第 2 部分：DBMS 結構、表格和資料類型

第一部分 我們繼續創建簡單的證券交易所模擬器。這是我們要做的：

• 讓我們建立一個資料庫組織圖。
• 我們將描述它儲存的內容、方式和位置。
• 讓我們看看數據是如何相互關聯的。
• 讓我們以 SQL 表建立指令CREATE TABLE（SQL 語言的資料定義語言 ( DDL )）為例開始學習 SQL 的基礎知識 。
• 讓我們繼續寫Java程式。我們使用 JDBC 和三層架構以程式設計方式建立資料庫的 java.sql 來實現 DBMS 的主要功能。

這兩部分內容更加冗長，因為我們需要從內部熟悉 SQL 的基礎知識和 DBMS 的組織，並與 Java 進行類比。為了不讓程式碼清單讓您感到厭煩，最後有該程式對應的提交 github 儲存庫的連結。

資料庫管理系統設計

應用說明

您已經聽說組織資料儲存是程式設計的一個組成部分。讓我提醒您，我們應用程式的目的是最簡單的交換模擬：

• 股票的價值在交易日內可以依照規定的規則而改變；
• 有初始資金的交易者；
• 交易者可以根據他們的演算法買賣股票。

交易所以固定時間段（在我們的例子中為 1 分鐘）運行。在價格變動期間，股票價格可能會發生變化，然後交易者可以買入或賣出股票。

交換仿真資料結構

我們稱之為單獨的交換實體模型。為了避免舍入錯誤，我們將透過一個類別來處理財務金額BigDecimal（詳細資訊可以在文章末尾的連結中找到）。讓我們更詳細地描述每個模型的結構： 促銷： 分享價格： 商人： 交易者行動： 為了確保每個模型的唯一性，我們將新增一個longid類型的屬性。該屬性在模型實例中是唯一的，並且可以唯一地識別它。引用其他模型（交易者、股票、股票價格）的屬性可以使用此屬性來唯一標識對應的模型。我立刻想到我們可以用來 儲存這樣的數據，對應的模型在哪裡。但是，請嘗試在以下條件下在程式碼中實現此功能： idMap<Long, Object>Object

• 資料大小明顯超過可用 RAM 的大小；
• 預計可以從十幾個不同的地方存取資料；
• 需要同時修改和讀取資料的能力；
• 有必要確保資料的形成和完整性規則；

……您將面臨需要適當資格和時間來實施的任務。沒有必要「重新發明輪子」。很多事情已經為我們想好了並寫好了。所以我們將使用多年來已經測試過的東西。

在 Java 中儲存數據

讓我們考慮一下行動。在 Java 中，我們為此模型創建了一個特定的類，Share其中包含字段name, changeProbability, startPrice, delta。許多共享儲存為Map<Long, Share>，其中密鑰是每個共享的唯一識別碼。

public class Share {
    private String name;
    private BigDecimal startPrice;
    private int changeProbability;
    private int delta;
}
Map<Long, Share> shares = new HashMap<>();
shares.put(1L, new Share("ibm", BigDecimal.valueOf(20.0), 15, 10));
shares.put(2L, new Share("apple", BigDecimal.valueOf(14.0), 25, 15));
shares.put(3L, new Share("google", BigDecimal.valueOf(12.0), 20, 8));
...
shares.put(50L, new Share("microsoft", BigDecimal.valueOf(17.5), 10,4 ));

若要透過 ID 存取所需的促銷活動，請使用方法shares.get(id)。對於按名稱或價格找到股票的任務，我們將循環遍歷所有記錄以查找我們需要的股票，依此類推。但我們會採取相反的方式，將值儲存在 DBMS 中。

DBMS 中的資料存儲

讓我們為 DBMS 制定一組初始的資料儲存規則：

• DBMS 中的資料被組織成表 ( TABLE )，表是一組記錄。
• 所有記錄都具有相同的欄位集。它們是在創建表時設定的。
• 此欄位可以設定為預設值 ( DEFAULT )。
• 對於表，您可以設定約束 ( CONSTRAINT ) 來描述其資料的要求，以確保其完整性。這可以在表格建立階段（ CREATE TABLE ）完成或稍後新增（ALTER TABLE ... ADD CONSTRAINT）。
• 最常見的約束：
  • 主鍵是 PRIMARY （在我們的例子中是 Id ）。
  • 唯一值欄位UNIQUE（車輛表的VIN）。
  • 檢查CHECK欄位（百分比值不能大於100）。欄位的私有限制之一是NOT NULL或NULL，它禁止/允許在表格欄位中儲存 NULL。
  • 連結到第三方表FOREIGN KEY（連結到股價表中的股票）。
  • 索引INDEX（對欄位建立索引以加快在其中搜尋值的速度）。
  • 如果記錄的欄位值與限制（CONSTRAINT）相矛盾，則不會發生記錄的修改（ INSERT、UPDATE ）。
• 每個表可以有一個（或多個）關鍵字段，可用於唯一標識一筆記錄。這樣的字段（或多個字段，如果它們形成組合鍵）形成表的主鍵 - PRIMARY KEY。
  • 主鍵保證了表中記錄的唯一性；在主鍵上建立索引，可以根據鍵值快速存取整個記錄。
  • 擁有主鍵可以更輕鬆地在表之間建立連結。接下來，我們將使用人工主鍵：對於第一筆記錄id = 1，後續的每筆記錄都會插入表中，並且 id 值加一。此鍵通常稱為AutoIncrement或AutoIdentity。

實際上是一個股票表： 在這種情況下是否可以使用股票名稱作為鍵？總的來說 - 是的，但有可能某些公司發行不同的股票並僅以自己的名稱命名。在這種情況下，將不再有唯一性。在實務中，經常使用人工主鍵。同意，在包含人員記錄的表中使用全名作為唯一鍵並不能確保唯一性。以及使用全名和出生日期的組合。

DBMS 中的資料型別

與其他程式語言一樣，SQL 也具有資料類型。以下是最常見的 SQL 資料類型： 整數類型 真實的 細繩 日期和時間 大量資料的存儲

SQL 編寫風格

對於許多語言，都有程式碼格式指南。通常，此類文件包含變數、常數、方法和其他語言結構的命名規則。因此，對於 Python，有 PEP8，對於Java - Oracle Code Conventions for Java。已經為 SQL 建立了幾個不同的集，它們之間略有不同。無論如何，您應該養成在格式化程式碼時遵循規則的習慣，尤其是在團隊中工作時。例如，規則可以是以下（當然，您可以為自己制定一套不同的規則，主要是將來堅持它們）：

• 關鍵字和保留字，包括命令和運算符，必須用大寫字母書寫：CREATE TABLE、CONSTRAINT...
• 表格、欄位和其他物件的名稱不應與 SQL 語言關鍵字重合（請參閱文章末尾的連結），但可以包含它們。
• 表名稱應反映其用途。它們以小寫字母書寫。名稱中的單字之間用底線分隔。末尾的單字必須是複數：traders（交易者）、share_rates（份額率）。
• 表格字段名稱應映射其用途。它們必須以小寫字母書寫，名稱中的單字必須採用駝峰式格式，且結尾的單字必須使用單數：name（名稱）、share_rates（分享率）。
• 人工關鍵字段必須包含單字 id。
• CONSTRAINT 名稱必須遵循表命名約定。它們還必須包括其中涉及的欄位和表，以語義前綴開頭：check_（檢查欄位值）、pk_（主鍵）、fk_（外鍵）、uniq_（欄位唯一性）、idx_（索引）。範例：pk_traider_share_actions_id（trader_share_actions 表的 id 欄位上的主鍵）。
• 依此類推，當你學習 SQL 時，規則清單將會被補充/更改。

資料庫管理系統設計

在建立 DBMS 之前，需要對其進行設計。最終模式包含表格、一組欄位、約束、鍵、欄位的預設條件、表格和其他資料庫實體之間的關係。在 Internet 上，您可以找到許多免費的線上/離線設計器來設計小型 DBMS。嘗試在搜尋引擎中輸入「免費資料庫設計器」之類的內容。此類應用程式具有有用的附加屬性：

• 可以產生SQL指令來建立DBMS。
• 在圖表上直觀地顯示設定。
• 允許您移動表格以獲得更好的視覺化效果。
• 在圖表上顯示鍵、索引、關係、預設值等。
• 他們可以遠端儲存 DBMS 模式。

例如，dbdiffo.com突出顯示鍵、顯示非空白欄位和帶有 NN 標籤的 AI（自動增量）計數器：

在 DBMS 中建立表

所以我們有一個圖表。現在讓我們繼續建立表 (CREATE TABLE)。為此，我們建議獲得初步數據：

• 表名
• 欄位名稱和類型
• 字段的限制（CONSTRAINTS）
• 欄位的預設值（如果可用）
• 主鍵 (PRIMARY KEY) 如果可用
• 表之間的連接（外鍵）

我們不會詳細研究 CREATE TABLE 命令的所有選項；我們將使用為交易者建立表格的範例來了解 SQL 基礎知識：

CREATE TABLE traiders(
	id BIGINT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,
	name VARCHAR(255) NOT NULL,
	freqTiсk INTEGER NOT NULL,
	cash  DECIMAL(15,2) NOT NULL DEFAULT 1000,
	tradingMethod INTEGER NOT NULL,
	changeProbability INTEGER NOT NULL DEFAULT 50,
	about VARCHAR(255) NULL
);
ALTER TABLE traiders ADD CONSTRAINT check_traiders_tradingMethod
	CHECK(tradingMethod IN (1,2,3));
ALTER TABLE traiders ADD CONSTRAINT check_traiders_changeProbability
	CHECK(changeProbability <= 100 AND changeProbability > 0)

讓我們仔細看看：

• CREATE TABLE traiders（欄位描述）- 建立具有指定名稱的表格；在描述中，欄位以逗號分隔。任何命令都以分號結尾。
• 欄位描述以其名稱開頭，後面跟著其類型、CONSTRAINT 和預設值。
• id BIGINT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY– 整數類型的 id 欄位是一個主鍵和一個增量計數器（對於 id 欄位的每個新記錄，都會產生一個值，該值比該表先前建立的值大 1）。
• cash DECIMAL(15,2) NOT NULL DEFAULT 1000– 現金字段，小數，小數點前 15 位，小數點後兩位（財務數據，例如美元和美分）。不能接受 NULL 值。如果沒有給定值，它將獲得值 1000。
• about VARCHAR(255) NULL– about 字段，最長 255 個字元的字串，可以接受空值。

注意，我們可以在建表後設定部分CONSTRAINT條件。讓我們考慮一下修改表格結構及其欄位的建構： ALTER TABLE table_name ADD CONSTRAINT constrain_name CHECK (condition)使用範例：

• CHECK(tradingMethod IN (1,2,3))– TradingMethod欄位只能取值1,2,3
• CHECK(changeProbability <= 100 AND changeProbability > 0)–changeProbability欄位可以取1到100範圍內的整數值

表之間的關係

為了分析表之間關係的描述，我們來看看share_rates的建立：

CREATE TABLE share_rates(
	id BIGINT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,
	operDate datetime NOT NULL,
	share BIGINT NOT NULL,
	rate DECIMAL(15,2) NOT NULL
);
ALTER TABLE share_rates ADD FOREIGN KEY (share) REFERENCES shares(id)

可以如下設定另一個表格的值的引用： ALTER TABLEtable_from_which_referred ADD FOREIGN KEY(field_that_referred) REFERENCEStable_to_which_referred (field_that_referred to) 讓我們有關於股票的記錄，例如，對於 id=50，我們儲存初始價格為 的 Microsoft 股票17.5，增量為20，變化機率為4%。對於share_rates表，我們得到三個主要屬性：

• 我們只需要在share欄位中儲存shares表中id鍵的值，以便使用它從shares表中取得其餘資訊（名稱等）。
• 我們無法為不存在的促銷活動制定費率。您無法在 share 欄位中插入不存在的值（shares 表中沒有具有此 id 的記錄），因為表格之間不會存在對應關係。
• 我們無法刪除在 share_rates 中設定費率的股票中的股票條目。

最後兩點用於確保儲存資料的完整性。您可以使用本文末尾的 github 儲存庫連結來查看我們模擬的 SQL 表的建立以及相應類別方法的 Java 實作中的 SQL 查詢範例。 第三部分