jīng)進(jìn)入待執(zhí)行隊(duì)列的規(guī)則實(shí)例應(yīng)該被刪除。

Rete網(wǎng)絡(luò)只支持兩路連接,對(duì)于一個(gè)有多個(gè)關(guān)系參與的規(guī)則定義,不同的連接順序可以得到不同的Rete網(wǎng)絡(luò),根據(jù)數(shù)據(jù)字典信息可以選擇最優(yōu)的執(zhí)行順序。圖3是對(duì)應(yīng)于規(guī)則條件“A.color=“BULE”ANDA.x

3觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)算法

觸發(fā)器的具體實(shí)現(xiàn)可以分為觸發(fā)器創(chuàng)建和調(diào)用,此外還包括觸發(fā)器的修改、刪除等操作。其中觸發(fā)器的創(chuàng)建包括觸發(fā)器的編譯與存儲(chǔ)操作,觸發(fā)器的調(diào)用包括對(duì)觸發(fā)器事件的檢測(cè)和觸發(fā)器動(dòng)作的執(zhí)行。[!--empirenews.page--]

3．1創(chuàng)建觸發(fā)器

觸發(fā)器的創(chuàng)建包括觸發(fā)器的編譯和存儲(chǔ)。觸發(fā)器的編譯涉及到觸發(fā)器的命名、觸發(fā)器事件的正確性檢查、觸發(fā)器引用表的合法性檢查以及觸發(fā)器主體的語(yǔ)法檢查。觸發(fā)器創(chuàng)建之前首先要檢查用戶(hù)是否有創(chuàng)建觸發(fā)器的權(quán)限,以及觸發(fā)器名是否已經(jīng)在存儲(chǔ)觸發(fā)器的數(shù)據(jù)字典中被使用。觸發(fā)事件部分在觸發(fā)器創(chuàng)建時(shí)要進(jìn)行檢查,需要檢查的內(nèi)容包括語(yǔ)法檢查、觸發(fā)器引用的表和列是否存在,以及用戶(hù)是否有針對(duì)這個(gè)表創(chuàng)建觸發(fā)器的權(quán)限。表和列的存在與否可以先調(diào)用GKD-Base的XAPI函數(shù)分析出DML語(yǔ)句中表和列的信息,然后根據(jù)這些信息檢查數(shù)據(jù)字典;權(quán)限的檢查也要到數(shù)據(jù)字典中查詢(xún)。觸發(fā)器的語(yǔ)法檢查通過(guò)調(diào)用PL/SQL引擎的編譯器實(shí)現(xiàn);PL/SQL引擎編譯器對(duì)觸發(fā)器過(guò)程語(yǔ)句塊進(jìn)行編譯,并生成包含觸發(fā)器所有必要信息的語(yǔ)法樹(shù)形式的中間代碼。

保存觸發(fā)器相關(guān)信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)最終需要保存在數(shù)據(jù)字典中。因?yàn)橛|發(fā)器使用單獨(dú)的命名空間,可以設(shè)計(jì)一個(gè)單獨(dú)的系統(tǒng)表作為存儲(chǔ)觸發(fā)器的數(shù)據(jù)字典。數(shù)據(jù)字典應(yīng)該保存觸發(fā)器調(diào)用過(guò)程中必須的信息,類(lèi)似于Oraclesys.trigger$表。觸發(fā)器主體是一個(gè)語(yǔ)句塊,對(duì)它可以當(dāng)作一個(gè)存儲(chǔ)過(guò)程來(lái)處理,單獨(dú)保存在一個(gè)系統(tǒng)表中,通過(guò)觸發(fā)器主體的ID號(hào)與存儲(chǔ)在USER_TRIGGERS表中的其它觸發(fā)器信息相關(guān)聯(lián)。在觸發(fā)器調(diào)用過(guò)程中,根據(jù)觸發(fā)器中的ID來(lái)調(diào)用。

創(chuàng)建觸發(fā)器算法如下:

(1)合法性驗(yàn)證。如當(dāng)前用戶(hù)無(wú)權(quán)執(zhí)行該操作,或者用戶(hù)給出的表不存在,轉(zhuǎn)(6);否則轉(zhuǎn)(2)。

(2)存在性檢查。如當(dāng)前定義的觸發(fā)器與當(dāng)前表以往定義的觸發(fā)器重名或同類(lèi)型,轉(zhuǎn)(6);否則轉(zhuǎn)(3)。

(3)語(yǔ)法檢查。調(diào)用PL/SQL引擎編譯器對(duì)觸發(fā)器語(yǔ)句進(jìn)行編譯,如出現(xiàn)語(yǔ)法或語(yǔ)義錯(cuò)誤,轉(zhuǎn)(6);否則轉(zhuǎn)(4)。

(4)將觸發(fā)器信息寫(xiě)入外存,然后返回觸發(fā)器標(biāo)識(shí)ID。

(5)在數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)表中將(4)中所得標(biāo)識(shí)與觸發(fā)器名填入其中,然后將觸發(fā)器定義的表項(xiàng)插入到USER_TRIGGERS相應(yīng)的系統(tǒng)表項(xiàng)中,轉(zhuǎn)(7)。

(6)釋放所占資源,報(bào)錯(cuò)退出。

(7)釋放資源,正常退出。

3．2觸發(fā)器的調(diào)用

觸發(fā)器的調(diào)用首先要從外存中讀取觸發(fā)器的信息,并寫(xiě)入內(nèi)存相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。觸發(fā)器的內(nèi)存形式是為了更方便地進(jìn)行觸發(fā)器約束條件的檢查而設(shè)立的。為了在觸發(fā)事件發(fā)生時(shí),能立即判斷當(dāng)前被處理對(duì)象是否滿(mǎn)足觸發(fā)約束條件,通過(guò)調(diào)用PL/SQL引擎編譯器將外存中存放觸發(fā)器約束源代碼轉(zhuǎn)換為其內(nèi)存表示,存放在相應(yīng)觸發(fā)器的內(nèi)存結(jié)構(gòu)中。

在觸發(fā)器被調(diào)用前,系統(tǒng)將被同一觸發(fā)事件所觸發(fā)的所有活躍的觸發(fā)器組織成四條鏈,如圖4。

圖4觸發(fā)器鏈?zhǔn)疽鈭D

根據(jù)這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),觸發(fā)器調(diào)用算法如下:

(1)將與觸發(fā)事件相關(guān)的觸發(fā)器按類(lèi)型分別記入SB、SA、RB和RA四條鏈中;如沒(méi)有某種類(lèi)型的觸發(fā)器,則相應(yīng)鏈置空。

(2)如SB不為空,則轉(zhuǎn)SB鏈觸發(fā)操作算法。

(3)如RB不為空,則轉(zhuǎn)RB鏈觸發(fā)操作算法。

(4)對(duì)當(dāng)前數(shù)據(jù)對(duì)象進(jìn)行觸發(fā)事件所規(guī)定的DML操作。

(5)如RA不為空,則轉(zhuǎn)RA鏈觸發(fā)操作算法。

(6)判斷觸發(fā)事件所作用的數(shù)據(jù)記錄是否都被處理完畢,如是,轉(zhuǎn)(7);否則,取出下一條記錄作為當(dāng)前的數(shù)據(jù)對(duì)象,轉(zhuǎn)(3)。

(7)如SA不為空,則轉(zhuǎn)SA鏈觸發(fā)操作算法。

(8)釋放所占的資源,結(jié)束觸發(fā)器調(diào)用的處理。

對(duì)給定觸發(fā)器鏈操作算法如下:

(1)根據(jù)觸發(fā)器調(diào)用算法檢測(cè),當(dāng)前觸發(fā)器鏈不為空,取鏈?zhǔn)子|發(fā)器。

(2)將待處理數(shù)據(jù)對(duì)象的相關(guān)信息代入觸發(fā)條件判斷,如果條件為真,轉(zhuǎn)(3);否則轉(zhuǎn)(4)。

(3)啟動(dòng)一個(gè)PL/SQL解釋執(zhí)行器,對(duì)當(dāng)前觸發(fā)器動(dòng)作鏈中所記錄的動(dòng)作進(jìn)行解釋執(zhí)行。

(4)取鏈中下一個(gè)觸發(fā)器為鏈?zhǔn)?判斷是否為空,如是,轉(zhuǎn)(5);否則轉(zhuǎn)(1)。

(5)完成當(dāng)前觸發(fā)器鏈操作,返回觸發(fā)器調(diào)用算法繼續(xù)。

觸發(fā)器的更新操作是對(duì)一個(gè)觸發(fā)器進(jìn)行編譯后,替換已存在的作用在同一個(gè)表上的同名觸發(fā)器,基本操作與觸發(fā)器的創(chuàng)建是一致的;觸發(fā)器的刪除操作步驟主要是在數(shù)據(jù)字典中對(duì)指定的觸發(fā)器進(jìn)行查詢(xún)并刪除。這里不再詳述。

參考文獻(xiàn)

1唐揚(yáng),熊偉,陳宏盛等.GKD-BasePL/SQL引擎實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)研究.電子技術(shù)應(yīng)用,2004;30(8)

2TomPortfolio.PL/SQLUser´sGuideandReference.Release8.1.6,OracleCorporation.1999

3J.Widom,S.Finkelstein.SetOrientedProductionRulesinRelationalDatabaseSystems.In

Proc.ACMSIGMOD,1990

4Doorenbos,R.B.,Matching100,000learnedrules.InPro-ceedingsoftheEleventhNational

ConferenceonArtificialIntelligence,pages290～296,1993

5C.-L.Forgy.Rete:aFastAlgorithmfortheManyPattern/ManyObjectPattern

MatchProblem.ArtificialIntelligence,1982

6Miranker,D.P.TREAT:ANEWandEfficientMatchAlgo-rithmforAIProductionSystems.

MorganKaufmann,SanMateo,CA.