備注學院

本文將學習幾個基本的數據庫概念，包括模式、表、列數據類型以及結構化查詢語言（SQL）的簡單介紹。這篇文章 —— 側重于數據庫開發人員的角色 —— 介紹可以用來在 Apache Derby 數據庫中保存數據的基本數據類型，然后用它們在 Apache Derby 中創建一個帶有兩個表的簡單模式，供一個虛擬的商店使用。要查看數據庫的模式內容，可以使用 Apache Derby 的工具 —— dblook，導出數據庫的內容。文章結束時簡單討論了如何刪除表。

關系數據庫系統基礎

在開發數據庫應用程序之前，需要理解它的基本概念。這一節介紹在 Apache Derby 中可以使用的數據類型，以及對設計和創建有用的 Derby 數據庫應用程序的能力有影響的規則。

關系數據庫容納數據。數據可以是不同類型的，例如數值型、字符型或日期型。在數據庫中，數據被組織到叫做表 的邏輯單元中。表就像工作簿一樣，因為它包含數據行。每行由許多列組成。列容納特定數據類型的數據，例如整型值或字符串。在多數情況下，一個數據庫有多個表。為了將表關聯在一起，數據庫設計師利用表之間的自然（或人為）鏈接。在工作簿中，可以通過單元格的值鏈接不同工作簿中的行。同樣的概念在關系數據庫中也存在，用來進行鏈接的列叫做鍵列（key column）。

為了讓表或列的用途更容易理解，應當選擇合適的名稱。對于不同的數據庫，命名約定可能不同。對于 Apache Derby 數據庫系統，名稱應當：

• 不區分大小。
• 最長 128 個字符。
• 必須以字母開頭。
• 必須只包含 Unicode 字母、下劃線和 Unicode 數字。

通過把名稱放在雙引號中，可以避開 這些規則，使用雙引號允許名稱區分大小寫以及包含附加字符（包括空格）。但是，這么做通常是不好的做法：它要求名稱總被括在雙引號中，很容易把維護代碼的其他人弄糊涂。

Derby 風格 這個 文章系列 遵守特定的風格：所有 SQL 命令都用大寫，項目名稱采用 camelCase 方式，在 camelCase 風格中，單詞被連在一起，第一個單詞之后的每個單詞的第一個字母大寫，例如 aLongIdentifier。把這兩種風格組合在一起，這些文章寫 SQL 命令時的風格是這樣：SELECT aLongIdentifier FROM bigdog.dataTable ;.

關聯的表通常組織在一起，形成一個模式（schema）。可以把模式當成特定數據庫中所有相關結構定義的容器。在指定模式中，表的名稱必須惟一。所以，通過使用模式，可以在不同模式的范圍內擁有名稱相同的對象（例如表）。在使用 Apache Derby 數據庫時，表總在模式中。如果沒有顯式地指定模式，Derby 就會隱式地使用內置的 apps 模式。叫做 sys 的第二個內置模式用來隔離系統表。

可以用模式名對名稱進行限定（qualify）。要做這件事，可以在模式名后加圓點，然后加表名。例如，bigdog.products 表示 bigdog 模式中的 products 表。沒有相應的模式名，表名就被認為是未限定的（unqualified），例如 products。當模式名和表名都完全指定的時候，就像 bigdog.products，名稱被稱為完全限定的（fully qualified）。

從抽象意義上來說，這些數據庫概念看起來可能讓人混淆。但在實踐上，它們相當簡單。例如，假設有一個商店，叫做 Bigdog's Surf Shop，這家店銷售各種商品，例如太陽鏡、襯衫等等。如果想贏利，就必須管理庫存，以便可以容易地訂購額外的商品或改變供應商，從而把開支控制在最小。跟蹤這些信息的一個簡單方法，就是用表格式編寫條目，如 圖 1 所示。

從這個簡單的可視設計中，可以容易地把業務邏輯直接映射到數據庫表。有兩個表：Products 和 Vendors，它們自然地通過商品名稱鏈接在一起。列的數據類型很容易確定。這篇文章其余的部分將側重于在 Derby 數據庫中創建 Bigdog's Surf Shop 的示例模式 —— 模式中包含這兩個表。

回頁首

處理關系數據庫：結構化查詢語言

SQL NULL 類型 在開始創建數據庫表之前，必須知道列沒有指定值的時候要做什么。為了理解這一點，請想像一下填寫 Web 表單時的情況。如果某個具體列為空，那么插到數據庫中的是什么呢？可以想像，如果必須跟蹤無值 標記，問題會很麻煩。幸運的是，SQL 定義了一個特殊值，NULL，表示列沒有值。

數據庫系統會成為軟件中復雜的部分，特別是在規模擴大到支持企業級應用程序的時候。所以，可以想像每個數據庫都會有自己的應用程序編程接口（API），而這些 API 可能彼此不同。當關系數據庫剛開發出來的時候，情況就是這樣。但是，幸運的是，許多開發商同意開發一個標準的語言，用來訪問和操縱數據庫。這個語言稱作結構化查詢語言（或 SQL，發音是 sea-quill）。至今已經形成了多個官方標準版本，包括 1992 年的版本，這一版被稱為 SQL-92，還有 1999 年的版本被稱為 SQL-99。Apache Derby 數據庫為 SQL-92 標準提供了幾乎完整的實現，所以用 Deryby 開發的應用程序可以容易地移植到其他數據庫系統。

SQL 有兩個主要部分：數據定義語言（DDL）和數據操縱語言（DML）。DDL 命令用來創建、修改或刪除數據庫中的項目（例如表）。DML 命令用來在數據庫表中添加、修改、刪除或選擇數據。這篇文章后面的部分將提供對 SQL 的 DDL 部分的基本介紹。未來的文章將側重于 DML 命令和更高級的 DDL 命令。

SQL 數據類型

SQL 作為一個編程語言，定義了豐富的數據類型層次結構。數據庫已經變得更強大了，所以這個類型層次結構也變得更復雜。但是最簡單的數據庫并不要求使用所有允許的類型，通常只需要保存數值型、字符型和日期（或時間）數據。為了簡單，表 1、2、3、4 顯示了 Derby 中實現的基本 SQL 數據類型。

如表 1 所示，Derby 提供了對三種整型數據類型的支持。這些類型由它們可以保存的整數的范圍區分，也就是由它們在數據庫中需要的存儲空間區分。在設計數據庫時要記住的一個關鍵問題就是，應當一直把表使用的空間控制在最小。一般來說，表越小，性能越高。但是必須能夠在生成的表中保存需要的數據。2³¹ 等于 2,147,483,648，2⁶³ 等于 9,223,372,036,854,775,808，所以使用這些類型可以保存非常大的整數！

多數數值型數據不能用整數表示。Derby 對實數提供了多種格式的支持：單精度浮點、雙精度浮點以及準確的算術表示，如表 2 所示。

如果從未遇到過準確精度數據類型，那么對算術類型和浮點類型可能有些迷惑。區別在于一個事實：計算機中使用的浮點數據類型無法包含每個實數。這看起來可能有些怪，但是想想實數的數量是無限的。大多數實數都無法保存在幾個字節的內存中。對于某些應用程序，精度的損失是可以接受的，而在許多情況下，則不可接受。例如，財務應用程序不能容忍僅僅因為某個數字不能保存在計算機中，就損失金錢。

這個問題的解決方案是使用 DECIMAL 數據類型，它可以控制計算機存儲的數字位數（精度）和小數點后的位數（刻度）。要創建算術類型，應當指定保存的數據的精度，并可選地指定數據的刻度。DECIMAL 數據類型需要的存儲空間通常要比浮點數據類型大得多。所以應當小心地使用這個類型，否則應用程序的性能會降低。默認情況下，DECIMAL 類型的刻度為 0，這意味著 DECIMAL 數據類型模擬了整數類型。

數值類型有多個同義詞。例如，DECIMAL 數據類型可以縮短為 DEC 或表示為 NUMERIC。DOUBLE 類型也可以表示為 DOUBLE PRECISION，雖然為什么在需要雙精度數字時要輸入額外的單詞，原因不明。更常用的同義詞是 FLOAT 類型，它擁有任意的浮點精度，可以在聲明數據類型時指定，例如 FLOAT(val)。精度必須是小于 53 的正整數；如果不是，就會出錯。如果指定了小于等于 23 的精度值，FLOAT(val) 就等價于 REAL；如果精度在 24 和 53 之間，那么 FLOAT(val) 等價于 DOUBLE。

除了數值類型，數據庫中最常用的保存數據的另一個類型是字符數據。字符數據的示例包括產品說明、人名或地址信息。Derby 提供了保存字符數據的兩個簡單技術：CHAR 類型和 VARCHAR 類型，詳情如表 3 所示。對于這兩種類型，都可以指定 length 參數，如果沒指定，默認為 1。在這兩個字符數據類型之間有兩個主要區別。首先，CHAR 類型的最大長度是 254 個字符，而 VARCHAR 類型最多可以容納 32,672 個字符。第二個區別比較微妙：CHAR 類型的長度總是指定的長度。如果沒有指定足夠的字符，那么會插入額外的空白來填滿剩余位置。而使用 VARCHAR 時，字符的數量是可變的，不執行額外的填充。

因為長度可變，所以 VARCHAR 類型在實際的存儲空間方面會更有效率，但在性能上效率就會更低。CHAR 數據類型有助于性能提高，因為數據庫確切地知道每個 CHAR 列有多大，所以在讀寫數據時就可以執行某種性能優化。VARCHAR 列的最大長度看起來可能足夠大了，但是 Derby 還提供了更大的字符數據類型，這個類型將在未來的文章中討論。

Derby 提供了最后一類簡單的數據類型來保存日期和時間，如表 4 所示。TIME 數據類型以 24 小時格式保存小時、分鐘和秒（HH:MM:SS）。DATE 數據類型保存月、日和年，可以用不同的格式指定，包括以下格式：

• yyyy-mm-dd
• mm/dd/yyyy
• dd.mm.yyyy

Derby 還提供了 TIMESTAMP 數據類型，把 TIME 和 DATE 數據類型組合到一個類型中，表示準確的時間。

回頁首

在 Derby 中創建表

目前為止，已經學習了如何設計表，包括規劃表的列和定義每個列的數據類型。在正確地設計了表之后，用 SQL 創建表的方法就很簡單了。清單 1 顯示了在 Derby 中創建表的正式語法。

--  Comment describing the purpose and layout of the table
            CREATE TABLE [schemaName.]tableName (
            { <columnDefinition> | <tableLevelConstraint>  } [,
            { <columnDefinition> | <tableLevelConstraint>  }
            ]*
            ) ;
            

第一次看這個語法時，可能感覺到迷惑不解。但是有了基礎之后，接下來就容易了；而且如果想掌握 Derby，對正式語法的理解是必需的。方括號（[ 和 ]）中的是可選參數。從正式語法中可以看出，模式名是可選的，在必需的頭一個列之后（創建連一個列都沒有的表是沒有意義的），其他列定義或表級約束都是可選的。

您可能理解列定義的含義，但是可能不理解約束 的意義。約束有兩種類型：表級約束和列約束。約束通過某種方式對列或表進行限制。例如，可以用約束要求列總要有實際的值（沒有 NULL 值），或者列中的每個項必須是惟一的，或者列被自動分配默認值。在未來的文章中將更詳細地介紹約束。

最后一個結束方括號之后的星號（*）代表可以包含一個或多個包含項。這意味著表必須有一個或多個列級或表級約束。豎線（|）表明 “可有可無” 條件。在這個語法示例中，必須定義一個新列或者定義一個表級約束。花括號（{ 和 }）把相關項組織在一起，而圓括號（( 和 )）中是必需的元素 。最后，分號（;）表示 SQL 語句的結束。

把這些規則投入使用則相當簡單。清單 2 顯示了如何用 Derby 提供的 ij 創建前面在 圖 1 中演示的表。

rb$ java org.apache.derby.tools.ij
            ij version 10.1
            ij> connect 'jdbc:derby:test;create=true' ;
            ij> CREATE TABLE bigdog.products (
            itemNumber INT NOT NULL,
            price DECIMAL(5, 2),
            stockDate DATE,
            description VARCHAR(128)
            ) ;
            0 rows inserted/updated/deleted
            ij> CREATE TABLE bigdog.vendors (
            itemNumber INT NOT NULL,
            vendorNumber INT NOT NULL,
            vendorName CHAR(64)
            ) ;
            0 rows inserted/updated/deleted
            ij> exit ;
            

與 Derby 數據庫進行交互的最簡單方式是使用 ij 工具，在這個系列的第一篇文章 “用 Apache Derby 進行開發 —— 取得節節勝利：Apache Derby 介紹”（developerWorks，2006 年 2 月）中已經介紹過。如果按照 清單 2 中的步驟進行，就會創建一個新的數據庫，名為 test。如果 test 數據庫已經存在，在發出 connect 語句時，會得到警告消息。可以安全地忽略這個警告。接下來，隱式地創建一個名為 bigdog 的新模式，并顯式地創建兩個新表 —— products 和 vendors —— 這兩個表保存在 bigdog 模式中。模式的創建所以是隱式的，是因為沒有發出 CREATE SCHEMA 語句。

products 表有四個列：itemNumber、price、stockDate 和 description。itemNumber 列提供了每個商品（或列）的惟一標識，它上面還有列級約束，強制要求提供正確的值（NOT NULL）。如果沒有這個要求，itemNumber 列就無法保持惟一，因為多個行都可能被分配 NULL 值。price 列創建為 DECIMAL 數據類型，精度為 5，刻度為 2。這意味著每個商品的最高價格可以是 $999.99。最后兩個列很簡單：stockDate 列以 Date 類型保存，description 列以字符串類型保存，最長 128 個字符，使用的空間是實際的字符串長度。

vendors 表有三列：itemNumber、 vendorNumber 和 vendorName。在這個示例中，itemNumber 和 vendorNumber 列都有列級約束（NOT NULL）。另外，vendorName 列以字符串類型保存，最大長度為 64。因為 vendorName 列用 CHAR 數據類型保存，所以總是保留 64 個字符空間。

在創建了各種項目之后，可能想知道是否有種簡單的方式可以查看數據庫中保存了什么項目。幸運的是，答案是肯定的，可以使用 dblook 工具。運行這個工具，如 清單 3 所示，提供了特定數據庫中已經創建的項目的詳細清單。

rb$ java org.apache.derby.tools.dblook -d jdbc:derby:test
            -- Timestamp: 2006-03-04 10:52:34.056
            -- Source database is: test
            -- Connection URL is: jdbc:derby:test
            -- appendLogs: false
            -- ----------------------------------------------
            -- DDL Statements for schemas
            -- ----------------------------------------------
            CREATE SCHEMA "BIGDOG";
            -- ----------------------------------------------
            -- DDL Statements for tables
            -- ----------------------------------------------
            CREATE TABLE "BIGDOG"."PRODUCTS" (
            "ITEMNUMBER" INTEGER NOT NULL,
            "PRICE" DECIMAL(5,2),
            "STOCKDATE" DATE,
            "DESCRIPTION" VARCHAR(128));
            CREATE TABLE "BIGDOG"."VENDORS" (
            "ITEMNUMBER" INTEGER NOT NULL,
            "VENDORNUMBER" INTEGER NOT NULL,
            "VENDORNAME" CHAR(64));
            

dblook 工具是一個 Java 類，可以用它方便地把數據庫的內容輸出到控制臺。在命令行上運行它，就像運行其他 Java 程序一樣；惟一增加的就是使用 -d jdbc:derby:test 參數，這個參數指定 dblook 工具應當查詢的數據庫。如果能運行 ij 工具，那么 dblook 類文件就已經存在于 CLASSPATH 中了。如果不是這樣，請參考這個系列中的 第一篇文章，獲得正確設置 CLASSPATH 的詳細說明。正如 dblook 工具的輸出所示，test 數據庫包含 bigdog 模式，這個模式包含 products 和 vendors 表。另外，對這兩個表的列也有詳細描述。

回頁首

刪除 Derby 中的表

沒有什么事情是完美的。當錯誤地創建了表或者表不再需要的時候，該怎么辦？簡單的答案是從數據庫中刪除表。而且，如果必要，再創建一個替代表。刪除表很容易，當然這意味著，在做這件事的時候應當非常小心 —— 不會彈出對話框要求您確認是否真的想刪除！

從數據庫中刪除（或者更正式地說，撤下（drop））一個表的完整語法是：

語法很簡單：把完全限定名稱和分號放在 DROP TABLE SQL 命令后面，就完成了。清單 4 中在新創建的臨時表上演示了刪除表的過程。

rb$ java org.apache.derby.tools.ij
            ij version 10.1
            ij> connect 'jdbc:derby:test' ;
            ij> CREATE TABLE temp ( aColumn INT ) ;
            0 rows inserted/updated/deleted
            ij> DROP TABLE temp ;
            0 rows inserted/updated/deleted
            ij> exit ;
            

回頁首

結束語

現在您已經走上了操作 Apache Derby 數據庫的道路。目前您已經掌握了基本的數據庫概念，包括模式、表和列，還看到了使用名為 Bigdog's Surf Shop 的虛擬公司對這些概念的演示。要操作像 Derby 這樣的數據庫，需要學習 SQL，它是與數據庫進行交互的標準語言。這篇文章還介紹了可以用來在 Derby 數據庫中保存數據的基本數據類型。把這些概念融合在一起，您學習了如何用 Derby 創建和刪除表，還使用 Derby 的 dblook 工具輸出了數據庫的模式內容。