13.1.1. Запросы и операторы манипулирования данными

Как известно, двумя фундаментальными языками запросов к реляционным БД являются языки реляционной алгебры и реляционного исчисления. При всей своей строгости и теоретической обоснованности эти языки редко используются в современных реляционных СУБД в качестве средств пользовательского интерфейса. Запросы на этих языках трудно формулировать и понимать. SQL представляет собой некоторую комбинацию реляционного исчисления кортежей и реляционной алгебры, причем до сих пор нет общего согласия, к какому из классических языков он ближе. При этом возможности SQL шире, чем у этих базовых реляционных языков, в частности, в общем случае невозможна трансляция запроса, сформулированного на SQL, в выражение реляционной алгебры, требуется некоторое ее расширение.

Самый общий вид запроса на языке SQL представляет теоретико-множественное алгебраическое выражение, составленное из элементарных запросов. В SQL System R допускались все базовые теретико-множественные операции (UNION, INTERSECT и MINUS).

Работа с неопределенными значениями в SQL System R до конца продумана не была, хотя неявно предполагалось использование трехзначной логики при вычислении логических выражений.

Операторы манипулирования данными UPDATE и DELETE построены на тех же принципах, что и оператор выборки данных SELECT. Набор кортежей указанного отношения, подлежащих модификации или удалению, определяется входящим в соответствующий оператор логическим выражением, которое может включать сложные предикаты, в том числе и с вложенными подзапросами.

В операторе вставки кортежа(ей) в указанное отношение заносимый кортеж может задаваться как в литеральной форме, так и с помощью внутреннего подоператора выборки.

13.1.2. Операторы определения и манипулирования схемой бд

В число операторов определения схемы БД SQL System R входили операторы создания и уничтожения постоянных и временных хранимых отношений (CREATE TABLE и DROP TABLE) и создания и уничтожения представляемых отношений (CREATE VIEW и DROP VIEW). В языке и в реализации System R не запрещалось использовать операторы определения схемы в пределах транзакции, содержащей операторы выборки и манипулирования данными. Допускалось, например, использование операторов выборки и манипулирования данными, в которых указываются отношения, не существующие в БД к моменту компиляции оператора. Конечно, эта возможность существенно усложняла реализацию и требовалась по существу очень редко.

Оператор манипулирования схемой БД ALTER TABLE позволял добавлять указываемые поля к существующим отношениям. В описании языка определялось, что выполнение этого оператора не должно приводить к недействительности ранее откомпилированных операторов над отношением, схема которого изменяется, и что значения вновь определенных полей в существующих кортежах отношения становятся неопределенными.

14. Использование ключевого слова DISTINCT. Подзапросы языка SQL. Встроенные агрегатные функции языка SQL и их использование.

2. Операция проекции.

Операция проекции на языке структурированных запросов реализуется даже проще, чем операция выборки. Напомним, что при применении операции проекции выбираются не строки (как при применении операции выборки), а столбцы. Поэтому достаточно перечислить заголовки нужных столбцов (т. е. имена атрибутов), без указания каких-либо посторонних условий. Итого, получаем оператор следующего вида:

Select список имен атрибутов

From имя отношения;

После применения этого оператора машина выдаст те столбцы таблицы-отношения, имена которых были указаны в первой строчке этого оператора Select.

Как мы уже упоминали ранее, повторяющиеся строки и столбцы исключать из результирующего отношения не обязательно. Но если в заказе или в задании требуется обязательно элиминировать дубликаты, следует использовать специальную опцию языка структурированных запросов –distinct. Эта опция задает автоматическое исключение дубликатов кортежей из отношения. С применением этой опции оператор Select будет выглядеть следующим образом:

Select distinct список имен атрибутов

From имя отношения;

В языке SQL существует специальное обозначение для необязательных элементов выражений – квадратные скобки […]. Поэтому в самом общем виде операция проекции будет выглядеть следующим образом:

Select [distinct] список имен атрибутов

From имя отношения;

Однако если результат применения операции гарантированно не содержит дубликатов или же дубликаты все-таки допустимы, то опциюdistinct лучше не указывать, чтобы не загромождать запись, т. е. из соображений производительности работы оператора.

Рассмотрим пример, иллюстрирующий возможность стопроцентной уверенности в отсутствии дубликатов. Пусть дана уже известная нам схема отношений:

Успеваемость (№ зачетной книжки, Семестр, Код предмета, Оценка, Дата).

Пусть дан следующий оператор Select:

Select № зачетной книжки, Семестр, Код предмета

From Успеваемость;

Здесь, как легко видеть, три возвращающихся оператором атрибута образуют ключ отношения. Именно поэтому опция distinct становится излишней, ведь дубликатов гарантированно не будет. Это следует из требования, накладываемого на ключи, называемого ограничением уникальности. Подробнее это свойство мы рассмотрим дальше, но если атрибут ключевой, то дубликатов в нем нет.

15. Команды языка определения данных (Data Definition Language-DDL) и манипулирования данными (Data Manipulation Language-DML). Способы использования команд.

Язык SQLимеет две составляющие: язык обращения с даннымиDataManipulationLanguage(DML) и язык определения данныхDataDefinitionLanguage(DDL).DMLсостоит из операторов, используемых для создания и получения данных.DDLсостоит из операторов, используемых для создания объектов в базе данных и для установки свойств и значений атрибутов самой базы данных.

DMLиDDL

Чем же отличаются эти две группы операторов? В то время, как операторы DMLдостаточно однотипны для различных реализацийSQL(что дает возможность каждому поставщику программной продукции вводить свои расширения),DDLимеет существенные различия для разных продуктов. Каждый поставщик системы управления базой данных на физическом уровне различным образом реализует реляционную модель и каждый поставщикDDLнеизбежно отражает эти различия. Большинство поставщиков предоставляют графические инструменты для определения данных и многие, включая иMicrosoft, не ограничивают вас использованием толькоSQLDDL. Например,Microsoftпредоставляет поддержку двух стандартов определения данных:ADOиDAO.

Мы уже успели рассмотреть основные операторы DML:SELECT,INSERT,UPDATEиDELETE. Базовыми же операторамиSQLDDLявляютсяCREATE,ALTERиDROP, каждый из которых имеет несколько вариаций для создания объектов различных типов.

Язык определения данных (DataDefinitionLanguage)

Не многие программисты создают базу данных программным путём, большинство из нас для этого используют некую визуальную среду наподобие MSAccessдля построения файлаMDB. Но иногда нам всё таки приходится создавать и удалять базу данных, а так же объекты базы данных программным путём. Для этого используется наиболее распространённая на сегодняшний день технологияStructuredQueryLanguageDataDefinitionLanguage(SQLDDL). Выраджения языка определения данных (DDL) - этоSQLвыражения, которые поддерживают определения или объявления объектов базы данных (например,CREATETABLE,DROPTABLE,CREATEINDEXлибо подобные им).

Давайте взглянем на простейший пример выражения CREATETABLE:

CREATE TABLE PhoneBook(

Name TEXT(50)

TelTEXT(50));

Данное DDLвыражение (дляMSAccess) в время выполнения создаст новую таблицу с названиемPhoneBook. ТаблицаPhoneBookбудет иметь два поля:NameиTel. Оба поля имеют строковый тип (TEXT) и размер поля 50 символов.

Язык манипулирования данными

Язык манипулирования данными - командный язык, обеспечивающий выполнение основных операций по работе с данными: ввод, модификацию и выборку данных по запросам.

К базовым средствам манипулирования данными языка SQLотносятся "поисковые" варианты операторовUPDATEиDELETE. Эти варианты называются поисковыми, потому что при задании соответствующей операции задается логическое условие, налагаемое на строки адресуемой оператором таблицы, которые должны быть подвергнуты модификации или удалению. Кроме того, в такую категорию языковых средств входит операторINSERT, позволяющий добавлять строки в существующие таблицы.

16. Понятие целостности. Классификация ограничений целостности базы данных. Ограничение целостности объекта базы данных. Ограничение ссылочной целостности.

Целостность данных- устойчивость хранимых данных к разрушению и уничтожению, связанных с неисправностями технических средств, системными ошибками и ошибочными действиями пользователей.

Она предполагает:

1. отсутствие неточно введенных данных или двух одинаковых записей об одном и том же факте;

2. защиту от ошибок при обновлении БД;

3. невозможность удаления (или каскадное удаление) связанных данных разных таблиц;

4. неискажение данных при работе в многопользовательском режиме и в распределенных базах данных;

5. сохранность данных при сбоях техники (восстановление данных).

Целостность обеспечивается триггерами целостности – специальными приложениями-программами, работающими при определенных условиях. Защита данных от несанкционированного доступа предполагает ограничение доступа к конфиденциальным данным и может достигаться:

1. введением системы паролей;

2. получением разрешений от администратора базы данных (АБД);

3. запретом от АБД на доступ к данным;

4. формирование видов - таблиц, производных от исходных и предназначенных конкретным пользователям.

17. Защита данных. Способы обеспечения защиты данных в современных СУБД.

При работе в многопользовательском режиме особую актуальность приобретает защита данных от несанкционированного доступа. Существуют различные приемы управления доступом, обеспечивающие разный уровень безопасности.

Шифрование / дешифрование. Шифрование БД – это простейший способ защиты, при котором файл БД видоизменяется и становится недоступным для чтения с помощью стандартных служебных программ или текстовых редакторов. Шифрование незащищенной БД неэффективно, поскольку исходную БД можно открыть и получить полный доступ к ее объектам. Шифрование применяется при электронной передаче БД или сохранении ее на внешних носителях. Дешифрование БД – это операция, обратная шифрованию.

Отображение и скрытие объектов. Другим способом защиты является скрытие всей БД при просмотре каталогов средствами операционной системы или скрытие отдельных объектов БД при работе с БД средствами конкретной СУБД. Этот способ защиты не является достаточно надежным, поскольку скрытые объекты относительно просто можно отобразить.

Использование параметров запуска. Способ позволяет задать стартовую форму, которая автоматически открывается при открытии БД. При этом можно скрыть окно БД и установить собственную кнопочную форму. Пользователь может выполнять с БД действия, которые допускает интерфейс.

Использование пароля. Простым способом защиты является установка пароля для открытия БД. При каждом открытии БД будет появляться диалоговое окно, в которое требуется ввести пароль. Может быть установлен единый пароль для всех пользователей, но наиболее гибким является способ, при котором пароль присваивается каждому пользователю. Для каждого пользователя могут быть определены объекты, доступ к которым он получает.

18. Понятие и назначение индекса. Отличие ключа от индекса.

Индексы - это специальные структуры в базах данных, которые позволяют ускорить поиск и сортировку по определенному полю или набору полей в таблице, а также используются для обеспечения уникальности данных. Проще всего индексы сравнить с указателями в книгах. Если нет указателя, то нам придется просмотреть всю книгу, чтобы найти нужное место, а с указателем то же действие можно выполнить намного быстрее.

Обычно чем больше индексов, тем больше производительность запросов к базе данных. Однако при излишнем увеличении количества индексов падает производительность операций изменения данных (вставка/изменение/удаление), увеличивается размер БД, поэтому к добавлению индексов следует относиться осторожно.

Некоторые общие принципы, связанные с созданием индексов:

        индексы необходимо создавать для столбцов, которые используются в джойнах, по которым часто производится поиск и операции сортировки. При этом необходимо учесть, что индексы всегда автоматически создаются для столбцов, на которые накладывается ограничение primary key. Чаще всего они создаются и для столбцов с foreign key (в Access - автоматически);

        индекс обязательно в автоматическом режиме создается для столбцов, на которые наложено ограничение уникальности;

        лучше всего индексы создавать для тех полей, в которых - минимальное число повторяющихся значений и данные распределены равномерно. В Oracle есть специальные битовые индексы для столбцов с большим количеством повторяющихся значений, в SQL Server и Access такой разновидности индексов не предусмотрено;

        если поиск постоянно производится по определенному набору столбцов (одновременно), то в этом случае, возможно, есть смысл создать композитный индекс (только в SQL Server) - один индекс для группы столбцов;

        при внесении изменений в таблицы автоматически изменяются и индексы, наложенные на эту таблицу. В результате индекс может быть сильно фрагментирован, что сказывается на производительности. Периодически следует проверять степень фрагментации индексов и дефрагментировать их. При загрузке большого количества данных иногда есть смысл вначале удалить все индексы, а после завершения операции создать их заново;

        индексы можно создавать не только для таблиц, но и для представлений (только в SQL Server). Преимущества - возможность вычислять поля не в момент запроса, а в момент появления новых значений в таблицах.

19. Понятие и назначение представления. Создание и использование представления.

Представление- это виртуальная таблица, данные для которой получаются из базовых таблиц или других представлений. Представление может быть получено из одной таблицы или нескольких; оно может включать в себя вычисляемые поля.

Представление можно рассматривать как хранимый запрос (оно и выражается с помощью запроса). Представление может использоваться в запросах наряду с реальными таблицами. Оно упрощает создание сложных запросов.

Синтаксис оператора CREATE VIEW различается в реализациях конкретных систем.

20. Понятие, назначение и создание хранимой процедуры. Преимущества использования хранимых процедур и их отличие от представлений.

Хранимая процедура – это набор инструкций T-SQL, выполняемый как единое целое. Для создания хранимой процедуры используется инструкция CREATE PROCEDURE, а для выполнения хранимой процедуры – инструкция EXECUTE или соответствующая функция используемого приложением программного интерфейса или доступа к SQL Server. Рассматриваются многие типы хранимых процедур, их создание и выполнение. Также рекомендуется дополнительно использовать справочную систему Books Online.

21. Понятие, назначение и создание триггера.

Триггеры - это хранимые процедуры, связанные с некоторыми событиями, происходящими во время работы базы данных. В качестве таких событий выступают операции вставки, обновления и удаления строк таблиц. Если в базе данных определен некоторый триггер, то он запускается автоматически всегда при возникновении события, с которым этот триггер связан. Очень важным является то, что пользователь не может обойти триггер. Триггер срабатывает независимо от того, кто из пользователей и каким способом инициировал событие, вызвавшее запуск триггера. Таким образом, основное назначение триггеров - автоматическая поддержка целостности базы данных. Триггеры могут быть как достаточно простыми, например, поддерживающими ссылочную целостность, так и довольно сложными, реализующими какие-либо сложные ограничения предметной области или сложные действия, которые должны произойти при наступлении некоторых событий. Например, с операцией вставки нового товара в накладную может быть связан триггер, который выполняет следующие действия - проверяет, есть ли необходимое количество товара, при наличии товара добавляет его в накладную и уменьшает данные о наличии товара на складе, при отсутствии товара формирует заказ на поставку недостающего товара и тут же посылает заказ по электронной почте поставщику.

Очевидно, что чем больше программного кода в виде триггеров и хранимых процедур содержит база данных, тем сложнее ее разработка и дальнейшее сопровождение.

22. Понятие, назначение и свойства транзакций. Создание транзакций.

 Управление транзакциями

Транзакция - это последовательность операций над БД, рассматриваемых СУБД как единое целое. Либо транзакция успешно выполняется, и СУБД фиксирует (COMMIT) изменения БД, произведенные этой транзакцией, во внешней памяти, либо ни одно из этих изменений никак не отражается на состоянии БД. Понятие транзакции необходимо для поддержания логической целостности БД. Если вспомнить наш пример информационной системы с файлами СОТРУДНИКИ и ОТДЕЛЫ, то единственным способом не нарушить целостность БД при выполнении операции приема на работу нового сотрудника является объединение элементарных операций над файлами СОТРУДНИКИ и ОТДЕЛЫ в одну транзакцию. Таким образом, поддержание механизма транзакций является обязательным условием даже однопользовательских СУБД (если, конечно, такая система заслуживает названия СУБД). Но понятие транзакции гораздо более важно в многопользовательских СУБД.

То свойство, что каждая транзакция начинается при целостном состоянии БД и оставляет это состояние целостным после своего завершения, делает очень удобным использование понятия транзакции как единицы активности пользователя по отношению к БД. При соответствующем управлении параллельно выполняющимися транзакциями со стороны СУБД каждый из пользователей может в принципе ощущать себя единственным пользователем СУБД (на самом деле, это несколько идеализированное представление, поскольку в некоторых случаях пользователи многопользовательских СУБД могут ощутить присутствие своих коллег).

С управлением транзакциями в многопользовательской СУБД связаны важные понятия сериализации транзакцийисериального плана выполнения смеси транзакций. Под сериализаций параллельно выполняющихся транзакций понимается такой порядок планирования их работы, при котором суммарный эффект смеси транзакций эквивалентен эффекту их некоторого последовательного выполнения. Сериальный план выполнения смеси транзакций - это такой план, который приводит к сериализации транзакций. Понятно, что если удается добиться действительно сериального выполнения смеси транзакций, то для каждого пользователя, по инициативе которого образована транзакция, присутствие других транзакций будет незаметно (если не считать некоторого замедления работы по сравнению с однопользовательским режимом).

Существует несколько базовых алгоритмов сериализации транзакций. В централизованных СУБД наиболее распространены алгоритмы, основанные на синхронизационных захватах объектов БД. При использовании любого алгоритма сериализации возможны ситуации конфликтов между двумя или более транзакциями по доступу к объектам БД. В этом случае для поддержания сериализации необходимо выполнить откат (ликвидировать все изменения, произведенные в БД) одной или более транзакций. Это один из случаев, когда пользователь многопользовательской СУБД может реально (и достаточно неприятно) ощутить присутствие в системе транзакций других пользователей.