區(qū)別于傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(RDBMS)，時態(tài)數(shù)據(jù)庫(Temporal Database)主要用于記錄那些隨著時間而變化的值的歷史。而這些歷史值對應(yīng)用領(lǐng)域而言又是重要的，這類應(yīng)用有：金融、保險、預(yù)訂系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)等。
什么是時態(tài)數(shù)據(jù)庫
目前時態(tài)數(shù)據(jù)庫還沒有像如Oracle數(shù)據(jù)庫、SQL Server等大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫那樣的產(chǎn)品。在當(dāng)前時態(tài)數(shù)據(jù)庫技術(shù)尚未完全成熟的現(xiàn)狀下，DBMS提供商不會輕易把時態(tài)處理功能引入現(xiàn)有的DBMS中，因此，利用成熟的RDBMS數(shù)據(jù)庫，建立時態(tài)數(shù)據(jù)庫的中間件，在現(xiàn)階段是一個較好的選擇，因此就應(yīng)運而生TimeDB和TempDB了。
時態(tài)數(shù)據(jù)庫理論的基本概念
時態(tài)數(shù)據(jù)庫理論提出了三種基本時間：用戶自定義時間、有效時間和事務(wù)時間。同時把數(shù)據(jù)庫分為四種類型：快照數(shù)據(jù)庫、回滾數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫和雙時態(tài)數(shù)據(jù)庫。
? 用戶自定義時間：指用戶根據(jù)自己的需要或理解定義的時間。時態(tài)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)不處理用戶自己定義的時間類型。因此，用戶自定義時間是和應(yīng)用相關(guān)的，不在時態(tài)數(shù)據(jù)庫處理的范圍之內(nèi)。
? 有效時間（valid-時間）：指一個對象在現(xiàn)實世界中發(fā)生并保持的時間，即該對象在現(xiàn)實世界中語義為真的時間，包含Valid-From和Valid-To兩個值。它可以指示過去、現(xiàn)在和未來。例如，考慮事實“小明從2003年到2007年是大學(xué)生”，那么時間區(qū)間[2003, 2007]是事實“小明是大學(xué)生”的有效時間區(qū)間，該事實在該時間區(qū)間內(nèi)為真。有效時間可以是時間點、時間點的集合、時間區(qū)間或者時間區(qū)間的集合，或者是整個時間域。有效時間由時態(tài)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)解釋并處理，在查詢的過程中對用戶透明。用戶也可以顯式地查詢和更新有效時間。
? 事務(wù)時間（Transaction-時間）：指一個數(shù)據(jù)庫對象發(fā)生操作的時間，是一個事實存儲在數(shù)據(jù)庫、或者在數(shù)據(jù)庫中發(fā)生改變的時間，包含Transaction-From和Transaction-To兩個值。當(dāng)用戶對數(shù)據(jù)庫狀態(tài)進行更改時，會產(chǎn)生各種操作歷史，事務(wù)時間真實地記錄了數(shù)據(jù)庫狀態(tài)變更的歷史。有時也稱事務(wù)時間為系統(tǒng)時間。
? 快照數(shù)據(jù)庫：快照數(shù)據(jù)庫是反映現(xiàn)實世界某一瞬間情況的數(shù)據(jù)模型。它記錄了特定時刻的數(shù)據(jù)庫狀態(tài)。快照數(shù)據(jù)庫采用這樣的假設(shè)：一個存儲在數(shù)據(jù)庫中的元組，一定是真實世界中的有效事實。
? 歷史數(shù)據(jù)庫：數(shù)據(jù)庫中被管理對象的生命周期是對象的有效時間，每一個元組記錄了數(shù)據(jù)的一個“歷史”狀態(tài)。歷史數(shù)據(jù)庫中沒有約束時間的表示方法，可以是時間點的集合、時間區(qū)間或者區(qū)間集合等形式表示。
?回滾數(shù)據(jù)庫：數(shù)據(jù)庫中被管理對象的生命周期是事務(wù)時間的數(shù)據(jù)庫。它保存了數(shù)據(jù)庫中事務(wù)提交、狀態(tài)演變的歷史狀態(tài)。
?雙時態(tài)數(shù)據(jù)庫：數(shù)據(jù)庫中元組包含一個系統(tǒng)支持的有效時間和一個系統(tǒng)支持的事務(wù)時間的數(shù)據(jù)庫，稱為雙時態(tài)數(shù)據(jù)庫。雙時態(tài)數(shù)據(jù)庫具備了快照數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫和回滾數(shù)據(jù)庫的特點，存儲了現(xiàn)實世界和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的變更歷史。
? Now：Now的中文意思是當(dāng)前時間，是一個時間變元，隨著當(dāng)前時間的變化而變化，記錄了隨時間變化的信息，它的有效值依賴于當(dāng)前時間。但在很多應(yīng)用當(dāng)中，now值還能表示“過去”和“未來”時間，這就是now語義的研究課題，它對于提高時態(tài)系統(tǒng)查詢效率具有比較重要的意義。有關(guān)now語義的討論可參見 軟件學(xué)報 Vol. 16, No.5 (2005) 838-845
時態(tài)數(shù)據(jù)庫腳本ATSQL的使用
時態(tài)數(shù)據(jù)處理構(gòu)件根據(jù)ATSQL2的語法引入了Now、Beginning和Forever三個變元。Beginning和Forever分別表示時態(tài)數(shù)據(jù)處理構(gòu)件所能表示的時間起點和終點。Now表示當(dāng)前時間。每次執(zhí)行操作時必須使Now綁定到一個固定的值（操作執(zhí)行的當(dāng)前時間），這樣后繼操作才能正常進行。在下面的ATSQL2中表示的這幾個單詞是具有具體的含義的。
ATSQL2的數(shù)據(jù)定義語句包括以下幾項功能：創(chuàng)建表、創(chuàng)建視圖、刪除表、刪除視圖。
ATSQL2語言和普通SQL一樣，使用“create table”關(guān)鍵字創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫表，關(guān)鍵字“as validtime”用于指示系統(tǒng)創(chuàng)建具有有效時間支持的數(shù)據(jù)庫表。
時態(tài)數(shù)據(jù)的變元
時態(tài)數(shù)據(jù)處理構(gòu)件根據(jù)ATSQL2的語法引入了Now、Beginning和Forever三個變元。Beginning和Forever分別表示時態(tài)數(shù)據(jù)處理構(gòu)件所能表示的時間起點和終點。Now表示當(dāng)前時間。每次執(zhí)行操作時必須使Now綁定到一個固定的值（操作執(zhí)行的當(dāng)前時間），這樣后繼操作才能正常進行。
時態(tài)數(shù)據(jù)處理構(gòu)件使用重寫底層比較過程的方法綁定Now的語義。它把Now、Beginning和Forever分別用以下三個具體的時間值表示：
Now = ‘9999-01-01 00:00:00’；
Beginning = ‘1000-01-01 00:00:00’；
Forever = ‘9999-12-31 23:59:59’.
因為使用了特殊值表示這三個變元，一方面使得時態(tài)數(shù)據(jù)處理構(gòu)件能處理的時間范圍比原商業(yè)數(shù)據(jù)庫能處理的時間范圍小，另一方面使得原商業(yè)數(shù)據(jù)庫底層對時間類型數(shù)據(jù)的比較算子有了新的意義。例如，如果當(dāng)前時間是2007年12月1日，考慮“2009-1-1>Now”的意義時，應(yīng)當(dāng)先把Now替換為2009-1-1，比較結(jié)果為真。
在TimeDB中Now只是當(dāng)前時間的別名。在時態(tài)插入語句的執(zhí)行過程中，Now作為一個標(biāo)記被替換為語句執(zhí)行的當(dāng)前時間。
存儲現(xiàn)實世界的時間經(jīng)歷狀態(tài)信息的數(shù)據(jù)庫叫做時態(tài)數(shù)據(jù)庫(Temporal Database)。
時態(tài)數(shù)據(jù)庫與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫最大的區(qū)別在于它對時間相關(guān)的操作進行了有力的支持。
一般而言，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)對世界的當(dāng)前狀態(tài)建模，不會保存過去狀態(tài)的信息。比如當(dāng)前的客戶、當(dāng)前的學(xué)生很當(dāng)前提供的課程。在許多應(yīng)用中，保存和檢索有關(guān)過去狀態(tài)的信息非常重要。比如一個病人數(shù)據(jù)庫必須保存每個病人的病歷信息，一個工廠監(jiān)視系統(tǒng)可能要保存工廠中傳感器當(dāng)前和過去的讀入數(shù)據(jù)以進行分析。
時態(tài)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)
TDBMS基本組成
傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）具有支持時間和日期的數(shù)據(jù)類型，但不能直接支持和管理時態(tài)數(shù)據(jù)，關(guān)于時態(tài)方面的操作需要由另行編寫的應(yīng)用程序完成。時態(tài)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（TDBMS）具有提供時態(tài)數(shù)據(jù)操作和支持時態(tài)數(shù)據(jù)管理的基本功能。一個TDBMS需要具有下述子系統(tǒng)：
時態(tài)數(shù)據(jù)定義子系統(tǒng) 用來定義（創(chuàng)建、取消和修改）各種時態(tài)數(shù)據(jù)。時態(tài)數(shù)據(jù)操縱子系統(tǒng) 用來控制時態(tài)數(shù)據(jù)的各種基本操作。時態(tài)數(shù)據(jù)查詢子系統(tǒng) 用來查詢各類時態(tài)數(shù)據(jù)并且提供時態(tài)語義的支持。時態(tài)約束子系統(tǒng) 用來支持?jǐn)?shù)據(jù)完整性過程中的各類時間關(guān)聯(lián)與制約，例如被參照表中主鍵有效時間期間變化時參照表中外鍵的變化等。該子系統(tǒng)的基本功能是保證時態(tài)數(shù)據(jù)的一致性。
TimeDB
TimeDB由A. Steiner于1998年開發(fā)的一個時態(tài)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) 最新版本是2.2版。TimeDB是傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的前端軟件，用戶使用ATSQL2語句描述應(yīng)用中時態(tài)操作，然后由TimeDB轉(zhuǎn)換后形成標(biāo)準(zhǔn)SQL，這些標(biāo)準(zhǔn)SQL語句傳輸?shù)胶笈_關(guān)系數(shù)據(jù)庫中進行實際數(shù)據(jù)的操作。TimeDB初步實現(xiàn)了時態(tài)查詢、時態(tài)更新、時態(tài)視圖和部分時態(tài)完整性約束等基本時態(tài)功能，同時也兼容非時態(tài)數(shù)據(jù)操作。 TimeDB 1.0版本由Andreas使用SICStus Prolog語言開發(fā)，運行在SWI Prolog環(huán)境中。TimeDB 2.0版本使用Java語言開發(fā)，具有平臺無關(guān)特征；基于Java數(shù)據(jù)庫連接訪問數(shù)據(jù)庫，可以在IBM Cloudscape、Oracle數(shù)據(jù)庫、sybase等多種數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之上使用；具有較友好的用戶界面；優(yōu)化了輔助表創(chuàng)建過程；具有本地調(diào)用接口TDBCI，可供Java應(yīng)用程序調(diào)用以執(zhí)行ATSQL2語句。 TimeDB 2.1版本開始使用Java SDK 1.4版本，支持Cloudscape 10； TimeDB 2.2版本加入了對Oracle 10g的支持。
TempDB是由湯庸教授領(lǐng)導(dǎo)的時態(tài)數(shù)據(jù)庫研究小組于2002年開發(fā)研制，目前最新版本2.1版。作為國內(nèi)首個支持時態(tài)數(shù)據(jù)管理的TDBMS，TempDB在邏輯上使用雙時態(tài)數(shù)據(jù)模型，使用ATSQL2語言，支持電子政務(wù)、電子商務(wù)、決策支持等信息處理系統(tǒng)中的時態(tài)應(yīng)用；同時，TempDB在技術(shù)上基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)MySQL平臺、采用JAVA語言進行底層開發(fā)，具有較強的可移植性以及部署方便。相對TimeDB，而tempdb能支持基于Now語義復(fù)雜操作，支持不確定時態(tài)語義查詢；TempDB同時實現(xiàn)了運行歸并和更新歸并兩種，這樣不會出現(xiàn)時間戳相鄰而用戶定義屬性完全相同的（未可歸并）情形；TempDB能支持基于Now語義復(fù)雜操作，支持不確定時態(tài)語義查詢。此外，TempDB還提供統(tǒng)一的圖形化界面供用戶輸入語句、查看語句執(zhí)行結(jié)果和中間結(jié)果，以及檢測語句執(zhí)行時的可能出錯信息。
參考資料 >