SQL 問い合わせ計画 (SQL query plan)

大学で使用した自作の資料等を，手直しの上公開している． クリエイティブ・コモンズ BY NC SA．

リレーショナルデータベースの基礎であるテーブル定義，一貫性制約，SQL，結合と分解，トランザクション，埋め込みSQL，実行計画，二次索引を学ぶ．SQLite 3 を用いて，SQL についての演習も行う．

SQL を用いて，scores テーブルを定義し，一貫性制約を記述する． (Define 'scores' table and specify integrity constrants of the table using SQL)

リレーショナル・スキーマ (relational schema): scores( name, teacher_name, student_name, score )

1. scores テーブルの定義 (Define a table)

   次の SQL を入力し，「Run SQL」のアイコンをクリック (Write the following SQL, and click "Run SQL" icon).

   create table scores (
       id            integer  primary key autoincrement not null,
       name          text     not null,
       teacher_name  text     not null,
       student_name  text     not null,
       score         integer  not null check ( score >= 0 AND score <=100 ),
       created_at    datetime not null,
       updated_at    datetime,
       unique (name, student_name) );
   

   ※ 「SQL Editor」のウインドウには，SQL プログラムを書くことができる． In the 'SQL string' window, you can write down SQL program(s).

   
2. コンソールの確認 (Inspect console)

   エラーメッセージが出ていないことを確認

   

次のような scores テーブルを作る． (Construct table 'scores')

以下の手順で，SQL を用いて scores テーブルへの行の挿入を行う (Insert rows into table 'scores' using SQL)

1. SQL プログラムの記述

   「insert into ...」は行の挿入．ここには 5つの SQL 文を書き， 「begin transaction」と「commit」で囲む． ("insert into ..." means inserting a row into a table. Four SQL statements are wrote).

   begin transaction;
   insert into scores values( 1, 'Database',    'K', 'KK', 85, datetime('now', 'localtime'), NULL );
   insert into scores values( 2, 'Database',    'K', 'AA', 75, datetime('now', 'localtime'), NULL );
   insert into scores values( 3, 'Database',    'K', 'LL', 90, datetime('now', 'localtime'), NULL );
   insert into scores values( 4, 'Programming', 'A', 'KK', 85, datetime('now', 'localtime'), NULL );
   insert into scores values( 5, 'Programming', 'A', 'LL', 75, datetime('now', 'localtime'), NULL );
   commit;
   

   
2. 複数の SQL 文の一括実行 (Run multiple SQL statements)

   複数の SQL 文を一括実行したいので，カーソルを先頭行に移動した後に，「Run multiple SQL statements ...」のボタンをクリックする． 「Move the cursor to the top statement. Click "Run multiple SQL statements from current cursor position in one batch" icon)

   
3. 「Script Output」ウインドウの確認 (Inspect "Script Output" window)

   エラーメッセージが出ていないことを確認

   

テーブル一覧の確認、データベーススキーマの確認

1. 「Tables」を展開すると，テーブルの一覧 (List of Tables) が表示されるので確認する (List of tables appears by clicking 'Tables')
   
2. 「System Catalogue」を展開し，「sqlite_master」をクリックすると，データベース・スキーマ (database schema) が表示されるので，scores の行を確認する (Database schema appears by clicking 'sqlite_master')
   
   
   

   ※ 「2」 の部分は別の数値になっているはずである。 これらは、scores テーブルのデータが置かれるページ番号に関する情報 (rootpage) であり、 SQLite 3 システムが自動で決める値である。

Sqliteman を用いたデータのブラウズ (Browse Data using Sqliteman)

• まず，オブジェクト・ブラウザ (Object Browser) の中の「Tables」を展開 (Click 'Tables')
  
• 次に，scores テーブルをダブルクリックする (Select table 'scores')
  
• テーブル scoresが表示される (table 'scores' appears)
  

  ※ もし，データに間違いがあれば，このウインドウで修正できる (If you find any mistakes, you can modify the data using this window).

Sqliteman を用いた SQL 問い合わせ計画の表示

ここでは，SQL 問い合わせ計画の表示例を示す．

データベース管理システムは， SQL 文をコンパイルし，SQL 問い合わせ計画を作る． SQL 問い合わせ計画とは，データベースに関する基本的なオペレータの並びである． (Database management system compliles a SQL statement into a SQL query plan. SQL query plan is a sequence or a tree of database operations ).

SQLite 3の問い合わせ計画については，SQLite Virtual Machine Opcodes の Web ページなどを見てください．(please refer to https://www.sqlite.org/opcode.html for SQLite opcodes)

■ テーブルの全ての行の表示 (List all rows of a table)

• SQL の問い合わせの発行と評価結果の確認 (Issue SQL queries and inspect the scores)

  まずは scores テーブルを使った簡単な SQL を試す

  SELECT * FROM scores;
  

• 問い合わせ計画の表示 (query plan)

  今度は、SQL 文の前に「EXPLAIN」を付ける．(Add 'EXPLAIN' before a SQL statement)

  EXPLAIN SELECT * FROM scores;
  

【表示された問い合わせ計画の要点】

アドレス (addr)	オペコード	主なオペランド
2	OpenRead	P2 = 2	ルート・ページが 2 であるようなテーブル (この場合は，テーブル scores) のカーソルを作る (Open table 'scores' for read, and make a cursor)
3	Rewind	P2 = 13	カーソルを，テーブルの先頭を指し示すようにする．テーブルが空の場合には，アドレス 13 （Close）にジャンプする (Use the first row. If the first row is empty then jump to '13')
5, 6, 7, 8, 9, 10	Column	P3 = 1,2,3,4,5,6, P4 = 2,3,4,5,6,7	列番号1,2,3,4,5,6の値を，それぞれレジスタ2,3,4,5,6,7に格納する．
11	ResultRow	P1 = 1, P2 = 7	レジスタ 1 からレジスタ 7 までの値を１行として出力する (Generate output using registers)
9	Next	P2 = 4	もし，カーソルが指し示すレコードが末端レコードならば、次の命令に進む． もし，カーソルが指し示すレコードが末端レコードでなければ、カーソルを１つ進めて、アドレス4 にジャンプする． (Advance cursor to the next tow. If there are more rows, then jump to the address '4')

二次索引については、今後の授業で学ぶ。そのときは、 二次索引がないとき，テーブルの本体が１行ずつ処理される．テーブルの全ての行について処理が繰り返される． (このことを「tuple at a time」ともいう)ということを再度確認する。

■ 条件を満足する行のみの表示 (List the rows which satisfy a given condition)

• SQL の問い合わせの発行と評価結果の確認 (Issue SQL queries and inspect the scores)

  SELECT * FROM scores WHERE student_name='KK'; 
  

• 問い合わせ計画の表示 (query plan)

  SQL 文の前に「EXPLAIN」を付ける．(Add 'EXPLAIN' before a SQL statement)

  EXPLAIN SELECT * FROM scores WHERE student_name='KK'; 
  

  アドレス 6 の「Ne 1 15 2 collseq(BINARY) 69」は「条件付きジャンプ」である． 条件を満たさないような行の場合には、結果を得るプログラムの部分をジャンプ （ここでは、７行目から１１行めまで）するようになっている。これで、条件を満たす行だけが得られるようになる。

  最初，カーソルは先頭行にセットされる． アドレス 6 の「Ne 1 15 2 collseq(BINARY) 69」は「条件付きジャンプ」であり、 SQL で指定されていたstudent_name = 'KK'」の処理を行うためのものである． （true の時に限り，新しい行が，評価結果に追加される） その後，カーソルは次の行へ動く． このようにして，scores テーブルの全ての行が精査される．