SQL является инструментом, предназначенным для организации, управления, выборки и обработки информации, содержащейся в базе данных. Изначально в IBM этому языку было дано имя Structured English Query Language, сокращенно SEQUEL. Однако в тот момент владельцем торговой марки SEQUEL была компания Hawker Siddeley Aircraft Company из Великобритании, так что название языка было сокращено до SQL (Structured Query Language, язык структурированных запросов), а слово English было удалено из названия (для соответствия названия аббревиатуре). В настоящее время аббревиатура SQL читается либо как "сиквел", либо как "эс-кю-эль", причем корректны оба произношения, хотя предпочтительно второе. Как следует из названия, SQL является языком программирования, который применяется для организации взаимодействия пользователя с базой данных. На самом деле SQL работает только с базами данных определенного типа, называемыми реляционными базами данных, которые представляют собой основной способ организации данных в широком диапазоне приложений.
На рис. 1. показана схема работы SQL. Согласно этой схеме, в вычислительной системе имеется база данных, в которой хранится важная информация. Если вычислительная система относится к сфере бизнеса, то в базе данных могут содержаться сведения о материальных ценностях, выпускаемой продукции, объемах продаж и зарплате. В базе данных на персональном компьютере может находиться информация о выписанных чеках, телефонах и адресах или информация, извлеченная из более крупной вычислительной системы. Компьютерная программа, которая управляет базой данных, называется системой управления базой данных, или СУБД.
Рис. 1. Применение SQL для обращения к базе данных
Для того чтобы получить информацию из базы данных, вы запрашиваете ее у СУБД с помощью SQL. СУБД обрабатывает запрос, находит требуемые данные и возвращает их вам. Процесс запроса данных у базы данных и получения результата называется запросом к базе данных (вот почему в названии языка имеется слово "запрос" — язык структурированных запросов).
Однако это название не совсем соответствует действительности. Во-первых, сегодня SQL представляет собой нечто большее, чем просто инструмент создания запросов, хотя именно для этого он и был первоначально разработан. Несмотря на то что выборка данных по-прежнему остается одной из наиболее важных функций SQL, сейчас этот язык используется для реализации всех функциональных возможностей, которые СУБД предоставляет пользователю.
- Определение данных. SQL позволяет пользователю определить структуру и организацию хранимых данных и взаимоотношения между элементами сохраненных данных.
- Выборка данных. SQL дает пользователю или приложению возможность извлекать из базы содержащиеся в ней данные и пользоваться ими.
- Обработка данных. SQL позволяет пользователю или приложению изменять базу данных, т.е. добавлять в нее новые данные, а также удалять или обновлять уже имеющиеся в ней данные.
- Управление доступом. С помощью SQL можно ограничить возможности пользователя по выборке, добавлению и изменению данных и защитить их от несанкционированного доступа.
- Совместное использование данных. SQL применяется для координации совместного использования данных пользователями, работающими одновременно, с тем чтобы изменения, вносимые одним пользователем, не приводили к непреднамеренному уничтожению изменений, вносимых примерно в го же время иным пользователем.
- Целостность данных. SQL позволяет обеспечить целостность базы данных, защищая ее от разрушения из-за несогласованных изменений или отказа системы.
Таким образом, SQL является достаточно мощным языком для управления СУБД и взаимодействия с ней.
Во-вторых, SQL — это не полноценный компьютерный язык типа COBOL, С, C++ или Java. SQL является подъязыком баз данных, в который входит около сорока инструкций, предназначенных для решения задач управления базами данных. Эти инструкции SQL могут быть встроены в другой язык, такой как COBOL или С, и расширяют его, давая возможность получать доступ к базам данных. Кроме того, из такого языка, как С, C++ или Java, инструкции SQL можно посылать СУБД в явном виде, используя интерфейс на уровне вызовов функций (call-level interface) или отправляя сообщения по вычислительной сети.
SQL отличается от других языков программирования, поскольку он описывает, что пользователь хочет от компьютера, а не как компьютер должен это сделать. (Говоря технически, SQL является декларативным, или описательным, а не процедурным языком.) В SQL нет инструкции IF для проверки выполнения условия, нет инструкций GOTO, DO или FOR для управления потоком выполнения. Инструкции SQL описывают, как организован набор данных или какие данные должны быть
выбраны или добавлены в базу данных. Последовательность шагов для решения этих задач определяется самой СУБД.
Наконец, SQL — это слабо структурированный язык, особенно по сравнению с такими высокоструктурированными языками, как С, Pascal или Java. Инструкции SQL напоминают обычные предложения естественного языка и содержат "слова-пустышки", не влияющие на смысл инструкции, но облегчающие ее чтение. В SQL почти нет нелогичностей, к тому же имеется ряд специальных правил, предотвращающих создание инструкций, которые выглядят как абсолютно правильные, но не имеют смысла.
Несмотря на не совсем точное название, SQL на сегодняшний день является стандартом языка для работы с реляционными базами данных. SQL — это достаточно мощный и в то же время относительно легкий для изучения язык. Краткое введение в SQL, представленное в следующей главе, познакомит вас с основными возможностями этого языка.
Роль SQL
Сам по себе SQL не является ни системой управления базами данных, ни отдельным программным продуктом. Приобрести SQL нельзя ни в магазине, ни на сайте. SQL — это неотъемлемая часть СУБД, язык и инструмент для связи с ней. На рис. 2. показаны некоторые компоненты типичной СУБД и как SQL объединяет их в единое целое.
Сердцем СУБД является механизм базы данных (database engine, часто называемый просто движком); он отвечает за структурирование данных, сохранение и получение их из базы данных. Он принимает SQL-запросы от других компонентов СУБД (таких, как генератор отчетов или модуль запросов), от пользовательских приложений и даже от других вычислительных систем. Как видно из рисунка, SQL выполняет много различных функций.
- SQL — интерактивный язык запросов. Для получения данных и вывода их на экран пользователи вводят команды SQL в интерактивных программах. Это удобный способ выполнения специальных запросов.
- SQL — язык программирования баз данных. Чтобы получить доступ к базе данных, программисты вставляют в свои прикладные программы команды SQL. Эта методика используется как в программах, написанных пользователями, так и в служебных программах баз данных (например, в таких, как генераторы отчетов).
- SQL — язык администрирования баз данных. Администратор базы данных, находящейся на рабочей станции или на сервере, использует SQL для определения структуры базы данных и управления доступом к данным.
Рис. 2. Компоненты типичной системы управления базой данных
- SQL — язык создания приложений "клиент/сервер". В программах для персональных компьютеров SQL используется как средство организации связи по сети с серверами баз данных, в которых хранятся совместно используемые данные. Архитектура "клиент/сервер" используется во многих популярных приложениях корпоративного уровня.
- SQL — язык доступа к данным в Интернете. Веб-серверы Интернета, взаимодействующие с корпоративными данными и серверами приложений Интернета, используют SQL в качестве стандартного языка доступа к корпоративным базам данных, зачастую путем внедрения SQL-доступа в популярные языки сценариев наподобие Perl или РНР.
- SQL — язык распределенных баз данных. В системах управления распределенными базами данных SQL помогает распределять данные между несколькими соединенными вычислительными системами. Программное обеспечение каждой системы посредством SQL связывается с другими системами, посылая им запросы на доступ к данным.
- SQL — язык шлюзов баз данных. В вычислительных сетях с различными СУБД SQL часто используется в шлюзовой программе, которая позволяет СУБД одного типа связываться с СУБД другого типа.
Таким образом, SQL — полезный и мощный инструмент, обеспечивающий пользователям, программам и вычислительным системам доступ к информации, содержащейся в реляционных базах данных.
Преимущества SQL
SQL является чрезвычайно успешной информационной технологией. Вспомните, каким был рынок компьютеров в средине 1980-х годов, когда SQL только начинался. Тогда доминировали корпоративные мэйнфреймы и мини-компьютеры. Первый персональный компьютер IBM был создан всего лишь несколько лет назад, а его пользовательским интерфейсом была командная строка MS DOS. Мэйнфреймы IBM работали под управлением операционных систем от Digital Equipment, Data General, Hewlett-Packard и др. Компьютеры соединялись друг с другом при помощи закрытых сетей типа IBM SNA или DECnet от Digital Equipment. Интернет был не более чем инструментом, облегчавшим совместную работу исследовательских лабораторий, а веба не было и в помине. Доминирующими языками программирования были COBOL, С и Pascal; объектно-ориентированное программирование только-только делало первые шаги, a Java еще предстояло изобрести.
Во всех областях информационных технологий — от аппаратного обеспечения до операционных систем, сетей и языков программирования — ключевые технологии средины 1980-х годов уступили место новым решениям и методам. Но в мире управления данными реляционные базы данных и SQL никому не уступили свое место под солнцем. Они развивались, чтобы соответствовать новому аппаратному и программному обеспечению, операционным системам, сетям и языкам программирования. Несмотря на массу попыток свергнуть их с престола, реляционная модель и SQL преуспевают и остаются единственной доминирующей силой в области управления данными. Вот некоторые основные свойства SQL, обеспечивающие такой небывалый его успех в течение последних десятилетий.
- Независимость от конкретных СУБД
- Межплатформенная переносимость
- Наличие стандартов
- Поддержка со стороны компании IBM
- Поддержка со стороны компании Microsoft
- Построение на реляционной модели
- Высокоуровневая структура, напоминающая естественный язык
- Возможность выполнения специальных интерактивных запросов
- Обеспечение программного доступа к базам данных
- Возможность различного представления данных
- Полноценность в качестве языка, предназначенного для работы с базами данных
- Возможность динамического определения данных
- Поддержка архитектуры клиенг/сервер
- Поддержка приложений уровня предприятия
- Расширяемость и поддержка объектно-ориентированных технологий
- Возможность доступа к данным в Интернете
- Интеграция с языком Java (протокол JDBC)
- Поддержка открытого кода
- Промышленная инфраструктура
Ниже эти факторы рассмотрены более подробно.
Независимость от конкретных СУБД
Все ведущие поставщики СУБД используют SQL, и в течение последнего десятилетия ни одна новая СУБД, не поддерживающая SQL, не может рассчитывать на успех. Реляционную базу данных и программы, которые с ней работают, можно перенести с одной СУБД на другую с минимальными доработками и переподготовкой персонала. Программные средства, входящие в состав СУБД для персональных компьютеров, такие как программы для создания запросов, генераторы отчетов и генераторы приложений, работают с реляционными базами данных многих типов. Таким образом, SQL обеспечивает независимость от конкретных СУБД, что является одной из наиболее важных причин его популярности.
Межплатформенная переносимость
Реляционные СУБД выполняются на различных вычислительных системах — от мэйнфреймов и систем среднего уровня до персональных компьютеров, рабочих станций и переносных ПК. Они функционируют на отдельных компьютерах, в локальных и корпоративных сетях и даже на уровне Интернета. Приложения, созданные с помощью SQL и рассчитанные на однопользовательские системы, по мере своего развития могут быть перенесены на более крупные системы. Информация из корпоративных реляционных баз данных может быть загружена в базы данных отдельных подразделений или в персональные базы данных пользователей. Наконец, экономичные персональные компьютеры могут использоваться для тестирования прототипа приложения базы данных с использованием SQL, перед тем как перенести его на дорогую многопользовательскую систему.
Стандарты языка SQL
Официальный стандарт языка SQL был опубликован Американским национальным институтом стандартов (American National Standards Institute, ANSI) и Международной организацией по стандартизации (International Standards Organization, ISO) в 1986 году, после чего был расширен в 1989 году, а затем— в 1992, 1999, 2003 и 2006 годах. Кроме того, SQL является федеральным стандартом США в области обработки информации (Federal Information Processing Standard, FIPS), и, следовательно, соответствие ему является одним из основных требований, содержащихся в больших правительственных контрактах на разработки в компьютерной промышленности. В течение многих лет свой вклад в стандартизацию различных составляющих SQL, таких как интерфейсы программирования и объектно-ориентированные расширения, вносили многие международные, правительственные и промышленные группы. Со временем часть подобных инициатив стала составной частью стандарта ANSI/ISO. Все эти стандарты служат как бы официальной печатью, одобряющей SQL, и они ускорили завоевание им рынка.
Поддержка со стороны IBM
Изначально SQL разрабатывался исследователями IBM и быстро стал стратегическим продуктом, подтверждением чему служит флагманская СУБД DB2 компании IBM. Поддержка SQL имеется для всех основных семейств компьютеров компании IBM — от персональных компьютеров до мощных мэйнфреймов. Работа IBM ясно указала направление развития для других поставщиков баз данных и программных систем. Позже поддержка IBM существенно ускорила принятие SQL рынком. В 1970-х годах IBM была доминирующей силой на рынке вычислительной техники, так что ее поддержку SQL трудно переоценить.
Поддержка со стороны Microsoft
Компания Microsoft рассматривает подсистему доступа к базам данных как ключевую часть архитектуры Windows для персональных компьютеров. Как настольная, так и серверная версия Windows предоставляет стандартизованный доступ к реляционным базам данных посредством ODBC (Open Database Connectivity, открытый доступ к базам данных), программного интерфейса, основанного на SQL. Протокол ODBC поддерживается наиболее распространенными приложениями Windows (электронными таблицами, текстовыми процессорами, базами данных и т.п.), разработанными как самой компанией Microsoft, так и другими ведущими поставщиками, а кроме того, все ведущие SQL-базы данных обеспечивают доступ посредством ODBC. Со временем Microsoft расширила поддержку ODBC более высокоуровневыми объектно-ориентированными надстройками, включая поддержку управления данными в .NET. Но все эти новые технологии всегда могут работать с реляционными базами данных на более низком уровне ODBC/SQL. Когда в конце 1980-х годов Microsoft начала предпринимать усилия по превращению Windows в жизнеспособную серверную операционную систему, она представила SQL Server в качестве новой собственной SQL-базы данных. SQL Server и сегодня является флагманским продуктом Microsoft и ключевым компонентом архитектуры Microsoft .NET для веб-служб.
Основанность на реляционной модели
SQL является языком реляционных баз данных, поэтому он стал популярным тогда, когда популярной стала реляционная модель представления данных. Табличная структура реляционной базы данных со строками и столбцами интуитивно понятна пользователям, поэтому язык SQL является простым и легким для изучения. Реляционная модель имеет солидный теоретический фундамент, послуживший основой для эволюции и реализации реляционных баз данных. На волне популярности, вызванной успехом реляционной модели, SQL стал, по сути, единственным языком для реляционных баз данных.
Высокоуровневая структура, напоминающая естественный язык
Инструкции SQL похожи на обычные предложения английского языка, что упрощает их изучение и понимание. Частично это обусловлено тем, что инструкции SQL описывают данные, которые необходимо получить, а не способ их поиска. Таблицы и столбцы в реляционной базе данных могут иметь длинные описательные имена. В результате большинство инструкций SQL означает именно то, что точно соответствует их именам, поэтому их можно читать как простые, естественные предложения.
Интерактивные запросы
SQL является языком интерактивных запросов, который обеспечивает пользователям немедленный доступ к данным. С помощью SQL пользователь может в интерактивном режиме получить ответы на самые сложные запросы в считанные минуты или секунды, тогда как программисту по требовались бы дни или недели, чтобы написать соответствующую программу. Из-за того что SQL допускает интерактивное формирование запросов, данные становятся более доступными и могуч' помочь в принятии решений, делая их более обоснованными. Интерактивность SQL на ранних этапах его эволюции была важным преимуществом над нереляционными базами данных и позже осталась таковым по отношению к чисто объектно-ориентированным базам данных.
Программный доступ к базе данных
Программисты пользуются языком SQL при создании приложений, обращающихся к базам данных. Одни и те же инструкции SQL используются как для интерактивного, так и для программного доступа, поэтому части программ, содержащие обращения к базе данных, можно вначале тестировать в интерактивном режиме, а затем встраивать в программу. В традиционных базах данных для программного доступа используются одни программные средства, а для выполнения интерактивных запросов — другие, без какой-либо связи между этими двумя режимами доступа.
Различные представления данных
С помощью SQL создатель базы данных может сделать так, что различные пользователи базы данных будут видеть различные представления ее структуры и содержимого. Например, базу данных можно спроектировать таким образом, что каждый пользователь будет видеть только данные, относящиеся к его подразделению или торговому региону. Кроме того, данные из различных частей базы данных могут быть скомбинированы и представлены пользователю в виде одной простой таблицы. Следовательно, представления можно использовать для усиления защиты базы данных и ее настройки под конкретные требования отдельных пользователей.
Полноценный язык для работы с базами данных
Первоначально SQL был задуман как язык интерактивных запросов, но сейчас он вышел далеко за рамки выборки данных. SQL является полноценным, самосогласованным и логичным языком, предназначенным для создания базы данных, управления ее защитой, изменения ее содержимого, выборки данных и совместного их использования несколькими параллельно работающими пользователями. Концепции, освоенные при изучении одной части языка, могут затем применяться в других командах, что повышает производительность работы пользователей.
Динамическое определение данных
С помощью SQL можно динамически изменять и расширять структуру базы данных даже в то время, когда пользователи обращаются к ее содержимому. Это большое преимущество перед статическими языками определения данных, которые запрещают доступ к базе данных во время изменения ее структуры. Таким образом, SQL обеспечивает максимальную гибкость, так как дает базе данных возможность адаптироваться к изменяющимся требованиям, не прерывая работу приложения, выполняющегося в реальном масштабе времени.
Архитектура “клиент/сервер”
SQL — естественное средство для реализации приложений, использующих распределенную архитектуру "клиент/сервер". В этой роли SQL служит связующим звеном между клиентской системой, взаимодействующей с пользователем, и серверной системой, управляющей базой данных, позволяя каждой из них сосредоточиться на выполнении своих функций. Кроме того, SQL дает возможность персональным компьютерам функционировать в качестве клиентов по отношению к сетевым серверам или более крупным базам данных, установленным на мэйнфреймах; это позволяет получать доступ к корпоративным данным из приложений, работающих на персональных компьютерах.
Поддержка приложений уровня предприятия
Все крупные приложения уровня предприятия, поддерживающие ежедневную деятельность больших компаний и организаций, используют для хранения и организации информации SQL-базы данных. В 1990-х годах, в связи с так называемой "проблемой 2000 года", большие фирмы массово перешли от собственных доморощенных систем к приложениям от таких производителей, как SAP, Oracle, PeopleSoft, Siebel и др. Данные, обрабатываемые такими приложениями (заказы, продажи, клиенты, склады и т.п.), обычно имеют структурированный вид записей с полями, который легко преобразуется в формат строк и столбцов SQL. Создавая свои приложения на базе SQL-баз данных уровня предприятия, производители программного обеспечения избегают необходимости разрабатывать собственные системы управления данными и пользуются всеми преимуществами существующих инструментов и опытом программистов. Поскольку все основные приложения уровня предприятия для своей работы требуют SQL-базы данных, увеличение продаж таких приложений автоматически влечет повышение спроса на новое программное обеспечение баз данных.
Расширяемость и поддержка объектно-ориентированных технологий
Основным вызовом доминированию языка SQL в качестве стандарта баз данных стало появление объектно-ориентированного программирования и языков программирования наподобие Java и C++. Как следствие общей направленности компьютерного рынка в сторону объектно-ориентированных технологий, появились объектные базы данных. В ответ на это поставщики реляционных СУБД начали постепенно расширять и модернизировать SQL, добавляя в него различные обьектные возможности. Появившиеся в результате ''объектно-реляционные" базы данных, основанные, как и ранее, на SQL, стали более популярной альтернативой "чисто объектным" базам данных, обеспечив тем самым дальнейшее доминирование SQL в течение последнего десятилетия. Новейшие веяния объектных технологий, воплотившиеся в XML и архитектурах веб-служб, вновь "покусились" на доминирование SQL посредством "XML- баз данных" и альтернативных языков запросов в начале 2000-х годов. И вновь ведущие производители сумели отреагировать на угрозу путем добавления в язык XML- расширений. Пока что история SQL дает основания надеяться, что так же будут преодолены и новые вызовы, которые могут появиться в будущем.
Возможность доступа к данным в Интернете
Рост популярности Интернета и Веб привел к тому, что к концу 1990-х годов SQL стал рассматриваться и как стандартный язык для доступа к данным в Интернете. Первоначально, в эпоху зарождения веб, разработчики, занимавшиеся отображением на веб-страницах информации, извлеченной из баз данных, применяли SQL как средство взаимодействия со шлюзами баз данных. Позднее, с появлением трехуровневой архитектуры Интернета с четким разделением на тонкие клиенты, серверы приложений и серверы баз данных, SQL стал связующим звеном между вторым и третьим уровнями. Роль SQL в многоуровневой архитектуре в настоящее время начинает выходить за рамки серверных баз данных и включает кеширование и управление данными в реальном времени на уровне приложений или вблизи него.
Интеграция с языком Java (протокол JDBC)
Основной областью разработки SQL в последние пять-десять лет являлась интеграция SQL с Java. Осознав необходимость связи языка программирования Java с существующими реляционными базами данных, Sun Microsystems (создатель Java) предложил интерфейс JDBC (Java Database Connectivity), стандартный интерфейс прикладного программирования, позволяющий программистам на Java пользоваться SQL для обращения к базам данных. JDBC получил дальнейшую поддержку, когда был принят в качестве стандарта доступа к данным в спецификации Java2 Enterprise Edition (J2EE), которая определяет операционную среду, предоставляемую большинством ведущих серверов приложений Интернета. В дополнение к роли Java в качестве языка программирования, имеющего доступ к базам данных, многие ведущие производители реализовали поддержку Java в своих системах баз данных, тем самым обеспечив применение Java в качестве языка хранимых процедур и бизнес-логики в самих базах данных. Такая тенденция интеграции Java и SQL обеспечивает важность SQL и в новую эру Java-программирования.
Поддержка открытого кода
Одним из новейших важных событий в компьютерной индустрии стало применение подхода "открытого кода" в построении сложных программных систем. При этом подходе исходный текст является открытым и доступным бесплатно, так что многие программисты могут вносить в него свой вклад, добавлять в него новые возможности, исправлять ошибки, улучшать функциональность и т.п. Такое сообщество программистов, которые могут работать в различных организациях по всему миру, при определенной координации становится мощным двигателем новой технологии. Программное обеспечение с открытым кодом обычно доступно по невысокой цене (или вовсе бесплатно), что только добавляет ему привлекательности. В течение последнего десятилетия разработан ряд успешных проектов SQL- баз данных с открытым кодом, одна из которых, MySQL, стала стандартным компонентом набора программного обеспечения с открытым кодом LAMP, в который, кроме MySQL, входят операционная система Linux, веб-сервер Apache и язык сценариев РНР. Широкая доступность бесплатных SQL-баз данных с открытым кодом способствует дальнейшему росту популярности SQL.
Промышленная инфраструктура
Пожалуй, наиболее важным фактором растущей популярности SQL можно считать появление целой промышленной инфраструктуры, основанной на SQL. СУРБД на базе SQL являются важной частью этой инфраструктуры. Еще одной важной частью являются приложения уровня предприятия, использующие SQL и требующие наличия SQL-базы данных. Кроме того, можно упомянуть массу инструментов, таких как генераторы отчетов, инструменты для ввода данных, проектирования баз данных, программный инструментарий и многое другое, что облегчает применение SQL. Критической частью этой инфраструктуры является большое количество опытных программистов SQL. Еще одной важной частью является легкодоступное обучение и помощь при работе с SQL. Целые фирмы специализируются на консультировании по вопросам SQL, оптимизации и повышении производительности кода. Все эти части усиливают друг друга и обеспечивают успех SQL. Проще говоря, при наличии задач управления данными простейшие, наименее рискованные и наиболее дешевые решения получаются при применении SQL.
Давайте теперь поговорим, как работать с SQL? Рассмотрим синтаксис языка, основные операторы и команды.
