GKD-Base是一個(gè)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，經(jīng)過十幾年的發(fā)展和應(yīng)用，該系統(tǒng)已經(jīng)被證明是穩(wěn)定可靠的。但是，隨著應(yīng)用需求向深度和廣度的發(fā)展，GKD-Base在很多方面都暴露出了不足，如不支持過程式SQL語言、不支持存儲(chǔ)過程和函數(shù)、缺少觸發(fā)器功能等，這都為GKD-Base數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用帶來了不小的障礙。
　　為此筆者開發(fā)了GKD-Base PL/SQL引擎，其兼容Oracle PL/SQLV2.3規(guī)范。進(jìn)而在引擎的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了GKD-Base DML觸發(fā)器功能^[1]。但目前GKD-Base對(duì)于視圖更新的支持還很不夠，對(duì)于連接視圖的更新有著十分嚴(yán)格的限制。國外數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)" title="數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)">數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)如Oracle^[2]、SQL Server^[3]、PostgreSQL^[4]等都提供了所謂的Instead-Of視圖觸發(fā)器來支持視圖更新。定義有Instead-Of觸發(fā)器的視圖被DML語句操作時(shí)，相應(yīng)的DML語句不執(zhí)行，而觸發(fā)器體被執(zhí)行，于是用戶可以按照自己定義的語義修改定義視圖的基本表，以達(dá)到修改視圖的目的。因此，為了使GKD-Base適應(yīng)應(yīng)用需求的發(fā)展，在GKD-Base PL/SQL引擎的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了GKD-Base Instead-Of視圖觸發(fā)器功能^[1]。
1 視圖更新歧義問題
　　視圖是虛擬的關(guān)系，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中只存儲(chǔ)它的定義，不存儲(chǔ)元組數(shù)據(jù)。一個(gè)視圖可以看成一個(gè)臨時(shí)關(guān)系，視圖是產(chǎn)生這種臨時(shí)關(guān)系的查詢定義^[5]。
　　由于視圖是虛擬的關(guān)系，對(duì)視圖的更新操作必須映射到對(duì)相應(yīng)的基本表操作才能實(shí)現(xiàn)。完成視圖更新后的數(shù)據(jù)庫狀態(tài)由視圖定義導(dǎo)出一個(gè)新的視圖狀態(tài)，新的視圖狀態(tài)對(duì)應(yīng)由原視圖狀態(tài)直接完成視圖的更新操作。

　　如圖1所示，u是關(guān)系數(shù)據(jù)庫DB的視圖v(DB)的更新操作，T(u)是對(duì)視圖更新操作的變換，它作用到DB上產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)庫狀態(tài)DB′、新的視圖狀態(tài)v(DB′)。正確的視圖更新操作使得u(v(DB))＝ v(DB′)。但是對(duì)視圖更新操作的變換T(u)并不總存在^[6]。即使存在，也不總是惟一的。視圖的更新存在固有的歧義性，僅有上面的語義是不夠的。
　　并且，由于視圖本身的歧義性和語義不完整性^[7]，無法對(duì)于有著集合操作符(如：UNION、MINUS等)、聚集函數(shù)(如：SUM、AVE等)和GROUP BY子句的視圖更新提供支持。
2 Instead-Of觸發(fā)器設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
2.1 PL/SQL引擎體系結(jié)構(gòu)
　　根據(jù)PL/SQL語言兼有過程式語句和SQL語句的特點(diǎn)，GKD-Base PL/SQL引擎把過程式語句和SQL語句分開處理。為了降低引擎實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜程度，從功能性的角度將整個(gè)引擎劃分為前端編譯器和后端解釋執(zhí)行器" title="執(zhí)行器">執(zhí)行器，每個(gè)處理模塊盡量降低相互間的耦合程度。
　　前端編譯器包括語言預(yù)處理、SQL語句分析、過程語句分析以及中間代碼生成等功能。PL/SQL語句塊輸入后，由語言預(yù)處理功能分離成SQL語句和過程語句。對(duì)于SQL語句，由GKD-Base SQL引擎解析后，建立SQL語句結(jié)點(diǎn)，進(jìn)行相應(yīng)的變量綁定和語法檢查，檢查無誤后產(chǎn)生語法樹形式的中間代碼。對(duì)于過程語句，將語句成分進(jìn)行語法分析，在分析中把聲明的變量和數(shù)據(jù)類型加入到名字空間和符號(hào)表中，同時(shí)產(chǎn)生語法樹形式的中間代碼。
　　后端解釋執(zhí)行器的功能就是對(duì)前端編譯器生成的中間代碼進(jìn)行解釋執(zhí)行。因此在結(jié)構(gòu)上，解釋執(zhí)行器與編譯器對(duì)應(yīng)，也有過程語句執(zhí)行模塊和SQL語句執(zhí)行模塊，過程語句解釋執(zhí)行器解釋執(zhí)行過程語句的中間代碼，SQL命令則直接由SQL引擎執(zhí)行。另外，解釋器還包括例外處理模塊，負(fù)責(zé)檢查錯(cuò)誤和報(bào)告錯(cuò)誤^[8]。
2.2 Instead-Of觸發(fā)器設(shè)計(jì)
2.2.1觸發(fā)器模型
　　GKD-Base DML觸發(fā)器采用傳統(tǒng)的ECA(Event-Condition-Action，事件—條件—?jiǎng)幼?規(guī)則設(shè)計(jì)。與之類似的Instead-Of 視圖觸發(fā)器也采用了ECA規(guī)則。
　　為了適應(yīng)觸發(fā)器的具體情況，在GKD-Base中，Instead-Of 視圖觸發(fā)器擴(kuò)展為一個(gè)四元組模型：Trigger:= 。其中：
　　E(Event)：激發(fā)Instead-Of 視圖觸發(fā)器的事件。這里主要是指操作視圖的DML事件，包括Insert、 Delete和Update等。
　　C(Condition)：定義觸發(fā)器時(shí)指定的條件。是一個(gè)一元謂詞表達(dá)式。
　　A(Action)：當(dāng)Event發(fā)生，并且Condition為真時(shí)，觸發(fā)的動(dòng)作。
　　S(Status)：觸發(fā)器有活躍和休眠兩種狀態(tài)，觸發(fā)器處于活躍狀態(tài)時(shí)，才可被激發(fā)。
2.2.2 觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)框架
　　觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)框架如圖2所示。觸發(fā)器類別判決器是在系統(tǒng)執(zhí)行SQL語句之前，對(duì)SQL語句的操作對(duì)象進(jìn)行判斷，如果是對(duì)基本表操作，則啟動(dòng)DML觸發(fā)器的監(jiān)測功能;如果是對(duì)視圖進(jìn)行操作，則啟動(dòng)Instead-Of 視圖觸發(fā)器的監(jiān)測功能。事件監(jiān)視器是在有關(guān)的系統(tǒng)行為發(fā)生時(shí)，為各種預(yù)定的事件給觸發(fā)器調(diào)度器發(fā)送信號(hào)。觸發(fā)器調(diào)度器接收事件監(jiān)視器的信號(hào)，從數(shù)據(jù)字典中獲取該事件點(diǎn)火的所有觸發(fā)器，并且按照特定的順序排序，調(diào)用條件評(píng)價(jià)器檢查各觸發(fā)器的觸發(fā)條件是否滿足，若滿足則由觸發(fā)器調(diào)度器通知PL/SQL引擎解釋執(zhí)行該觸發(fā)器的動(dòng)作代碼。條件評(píng)價(jià)器是用來檢查觸發(fā)條件是否滿足的部件。對(duì)于語句級(jí)觸發(fā)器，由于不存在觸發(fā)條件子句，所以觸發(fā)條件始終為真。對(duì)于行(元組)級(jí)觸發(fā)器，條件評(píng)價(jià)器可以將其觸發(fā)條件WHEN子句轉(zhuǎn)換成一個(gè)PL/SQL語言的IF語句，然后由PL/SQL引擎實(shí)現(xiàn)觸發(fā)器條件的計(jì)算。

2.3 Instead-Of觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)
2.3.1 觸發(fā)器謂詞以及new和old元組的設(shè)計(jì)
　　觸發(fā)器謂詞是指觸發(fā)器內(nèi)部用來標(biāo)識(shí)激發(fā)觸發(fā)器動(dòng)作的DML語句的布爾變量，為：INSERTING、UPDATING、DELETING。其分別對(duì)應(yīng)于PL/SQL程序中的三個(gè)布爾變量，它們?cè)诰幾g觸發(fā)器時(shí)被加載到符號(hào)表中，在調(diào)用PL/SQL引擎執(zhí)行觸發(fā)器動(dòng)作體之前，它們的值被準(zhǔn)備好，供PL/SQL引擎取用。
　　NEW和OLD元組作為PL/SQL程序中的記錄樣式加載到符號(hào)表中，被編譯器引用。其記錄域與新舊元組對(duì)應(yīng)的表的各個(gè)屬性一一對(duì)應(yīng)。在調(diào)用PL/SQL引擎執(zhí)行觸發(fā)器動(dòng)作體之前，必須準(zhǔn)備好NEW和OLD的值。但NEW和OLD元組是偽記錄類型，不能完全按照記錄的語法來訪問^[12]。這一點(diǎn)必須在編譯時(shí)加入新的語義規(guī)則。
2.3.2 Instead-Of觸發(fā)器的編譯與存儲(chǔ)
　　功能：編譯觸發(fā)器定義語句后，將觸發(fā)器信息存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)字典中。
　　輸入：一條用戶輸入的觸發(fā)器定義語句。
　　輸出：觸發(fā)器數(shù)據(jù)字典的元組。
　　(1)判斷當(dāng)前事務(wù)是否存在，如果存在，則提交當(dāng)前事務(wù)，并開始一個(gè)新事務(wù)；否則，直接開始一個(gè)新事務(wù)。
　　(2)用戶權(quán)限檢查。如果當(dāng)前用戶無權(quán)執(zhí)行該操作，轉(zhuǎn)(12)；否則轉(zhuǎn)(3)。
　　(3)檢查觸發(fā)表(視圖)名及觸發(fā)事件所涉及的屬性是否存在。在GKD-Base的數(shù)據(jù)字典SYS.TABLES中查找，如果觸發(fā)表或某個(gè)屬性不存在，轉(zhuǎn)(12)；否則，轉(zhuǎn)(4)。
　　(4)觸發(fā)器名存在性檢查。如果當(dāng)前定義的觸發(fā)器與以往定義的某個(gè)觸發(fā)器重名，轉(zhuǎn)(5)；否則轉(zhuǎn)(7)。
　　(5)如果聲明語句中沒有包含 OR REPLACE選項(xiàng)，轉(zhuǎn)(12)；否則，轉(zhuǎn)(6)。
　　(6)如果觸發(fā)表(視圖)不一致，轉(zhuǎn)(12)；否則轉(zhuǎn)(7)(觸發(fā)表指定義了DML觸發(fā)器或Instead-Of 視圖觸發(fā)器的基本表或視圖)。
　　(7)檢查定義觸發(fā)器的合法性，DML觸發(fā)器只能定義在基本表上，而Instead-Of視圖觸發(fā)器只能定義在視圖上。檢查合法，轉(zhuǎn)(8)，否則轉(zhuǎn)(12)。
　　(8)調(diào)用PL/SQL引擎編譯觸發(fā)器動(dòng)作體，并且將觸發(fā)器的WHEN條件子句轉(zhuǎn)換成一個(gè)IF語句，這個(gè)IF語句的真值部分包括了觸發(fā)器動(dòng)作體。如果觸發(fā)器動(dòng)作體中出現(xiàn)語法或語義錯(cuò)誤，轉(zhuǎn)(12)；否則轉(zhuǎn)(9)。
　　(9)在數(shù)據(jù)字典SYS.TRIGGERS表中插入一個(gè)新元組，填入此觸發(fā)器的信息。如果出現(xiàn)磁盤I/O錯(cuò)誤，轉(zhuǎn)(12)；否則轉(zhuǎn)(10)。
　　(10)釋放所占資源。
　　(11)提交當(dāng)前事務(wù)，正常結(jié)束。
　　(12)回滾當(dāng)前事務(wù)，報(bào)錯(cuò)退出。
2.3.3 Instead-Of視圖觸發(fā)器的點(diǎn)火執(zhí)行
　　與DML觸發(fā)器不同，Instead-Of 視圖觸發(fā)器在激發(fā)時(shí)，不必考慮各種觸發(fā)器(如語句級(jí)前觸發(fā)器和行級(jí)后觸發(fā)器)之間的相互纏結(jié)。其點(diǎn)火算法也相對(duì)簡單。 在觸發(fā)事件當(dāng)前的事務(wù)中構(gòu)造一條SQL查詢語句，從觸發(fā)器數(shù)據(jù)字典表中獲取與該觸發(fā)事件相關(guān)的處于活躍狀態(tài)的Instead-Of視圖觸發(fā)器元組。如果查詢結(jié)果不為空，將觸發(fā)器條件轉(zhuǎn)換成一個(gè)PL/SQL語言的IF語句，并將觸發(fā)事件當(dāng)前所用到的元組值(新值和舊值)準(zhǔn)備好，啟動(dòng)PL/SQL引擎，對(duì)觸發(fā)器動(dòng)作體的源代碼進(jìn)行解釋執(zhí)行。釋放所占的資源，結(jié)束觸發(fā)器調(diào)用。
3 系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例
3.1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
　　Rooms表如表1所示，Classes表如表2所示。在Classes表和Rooms表中Room_ID相等的連接條件上創(chuàng)建一個(gè)名為Classes_rooms的視圖，進(jìn)行連接運(yùn)算。Classes_rooms視圖如表3所示。

　　定義關(guān)于Classes_rooms 的Update語義：通過對(duì)Classes_rooms的Update操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)班級(jí)某門課程占用教室的調(diào)整。通過Instead-Of觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)：如果修改了Classes_rooms的Dept和Course屬性，那么就修改Classes基本表的相應(yīng)屬性，如果修改了Classes_rooms的Building和Room_Num屬性，那么就修改Rooms基本表的相應(yīng)屬性。再適當(dāng)調(diào)整兩個(gè)基本表的Room_ID。
3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
　　執(zhí)行UPDATE classes_rooms SET Dept=‘NUT’, course = 307 WHERE building=‘Buidling 7’ AND room_num = 201; 查詢更新后的視圖，觀察Instead-Of觸發(fā)器對(duì)視圖的作用。
　　表4、表5、表6演示了本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。由結(jié)果可知，通過Instead-Of觸發(fā)器，成功地對(duì)Classes_rooms視圖進(jìn)行了修改，將歷史系101課的教室調(diào)整給了營養(yǎng)系307課程使用。通過以上應(yīng)用實(shí)例驗(yàn)證了Instead-Of觸發(fā)器帶給數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的視圖修改功能。

　　本文參照Oracle PL/SQL V2.3 語言規(guī)范，在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)GKD-Base 的PL/SQL引擎的基礎(chǔ)上，給出了Instead-Of 視圖觸發(fā)器的編譯存儲(chǔ)和點(diǎn)火執(zhí)行的相關(guān)算法，設(shè)計(jì)了Instead-Of視圖觸發(fā)器編譯及執(zhí)行處理模塊，從而在實(shí)現(xiàn)DML 觸發(fā)器的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了Instead-Of 視圖觸發(fā)器，并在實(shí)際中得到了驗(yàn)證。擴(kuò)展了GKD-Base的功能，使其能夠應(yīng)用于更多的領(lǐng)域。