Разработка модели данных

9.1. Введение в модели доступа к данным, используемые в мобильных приложениях

После того как вы приняли решение относительно сферы применения вашего приложения, настроились на использование методологии разработки, ориентированной на обеспечение высокой производительности, и определились с моделью пользовательского интерфейса, важно подобрать для мобильного приложения подходящую модель доступа к данным.

Модель доступа к данным описывает, каким образом приложение удовлетворяет свои потребности в извлечении и хранении долгосрочной информации. Как уже обсуждалось в данной книге, модели памяти определяют, каким образом приложение управляет данными и ресурсами, находящимися в памяти; точно так же, вашему мобильному приложению потребуется модель доступа к данным, которая определяет, каким образом осуществляется обмен данными между приложением и долговременными хранилищами.

Практически любое более или менее значимое приложение работает с данными, существующими в течение длительного времени. Эти данные могут либо находиться в структурированной базе данных на сервере или устройстве, либо храниться в индивидуально управляемых файлах с использованием менее формализованных способов.

В приложениях научно-производственного характера, а также приложениях, предназначенных для повышения производительности труда, операции, связанные с вводом, манипулированием, анализом и отображением данных, занимают центральное место. Мощные игры также работают с данными и часто хранят их в течение промежутков времени, разделяющих игровые сеансы. В целом, можно полагать, что чем сложнее и полезнее приложение, тем больше ему приходится работать с долговременными данными.

Что касается доступа к данным, то между мобильными приложениями и их настольными и серверными аналогами имеется важное отличие, суть которого заключается в том, что связь между мобильным устройством и серверами баз данных, находящимися вне устройства, обычно устанавливается лишь на короткие промежутки времени. Если настольному приложению не удается получить доступ к серверу, то обычно это означает нарушение нормального режима работы, которое требуется устранить. В то же время, отсутствие доступа к серверу в случае мобильных приложений - это их обычное состояние; исключительными ситуациями для них являются, скорее, сеансы связи с сервером, поскольку либо необходимость в них возникает реже, либо их стоимость высока. Из-за этого фактора управление данными, создание их динамических представлений и внесение изменений пользователем могут представлять некоторые трудности. Данные характеризуются как длительностью их существования в памяти, так и длительностью их долговременного хранения; при проектировании мобильного приложения следует учитывать обе эти характеристики. Модель данных вашего мобильного приложения представляет состояние, которым требуется управлять, чтобы создать для пользователя комфортные условия работы с приложением.

Распространенной ошибкой разработчиков является простой перенос на мобильные устройства моделей доступа к данным, которые применяются на настольных компьютерах и серверах, в неизменном виде, без тщательного анализа того, как это повлияет на использование памяти. Тот факт, что с подобной ошибкой приходится сталкиваться часто, вполне объясним, поскольку с точки зрения синтаксиса все программные модели аналогичны друг другу, и во многих случаях код, выполняющийся на настольных компьютерах и серверах, легко переносится на устройства. В то же время, простой перенос стратегий доступа к данным с настольных компьютеров и серверов на мобильные устройства позволяет получить удовлетворительные результаты лишь в редких случаях. Причину этого можно описать двумя словами - "состояние памяти". Более высокая степень абстрагирования часто достигается за счет создания объектов на дополнительных уровнях абстракции. Как создание, так и уничтожение этих объектов приводят к более жестким условиям использования памяти и занимают процессорное время.

Для мобильных приложений вопрос о выборе модели доступа к данным оказывается непосредственно связанным с вопросом о выборе модели управления памятью в гораздо большей степени, чем в случае приложений для настольных компьютеров. Если памяти, необходимой для обслуживания потребностей обеих моделей, едва хватает, то это может серьезно сказаться на производительности приложения. Аналогично средствам для работы с XML-данными, существуют низкоуровневые API-интерфейсы, не использующие состояния, и высокоуровневые программные модели доступа к памяти, предлагающие более развитые возможности, но кумулятивно изменяющие состояние в процессе выполнения. Использование высокоуровневых моделей доступа к данным позволяет сократить сроки написания кода, однако за это приходится платить увеличением объема памяти, используемой для хранения информации о состоянии. Если эта информация действительно нужна и используется мобильным приложением, а объем данных, которыми при этом приходится оперировать в памяти, можно поддерживать на низком уровне, то привлечение стратегий доступа к данным, основанных на использовании состояний, является оправданным. И наоборот, если объем данных, которые приходится хранить в памяти, велик или необходимость в дополнительных возможностях, предоставляемых высокоуровневой моделью программирования, отсутствует, то разработчик, выбравший этот путь, будет только напрасно тратить драгоценную память мобильного устройства. Часто хранение тех же данных можно организовать гораздо более эффективным образом за счет отказа от универсальной программной модели доступа к данным и использования наборов типов, специально предназначенных для работы с конкретными данными, которыми необходимо управлять. Неэкономное использование памяти окажет значительное отрицательное влияние на производительность мобильного приложения; при этом проблемы производительности проявятся либо немедленно, либо впоследствии, когда вы попытаетесь ввести в приложение дополнительную функциональность, поскольку для организации поддержки новых средств вам просто не хватит резерва производительности. По возможности, старайтесь избегать излишнего усложнения приложения.

9.2. Выбор подходящих абстракций для хранения данных в памяти

Чтобы данные, возвращенные в результате запроса к базе данных или считанные из файла, можно было просматривать и манипулировать ими, они должны храниться в памяти. Существует два основных способа работы с такими данными, находящимися в памяти:

1. Применение универсальной абстрактной модели. Для работы с данными, извлекаемыми из баз данных, во многих программных каркасах предлагаются абстрактные модели. В .NET Compact Framework такой моделью является ADO.NET, использование которой описывается далее в этой главе; другие каркасы поддерживают другие модели. Достоинством абстрактных моделей является их гибкость. Данные, извлеченные из баз данных, хранятся в обобщенных таблицах и строках объектов. В каждой строке содержатся поля, соответствующие определенным столбцам. Таблицу образует сетка, состоящая из строк и столбцов. Таблицы можно группировать в наборы, причем для описания отношений между столбцами различных таблиц применяются дополнительные таблицы. Если выполняется обобщенный запрос к базе данных и заранее не известно, какого рода данные будут получены в ответ на этот запрос, то сохранение их в подобного рода обобщенном формате является необходимостью. Современные развитые модели доступа к данным могут также отслеживать внесение локальных изменений. Впоследствии эти изменения могут быть отвергнуты, приняты или иным образом приведены в соответствие с данными, хранящимися в базе данных. Кроме того, различные программные каркасы для доступа к данным поддерживают выполнение транзакций и локальное создание гибких представлений данных. Существуют также обобщенные модели связывания данных, которые обеспечивают связывание табличных данных с элементами пользовательского интерфейса. Эти универсальные модели программирования доступа к данным обладают высокой гибкостью, устойчивы к изменению формата базы данных и обеспечивают абстракции, предназначенные для просмотра типов данных, с которыми приходится работать, во время выполнения. Подобная гибкость дается за счет введения дополнительных объектов. Эти объекты содержат метаданные (метаданные - суть информация об информации), хранят отношения между различными элементами данных и отслеживают вносимые изменения. При использовании таких высокоуровневых технологий доступа к данным, хранимым в памяти, ваше приложение фактически создает в памяти базу данных; обладая значительными возможностями, этот подход предъявляет высокие требования к вычислительным ресурсам и памяти.
2. Применение пользовательской модели, приспособлетшй для работы с вашими данными. Противоположностью абстрактной модели для работы с данными является "подход для бедных", основанный на создании пользовательской реализации, которая содержит лишь то, что требуется для хранения и использования данных. При применении пользовательской стратегии доступа к данным ваше мобильное приложение самостоятельно распоряжается абстракциями, предлагаемыми встроенной в память базой данных обобщенных строк, столбцов, таблиц и отношений, и выбирает способ хранения данных в формате, который больше всего подходит для решаемой задачи. Обычно для этой цели применяется массив простых типов, которые содержат данные. Эта пользовательская модель во многом лишена гибкости универсального подхода и вынуждена брать на себя заботу об обновлении данных и управлении отношениями между ними. Его преимущество состоит в том, что за счет использования исключительно тех объектов, без которых нельзя обойтись, у приложения появляется возможность значительно снизить объем памяти, занимаемой информацией о состоянии. Если данные, с которыми ведется работа, можно легко представить в виде единственной таблицы, а отношения между ними не отличаются сложностью, то приспособленный для конкретных целей пользовательский формат является отличным решением.

Выбор наиболее подходящей модели определяется объемом и сложностью используемых данных. Было бы непозволительной ошибкой строить собственную модель данных, если они связаны между собой сложной системой отношений, которая нуждается в управлении и в представлениях в памяти мобильного приложения. Вместе с тем, если ваши данные состоят из нескольких простых полей в единственной таблице базы данных, а данные предназначены только для чтения, то было бы глупо останавливать свой выбор на сложной модели данных с поддержкой состояния, если простой массив данных позволяет отлично справиться с задачей. Вполне вероятно, что потребности в данных вашего приложения занимают промежуточное положение между этими двумя крайними случаями, и вам придется испытать несколько различных моделей, чтобы, в конечном счете, выбрать ту из них, которая в наибольшей степени соответствует вашим запросам. Как ранее обсуждалось, этот выбор аналогичен принятию разработчиками мобильных приложений решения о том, какую технологию следует применить при работе с XML-данными. Разработчик должен выбирать между потенциальной простотой проектирования и реализации и эффективностью выполнения приложения.

9.3. Выбор подходящей модели данных, требующих долговременного хранения

Модель долговременного хранения данных описывает, куда направляется информация после того, как приложение завершает работу. Даже мобильные устройства, которые включены постоянно и выполняют приложения на фоне, нуждаются в безопасном и структурированном хранилище долговременных данных. Типичным примером такого приложения в случае мобильных телефонов является электронная записная книжка (Personal Information Manager - PIM). Пользователь, разместивший в телефоне свою адресную книгу, рассчитывает на возможность доступа к этим данным вне зависимости от того, в каком состоянии находится телефон Если это только во обще возможно, для таких данных должна автоматически создаваться резервная копия на сервере или настольном компьютере, чтобы их можно было быстро восстано вить в случае сбоя долговременного запоминающего устройства телефона. Выбирая модель долговременного хранения данных мобильного приложения, вы должны ответить на два основных вопроса:

1. Должны ли данные храниться в файле или в базе данных? Если объем подлежащих хранению данных небольшой, то для этого, вероятно, лучше всего воспользоваться текстовым файлом. Если необходимо обеспечить максимально благоприятные условия для переноса файла с одного устройства на другое, то отличным выбором будет XML. В то же время, если ваше приложение работает с большими объемами данных, к которым требуется произвольный доступ, если необходимо обеспечить безопасность данных или если вы хотите использовать расширенные запросы, транзакции и синхронизацию данных, то наилучшим решением будет база данных. Основной недостаток использования баз данных состоит в том, что это влечет за собой дополнительные накладные расходы, а также необходимость дополнительной настройки, которая может потребоваться для развертывания приложения.
2. Точно так же как и в случае настольных приложений, можно либо обращаться непосредственно к базам данных, выполняющимся на сервере, либо хранить базы данных локалыю. Преимуществом баз данных, размещаемых на устройстве, является их доступность; вы можете обратиться к такой базе данных в любой момент, независимо от наличия соединения с сервером. Если необходимо получать доступ к большим объемам данных, то использование локальной базы данных может оказаться гораздо более эффективным, нежели пересылка результатов запросов на устройство через сравнительно медленное беспроводное соединение. К недостаткам локальных баз данных относятся дополнительная сложность развертывания приложения и необходимость в дополнительном объеме памяти для базы данных. Важно также знать, что различные мобильные устройства обладают различными возможностями поддержки локальных баз данных. Так, на момент написания данной книги база данных SQL СЕ поддерживалась на Pocket PC, но не поддерживалась на смартфонах. Если ваше приложение не может рассчитывать на использование базы данных на локальном устройстве, то вам, вероятнее всего, придется предусмотреть пользовательский механизм локального кэширования данных, которые являются для вас наиболее важными, к которым чаще всего производится обращение или доступ к которым стоит слишком дорого.