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數(shù)據(jù)庫(kù)的獨(dú)立性——如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)操作的分離
隨著信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)庫(kù)成為了應(yīng)用開(kāi)發(fā)領(lǐng)域中不可或缺的一環(huán)。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)不僅提供了一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理的平臺(tái)，還可以幫助開(kāi)發(fā)人員快速地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的增刪改查等操作，大大提高了應(yīng)用開(kāi)發(fā)的效率。然而，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，數(shù)據(jù)庫(kù)的獨(dú)立性問(wèn)題對(duì)于開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)是一個(gè)必須要面臨的難題。本文將從數(shù)據(jù)庫(kù)的獨(dú)立性問(wèn)題入手，探討如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)操作的分離。
什么是數(shù)據(jù)庫(kù)的獨(dú)立性？
在開(kāi)發(fā)應(yīng)用時(shí)，會(huì)涉及到訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作，而不同的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)可能有不同的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和訪問(wèn)方式，比如說(shuō)MySQL、Oracle、SQL Server等，針對(duì)不同的數(shù)據(jù)庫(kù)需要編寫(xiě)不同的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)代碼。數(shù)據(jù)庫(kù)的獨(dú)立性就是指應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)之間的耦合程度越低，對(duì)于應(yīng)用程序而言，開(kāi)發(fā)人員不需要考慮采用何種數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，只需要關(guān)注自己的業(yè)務(wù)邏輯。
數(shù)據(jù)庫(kù)的獨(dú)立性有三個(gè)層面：外部獨(dú)立性、概念獨(dú)立性和物理獨(dú)立性。
外部獨(dú)立性就是指在修改數(shù)據(jù)庫(kù)的外部模式時(shí)，對(duì)應(yīng)用程序的影響最小，并且不需要修改應(yīng)用程序的代碼。例如，如果一個(gè)應(yīng)用程序需要訪問(wèn)一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中的客戶信息，當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)的外部模式改變時(shí)，應(yīng)用程序仍然可以正常訪問(wèn)相同的客戶信息，而不需要修改應(yīng)用程序的代碼。
概念獨(dú)立性就是指在修改數(shù)據(jù)庫(kù)的概念模式時(shí)，對(duì)應(yīng)用程序的影響最小，并且不需要修改應(yīng)用程序的代碼。例如，在一個(gè)電商網(wǎng)站中，產(chǎn)品和訂單是兩個(gè)主要的概念，如果數(shù)據(jù)庫(kù)的概念模式發(fā)生了變化，比如說(shuō)產(chǎn)品屬性增加了一項(xiàng)，訂單需要添加一個(gè)支付方式，應(yīng)用程序也不需要發(fā)生大的改變。
物理獨(dú)立性就是指在修改數(shù)據(jù)庫(kù)的物理存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)時(shí)，對(duì)應(yīng)用程序的影響最小，并且不需要修改應(yīng)用程序的代碼。例如，如果原來(lái)使用Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)，現(xiàn)在要將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)中，應(yīng)用程序?qū)τ跀?shù)據(jù)的訪問(wèn)方式不需要進(jìn)行改變。
如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)操作的分離？
數(shù)據(jù)庫(kù)真正的獨(dú)立性需要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)操作的分離。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)指的是數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的存儲(chǔ)方式，數(shù)據(jù)操作則是指對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行增刪改查等操作。
實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)操作的分離，可以使應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)之間的耦合度最小化，大大提高應(yīng)用程序的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。下面詳細(xì)介紹一下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)操作的分離的幾種方法。
1. 使用ORM框架
ORM（Object Relational Mapping）框架是一種將對(duì)象模型和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)之間的映射的編程技術(shù)。ORM框架把數(shù)據(jù)庫(kù)中的表和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為對(duì)象和屬性，開(kāi)發(fā)人員只需要面向?qū)ο缶幊?，無(wú)需關(guān)心底層的數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)。ORM框架在應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫(kù)之間建立了一個(gè)抽象的中間層，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)操作的分離。在使用ORM框架時(shí)，不需要寫(xiě)SQL語(yǔ)句，只需要在ORM框架中定義好實(shí)體對(duì)象和數(shù)據(jù)表的映射關(guān)系和需要進(jìn)行的操作，框架即可自動(dòng)生成對(duì)應(yīng)的SQL語(yǔ)句并執(zhí)行。
目前比較流行的ORM框架有：Hibernate、MyBatis、Spring Data JPA等，每個(gè)框架都有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和適用場(chǎng)景，選擇合適的ORM框架可以大大提高開(kāi)發(fā)人員的效率和代碼的可維護(hù)性。
2. 使用數(shù)據(jù)訪問(wèn)層
數(shù)據(jù)訪問(wèn)層（Data Access Layer，簡(jiǎn)稱DAL）是一個(gè)位于應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫(kù)之間的一個(gè)抽象層，負(fù)責(zé)處理應(yīng)用程序與底層數(shù)據(jù)庫(kù)之間的通信，把應(yīng)用程序的請(qǐng)求轉(zhuǎn)化為對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作。數(shù)據(jù)訪問(wèn)層的主要作用是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)操作的分離，任何應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫(kù)之間的相互作用都要通過(guò)這一層進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)訪問(wèn)層的優(yōu)點(diǎn)在于可以封裝底層的細(xì)節(jié)邏輯，同時(shí)提高代碼執(zhí)行效率和安全性。
數(shù)據(jù)訪問(wèn)層的實(shí)現(xiàn)方法比較多，可以手動(dòng)編寫(xiě)，也可以使用自動(dòng)生成的工具。手動(dòng)編寫(xiě)時(shí)，需要建立數(shù)據(jù)庫(kù)連接、執(zhí)行SQL語(yǔ)句等操作，而使用自動(dòng)生成工具時(shí)，可以自動(dòng)根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中的表結(jié)構(gòu)生成相應(yīng)的實(shí)體類和訪問(wèn)方法。
數(shù)據(jù)訪問(wèn)層的實(shí)現(xiàn)還有一種比較流行的方式是采用存儲(chǔ)過(guò)程。存儲(chǔ)過(guò)程是一段預(yù)編譯的程序代碼，可以將其存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。通過(guò)存儲(chǔ)過(guò)程，開(kāi)發(fā)人員可以在數(shù)據(jù)庫(kù)中定義復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯，可以大大提高應(yīng)用程序的執(zhí)行效率和安全性。
3. 使用RESTful API
RESTful API是現(xiàn)代Web應(yīng)用程序的一種設(shè)計(jì)風(fēng)格，可以用來(lái)處理不同客戶端之間的數(shù)據(jù)通信。RESTful API以統(tǒng)一資源描述符（Uniform Resource Identifier，URI）為系統(tǒng)資源，通過(guò)HTTP協(xié)議中的GET、POST、PUT、DELETE等操作來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的操作。RESTful API可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)操作的分離，對(duì)于應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)，只需要通過(guò)一組API接口來(lái)與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行通信，不需要關(guān)心底層的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和操作方式。
使用RESTful API時(shí)，需要在服務(wù)器端建立一個(gè)控制器，負(fù)責(zé)處理客戶端請(qǐng)求?？刂破餍枰鶕?jù)請(qǐng)求中的HTTP方法和URI，調(diào)用相應(yīng)的服務(wù)層邏輯進(jìn)行處理，處理結(jié)果返回給客戶端。在控制器中，可以使用ORM框架或者數(shù)據(jù)訪問(wèn)層，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)操作的分離。
在應(yīng)用開(kāi)發(fā)中，數(shù)據(jù)庫(kù)的獨(dú)立性是非常重要的一個(gè)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)操作的分離可以幫助開(kāi)發(fā)人員減少與底層數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的耦合度，提高代碼的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性，同時(shí)使應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)之間的耦合度越低。
本文介紹了一些實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)操作分離的方法，比如使用ORM框架、數(shù)據(jù)訪問(wèn)層和RESTful API等方式。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景和需求選擇合適的實(shí)現(xiàn)方案。通過(guò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)操作的分離，可以幫助開(kāi)發(fā)人員更好地處理數(shù)據(jù)庫(kù)的獨(dú)立性問(wèn)題，提高應(yīng)用開(kāi)發(fā)的效率和質(zhì)量。
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數(shù)據(jù)獨(dú)立性包括哪兩個(gè)方面含義分別是什么
分為數(shù)據(jù)邏輯獨(dú)立性與數(shù)據(jù)物理獨(dú)立性兩個(gè)方面。含義如下：
1.數(shù)據(jù)邏輯獨(dú)立性：當(dāng)模式改變時(shí)，由數(shù)據(jù)庫(kù)管理員對(duì)各個(gè)外模式、模式映象作相顫祥指應(yīng)改變，可使外模式保持不變。應(yīng)用程序依據(jù)數(shù)據(jù)的外模式編寫(xiě)，從而應(yīng)用程序不必修改，保證了數(shù)據(jù)與程序的邏輯獨(dú)立性，簡(jiǎn)稱為數(shù)據(jù)邏輯獨(dú)立性。
2.數(shù)據(jù)物理獨(dú)立性：當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)等內(nèi)模式改變，由數(shù)據(jù)宴唯庫(kù)管理員對(duì)模式、內(nèi)模式映象作相應(yīng)改變，可使模式保持不變，從而應(yīng)用程序不必改變，保證了數(shù)據(jù)與程序的物理獨(dú)立性，簡(jiǎn)稱為數(shù)據(jù)物理獨(dú)立茄配性。
為什么數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)與程序的獨(dú)立性
具體原因如下。
數(shù)據(jù)與程序的物理獨(dú)立性：當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)改變了，由數(shù)據(jù)庫(kù)管理員對(duì)模式／內(nèi)模式映像做相應(yīng)改變，可以使模式保持不變，從而應(yīng)用程序也不必改變，數(shù)據(jù)與程序的邏輯獨(dú)立性：當(dāng)模式改變時(shí)（例如增加新的關(guān)系、新的屬性、改變屬性的數(shù)據(jù)類型等），由數(shù)據(jù)庫(kù)管理員對(duì)各個(gè)外模式／模式的映像做相應(yīng)改變，數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)在三級(jí)模式之間提供的兩層映像保證了數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)能夠具有較高的邏輯獨(dú)立性和物理獨(dú)立性。
數(shù)據(jù)配悉祥庫(kù)系統(tǒng)（databasesystems），是由數(shù)據(jù)庫(kù)及其管理軟件組成的系統(tǒng)。它是為適應(yīng)數(shù)據(jù)處理的需要而發(fā)展起來(lái)的一種較為理想的數(shù)據(jù)處理的核心機(jī)構(gòu)。它是培搏一個(gè)實(shí)際可運(yùn)行的陸搏存儲(chǔ)、維護(hù)和應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)的軟件系統(tǒng)，是存儲(chǔ)介質(zhì)、處理對(duì)象和管理系統(tǒng)的體。
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