第 2 部分：DBMS 结构、表和数据类型

第一部分 我们继续创建简单的证券交易所模拟器。这是我们要做的：

• 让我们创建一个数据库组织图。
• 我们将描述它存储的内容、方式和位置。
• 让我们看看数据是如何相互关联的。
• 让我们以 SQL 表创建命令CREATE TABLE（SQL 语言的数据定义语言 ( DDL )）为例开始学习 SQL 的基础知识 。
• 让我们继续编写Java程序。我们使用 JDBC 和三层架构以编程方式创建数据库的 java.sql 来实现 DBMS 的主要功能。

这两部分内容更加冗长，因为我们需要从内部熟悉 SQL 的基础知识和 DBMS 的组织，并与 Java 进行类比。为了不让代码清单让您感到厌烦，最后有该程序对应的提交 github 存储库的链接。

数据库管理系统设计

应用说明

您已经听说组织数据存储是编程的一个组成部分。让我提醒您，我们应用程序的目的是最简单的交换模拟：

• 股票的价值在交易日内可以按照规定的规则发生变化；
• 有初始资金的交易者；
• 交易者可以根据他们的算法买卖股票。

交易所以固定时间段（在我们的例子中为 1 分钟）运行。在价格变动期间，股票价格可能会发生变化，然后交易者可以买入或卖出股票。

交换仿真数据结构

我们将其称为单独的交换实体模型。为了避免舍入错误，我们将通过一个类来处理财务金额BigDecimal（详细信息可以在文章末尾的链接中找到）。让我们更详细地描述每个模型的结构： 促销： 分享价格： 商人： 交易者行动： 为了确保每个模型的唯一性，我们将添加一个longid类型的属性。该属性在模型实例中是唯一的，并且可以唯一地标识它。引用其他模型（交易者、股票、股票价格）的属性可以使用此属性来唯一标识相应的模型。我立刻想到我们可以用来 存储这样的数据，相应的模型在哪里。但是，请尝试在以下条件下在代码中实现此功能： idMap<Long, Object>Object

• 数据大小明显超过可用 RAM 的大小；
• 预计可以从十几个不同的地方访问数据；
• 需要同时修改和读取数据的能力；
• 有必要确保数据的形成和完整性规则；

...您将面临需要适当资格和时间来实施的任务。没有必要“重新发明轮子”。很多事情已经为我们想好了并写好了。所以我们将使用多年来已经测试过的东西。

在 Java 中存储数据

让我们考虑一下行动。在 Java 中，我们为此模型创建了一个特定的类，Share其中包含字段name, changeProbability, startPrice, delta。许多共享存储为Map<Long, Share>，其中密钥是每个共享的唯一标识符。

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 ));

要通过 ID 访问所需的促销活动，请使用方法shares.get(id)。对于按名称或价格查找股票的任务，我们将循环遍历所有记录以查找我们需要的记录，依此类推。但我们会采取相反的方式，将值存储在 DBMS 中。

DBMS 中的数据存储

让我们为 DBMS 制定一组初始的数据存储规则：

• DBMS 中的数据被组织成表 ( TABLE )，表是一组记录。
• 所有记录都具有相同的字段集。它们是在创建表时设置的。
• 该字段可以设置为默认值 ( DEFAULT )。
• 对于表，您可以设置约束 ( CONSTRAINT ) 来描述其数据的要求，以确保其完整性。这可以在表创建阶段（ CREATE TABLE ）完成或稍后添加（ALTER TABLE ... ADD CONSTRAINT）。
• 最常见的约束：
  • 主键是 PRIMARY （在我们的例子中是 Id ）。
  • 唯一值字段UNIQUE（车辆表的VIN）。
  • 检查CHECK字段（百分比值不能大于100）。字段的私有限制之一是NOT NULL或NULL，它禁止/允许在表字段中存储 NULL。
  • 链接到第三方表FOREIGN KEY（链接到股价表中的股票）。
  • 索引INDEX（对字段建立索引以加快在其中搜索值的速度）。
  • 如果记录的字段值与限制（CONSTRAINT）相矛盾，则不会发生记录的修改（ INSERT、UPDATE ）。
• 每个表可以有一个（或多个）关键字段，可用于唯一标识一条记录。这样的字段（或多个字段，如果它们形成组合键）形成表的主键 - PRIMARY KEY。
  • 主键保证了表中记录的唯一性；在主键上创建索引，可以根据键值快速访问整个记录。
  • 拥有主键可以更轻松地在表之间创建链接。接下来，我们将使用人工主键：对于第一条记录id = 1，后续的每条记录都将插入到表中，并且 id 值加一。此键通常称为AutoIncrement或AutoIdentity。

实际上是一个股票表： 在这种情况下是否可以使用股票名称作为键？总的来说 - 是的，但有可能某些公司发行不同的股票并仅以自己的名称命名。在这种情况下，将不再有唯一性。在实践中，经常使用人工主键。同意，在包含人员记录的表中使用全名作为唯一键并不能确保唯一性。以及使用全名和出生日期的组合。

DBMS 中的数据类型

与任何其他编程语言一样，SQL 也具有数据类型。以下是最常见的 SQL 数据类型： 整数类型 真实的 细绳 日期和时间 大量数据的存储

SQL 编写风格

对于许多语言，都有代码格式指南。通常，此类文档包含变量、常量、方法和其他语言结构的命名规则。因此，对于 Python，有 PEP8，对于Java - Oracle Code Conventions for Java。已经为 SQL 创建了几个不同的集，它们之间略有不同。无论如何，您应该养成在格式化代码时遵循规则的习惯，尤其是在团队中工作时。例如，规则可以是以下（当然，您可以为自己制定一套不同的规则，主要是将来坚持它们）：

• 关键字和保留字，包括命令和运算符，必​​须用大写字母书写：CREATE TABLE、CONSTRAINT...
• 表、字段和其他对象的名称不应与 SQL 语言关键字重合（请参阅文章末尾的链接），但可以包含它们。
• 表名称应反映其用途。它们以小写字母书写。名称中的单词之间用下划线分隔。末尾的单词必须是复数：traders（交易者）、share_rates（份额率）。
• 表字段名称应反​​映其用途。它们必须以小写字母书写，名称中的单词必须采用驼峰式格式，并且末尾的单词必须使用单数：name（名称）、share_rates（分享率）。
• 人工关键字段必须包含单词 id。
• CONSTRAINT 名称必须遵循表命名约定。它们还必须包括其中涉及的字段和表，以语义前缀开头：check_（检查字段值）、pk_（主键）、fk_（外键）、uniq_（字段唯一性）、idx_（索引）。示例：pk_traider_share_actions_id（trader_share_actions 表的 id 字段上的主键）。
• 依此类推，当你学习 SQL 时，规则列表将会被补充/更改。

数据库管理系统设计

在创建 DBMS 之前，需要对其进行设计。最终模式包含表、一组字段、约束、键、字段的默认条件、表和其他数据库实体之间的关系。在 Internet 上，您可以找到许多免费的在线/离线设计器来设计小型 DBMS。尝试在搜索引擎中输入“免费数据库设计器”之类的内容。此类应用程序具有有用的附加属性：

• 可以生成SQL命令来创建DBMS。
• 在图表上直观地显示设置。
• 允许您移动表格以获得更好的可视化效果。
• 在图表上显示键、索引、关系、默认值等。
• 他们可以远程存储 DBMS 模式。

例如，dbdiffo.com突出显示键、显示非空字段和带有 NN 标签的 AI（自动增量）计数器：

在 DBMS 中创建表

所以我们有一个图表。现在让我们继续创建表 (CREATE TABLE)。为此，我们建议获得初步数据：

• 表名
• 字段名称和类型
• 字段的限制（CONSTRAINTS）
• 字段的默认值（如果可用）
• 主键 (PRIMARY KEY) 如果可用
• 表之间的连接（外键）

我们不会详细研究 CREATE TABLE 命令的所有选项；我们将使用为交易者创建表的示例来了解 SQL 基础知识：

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)

让我们仔细看看：

• CREATE TABLE traiders（字段描述）- 创建具有指定名称的表；在描述中，字段以逗号分隔。任何命令都以分号结尾。
• 字段描述以其名称开头，后跟其类型、CONSTRAINT 和默认值。
• id BIGINT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY– 整数类型的 id 字段是一个主键和一个增量计数器（对于 id 字段的每条新记录，都会生成一个值，该值比该表之前创建的值大 1）。
• cash DECIMAL(15,2) NOT NULL DEFAULT 1000– 现金字段，小数，小数点前 15 位，小数点后两位（财务数据，例如美元和美分）。不能接受 NULL 值。如果没有给定值，它将获得值 1000。
• about VARCHAR(255) NULL– about 字段，一个最长 255 个字符的字符串，可以接受空值。

注意，我们可以在建表后设置部分CONSTRAINT条件。让我们考虑一下修改表结构及其字段的构造： ALTER TABLE table_name ADD CONSTRAINT constrain_name CHECK (condition)使用示例：

• CHECK(tradingMethod IN (1,2,3))– TradingMethod字段只能取值1,2,3
• CHECK(changeProbability <= 100 AND changeProbability > 0)–changeProbability字段可以取1到100范围内的整数值

表之间的关系

为了分析表之间关系的描述，我们看一下share_rates的创建：

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)

可以按如下方式设置到另一个表的值的链接： ALTER TABLEtable_from_which_is_referred ADD FOREIGN KEY(field_which_referred) REFERENCEStable_to_which_is_referenced (field_which_is_referenced) 让我们有关于股票的记录，例如，对于 id=50，我们存储初始价格为 17.5 的 Microsoft 股票，增量为 20，变化机会为 4%。对于share_rates表，我们得到三个主要属性：

• 我们只需将shares表中的id键的值存储在share字段中，以便使用它从shares表中获取其余信息（名称等）。
• 我们无法为不存在的促销活动制定费率。您不能在 share 字段中插入不存在的值（shares 表中没有具有此 id 的记录），因为表之间不会存在对应关系。
• 我们无法删除在 share_rates 中设置费率的股票中的股票条目。

最后两点用于确保存储数据的完整性。您可以使用本文末尾的 github 存储库链接来查看我们模拟的 SQL 表的创建以及相应类方法的 Java 实现中的 SQL 查询示例。 第三部分