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以体系结构为中心的数据库设计方法及应用

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摘?要：在软件系统分析和设计过程中，围绕软件体系结构这一中心，利用类图模型和关系型数据库关系模型之间的映射，可以加速数据库设计。文章结合某高校智慧校园建设重点项目“科研管理系统数据库设计”实例，提出了一种综合面向对象的数据库设计方法和UML方法，是以多层软件体系结构为中心的数据库设计方法。文章重点介绍了在多层软件体系结构框架内，类、类的方法到关系型数据库的表、视图、存储过程的映射方法。

关键词：软件体系结构;关系型数据库;映射;面向对象分析与设计;智慧校园

：TP311.13文献标志码：B：1673-8454（2020）05-0089-05

数据库设计是指对于一个给定的应用环境，构造数据逻辑模式和存储方式，建立数据库，使其能够满足各种应用对数据的需求[1]。常用的以数据为中心的方法把数据库设计分为六个阶段：①需求分析;②概念结构设计;③逻辑结构设计;④物理结构设计;⑤数据库实施;⑥数据库运行和维护[2]。数据库设计方法的选择是决定数据库设计质量的关键因素。目前，常用的数据库设计的方法有新奥尔良方法、基于E-R模型的方法、3NF方法、面向对象方法、UML方法等[3]。这些方法对数据库设计走向规范化、标准化起到巨大的推动作用，但随着数据库越来越庞大、应用越来越复杂、用户要求越来越高，上述的方法暴露出一些局限性[4]。以软件体系结构为中心的数据库方法为数据库设计提供了新的思路。该方法综合了面向对象数据库设计方法和UML方法的优点，在面向对象的系统分析和系统设计阶段，突出以软件体系结构为中心，把类分析、类设计和数据库设计过程结合起来，快速进行高质量、规范化的数据库应用系统开发。

一、多层软件体系结构

软件体系结构是软件系统的映射，它定义了软件系统的不同组成部分、它们之间的关系和交互、通信机制、以及如何修改系统组件、如何添加新组件等整体规则[5]。

依据层模式理论建立的多层软件体系结构广泛应用于软件系统的搭建。在层模式理论指导下，基于微软ASP.NETMVC框架，可以设计出一种通用的多层软件体系结构。这种多层软件体系结构划分为用户接口层（UserInterfaceLayer，UIL）、业务逻辑层（BusinessLogicLayer，BLL）、数据访问层（DataAccessLayer，DAL）、实体域层（EntityDomainLayer，EDL）和数据存储层（DataStorageLayer，DSL），共五层（见图1）。

这里的用户接口层UIL主要是指用户界面;业务逻辑层BLL实现数据验证、计算、业务规则等[6];数据访问层主要由数据库、文件系统等组成，通过与数据库交互，数据访问层DAL实现对数据库对象（表、视图、存储过程等）的操作;实体域层EDL集中了对同一类业务实体或概念的抽象描述系统的实体类[7];数据存储层DSL用来存储系统永久性对象，主要是数据库和文件系统。这种多层软件体系结构对软件系统进行逻辑层次划分，可以将业务逻辑和业务实体分离出来，实现类、组件的重用。

二、以软件体系结构为中心的数据库设计方法

以软件体系结构为中心进行数据库设计，突出了软件体系结构的核心地位，改变传统的以数据为中心的思想。在软件体系结构框架内，把类的分析和设计与数据库设计结合起来，利用基于UML的面向对象系统分析和设计得到的类图模型映射到关系数据库关系模型，把类的方法映射到关系数据库对象视图或存储过程。

实体域层中的类到数据库表的映射。实体域层中的实体类映射到数据存储层数据库基本表。实体类的属性映射为表的字段（列），而其中实体类的关键属性映射为數据库表的主键，特殊情况如关联类转化来的实体类由属性组合映射为数据库关联表的主键，属性的类型映射为数据库中相应数据类型。数据库表之间联系的设计可通过实体类之间的关系映射得到[8]。

数据访问层类的方法到数据库视图或存储过程的映射。数据访问层类的方法映射为数据库视图或存储过程，并通过嵌入在方法体中的SQL语句在数据库操作中执行这些视图或存储过程。

三、高校科研管理系统数据库设计应用

山东某高校是一所具有行业特色的综合性普通高等院校。应智慧校园建设工作需要，该校急需开发一套服务于科研管理人员、研究人员和高层领导的可进行项目、成果、科研机构和人员、科研考核、科研信息统计分析、科研资源共享的高质量的科研管理应用软件。

高校科研管理系统的开发包括Web应用开发和数据库设计两部分。该科研管理软件总体架构采用了.Net框架下基于MVC设计模式的多层软件体系结构。数据存储选择利用MicrosoftSQLServer2008企业版数据库系统存储和处理业务数据加文件系统的混合模式方案。在系统开发过程中，考虑到开发质量和效率，