تصميم الجداول ومعلومات المخطط وترتيب تنفيذ الاستعلامات في SQL

تستعرض هذه المقالة عددا من مواضيع SQL، مثل كيفية تصميم جداول قواعد البيانات، واستخدام المرادفات، وكيفية استخلاص المعلومات المتعلقة بقاعدة البيانات عبر معلومات المخطط، والترتيب الذي تُنفّذ وفقه عبارات واستعلامات SQL.

تصميم الجداول Table Design

لا تنحصر وظائف أنظمة قواعد البيانات العلائقية في عرض البيانات في الجداول، وكتابة عبارات SQL لسحب تلك البيانات.

إن كان تصميم الجداول سيئًا، فقد يؤدي ذلك إلى إبطاء تنفيذ الاستعلامات، ويمكن أن يؤثر على عمل قاعدة البيانات، بحيث لا تعمل كما هو متوقع. لذا لا ينبغي النظر إلى جداول قاعدة البيانات كما لو كانت مجرد جداول عادية؛ إذ يتوجّب أن تتّبع مجموعة من القواعد حتى تكون علائقية حقًّا.

هذه هي القواعد الخمسة التي ينبغي أن تتوفّر في أيّ جدول علائقي:

أن تكون كل القيم ذرّية (atomic)، أي يجب أن تكون قيمة كل حقل من كل صفّ قيمة واحدة.
يجب أن تنتمي بيانات كل حقل إلى نفس نوع البيانات.
يجب أن يكون لكل حقل اسمًا فريدًا.
يجب أن يحتوي كل صفّ في الجدول على قيمة واحدة على الأقل تجعله متفرّدًا عن السجلات الأخرى في الجدول.
لا ينبغي أن يكون لترتيب الصفوف والأعمدة أيّ تأثير.

هذا مثال على جدول يتوافق مع القواعد الخمس أعلاه:

Id	Name	DOB	Manager
1	Fred	11/02/1971	3
2	Fred	11/02/1971	3
3	Sue	08/07/1975	2

لنتحقق من القواعد السابقة:

القاعدة 1: كل القيم ذرّية. إذ لا تحتوِي الحقول ‎Id‎ و ‎Name‎ و ‎DOB‎ و ‎Manager‎ إلّا قيمًا مُنفردة (single) فقط.
القاعدة 2: لا يحتوي الحقل ‎Id‎ إلّا على الأعداد الصحيحة، فيما يحتوي الحقل ‎Name‎ حصرًا على القيم النصية (يمكننا إضافة أنها جميعًا تتألف من أربعة أحرف أو أقل)، فيما يحتوي الحقل ‎DOB‎ على تواريخ من نوع صالح، ويحتوي الحقل ‎Manager‎ على أعداد صحيحة (يمكننا إضافة أنّها تتوافق مع حقل المفاتيح الرئيسية في جدول المدراء managers).
القاعدة 3: ‎Id‎ و ‎Name‎ و ‎DOB‎ و ‎Manager‎ هي أسماء عناوين فريدة للحقول داخل الجدول.
القاعدة 4: يميّز الحقل ‎Id‎ كلّ السجلّات، ويجعل كلّ سجلّ مختلفًا عن السجلات الأخرى داخل الجدول.

هذا مثال على جدول ذي تصميم سيء:

Id	Name	DOB	Name
1	Fred	11/02/1971	3
1	Fred	11/02/1971	3
3	Sue	Friday the 18th July 1975	2, 1

لنتحقق من القواعد السابقة:

القاعدة 1: يحتوي الحقل الثاني على قيمتين، 2 و 1.
القاعدة 2: يحتوي الحقل DOB على نوعي بيانات مختلفين، نوع التاريخ، ونوع النصوص.
القاعدة 3: هناك حقلان لهما الاسم نفسه ("name").
القاعدة 4: السجل الأول والثاني متماثلان تمامًا.
القاعدة 5: هذه القاعدة مُستوفاة.

المرادفات Synonyms

المرادف (Synonym) هو كُنية أو اسم بديل لكائن في قاعدة بيانات، هذا الكائن قد يكون جدولًا أو معرضًا أو إجراءًا مُخزّنًا، أو سلسلة …إلخ.

يوضّح المثال التالي كيفية إنشاء المرادفات:

CREATE SYNONYM EmployeeData
FOR MyDatabase.dbo.Employees

مخطط المعلومات Information Schema

مخطّط المعلومات (Information Schema) هو استعلام يوفّر معلومات مفيدة للمستخدمين النهائيين عن أنظمة إدارة قواعد البيانات (RDBMS).

تتيح مثل هذه الاستعلامات للمستخدمين إمكانية العثور السريع على جداول قاعدة البيانات التي تحتوي أعمدة معيّنة، كما يحدث عندما ترغب في ربط البيانات من جدولين بشكل غير مباشر عبر جدول ثالث دون معرفة مُسبقة بالجداول التي قد تحتوي على مفاتيح أو أعمدة أخرى مشتركة مع الجداول المستهدفة.

يستخدم المثال التالي تعبيرًا T-SQL، ويبحث عن مخطّط المعلومات الخاصّ بقاعدة البيانات:

SELECT *
FROM INFORMATION_SCHEMA.COLUMNS
WHERE COLUMN_NAME LIKE '%Institution%'

تحتوي النتيجة على قائمة بالأعمدة المُطابقة، وأسماء جداولها، ومعلومات أخرى مفيدة.

ترتيب التنفيذ Order of Execution

تُنفّذ عبارات استعلامات SQL وفق ترتيب محدّد. تستعرض هذه الفقرة هذا الترتيب:

/*(8)*/ SELECT /*9*/ DISTINCT /*11*/ TOP 
/*(1)*/ FROM
/*(3)*/ JOIN
/*(2)*/ ON
/*(4)*/ WHERE
/*(5)*/ GROUP BY
/*(6)*/ WITH {CUBE | ROLLUP}
/*(7)*/ HAVING
/*(10)*/ ORDER BY
/*(11)*/ LIMIT

إليك الترتيب الذي تتم به معالجة الاستعلامات، مع وصف مختصر لكلّ منها (تشير VT إلى "Virtual Table" أي جدول وهمي، وتوضّح كيف يتم إنتاج مختلف البيانات أثناء معالجة الاستعلام):

FROM: تنفّذ جداء ديكارتي (ضمّ متقاطع cross join) بين الجدولين الأولين في عبارة FROM، ونتيجة لذلك، يُنشأ جدول وهمي VT1
ON: ترشِّح الجدول الوهمي VT1. ولا تُدرج إلا الصفوف التي تعيد TRUE إلى الجدول الوهمي VT2.
OUTER: في حال الضمّ الخارجي OUTER JOIN (على عكس الضمّ المتقاطع CROSS JOIN أو الضمّ الداخلي INNER JOIN)، تُضاف صفوف الجدول أو الجداول المحفوظة (preserved table) التي لم يُعثَر فيها على تطابق إلى صفوف الجدول الوهمي VT2 كصفوف خارجية، وينتُج عن ذلك الجدول VT3. في حال كان هناك أكثر من جدولين في عبارة FROM، تُطبَّق الخطوات من 1 إلى 3 بشكل متكرر بين نتيجة عملية الضمّ الأخيرة والجدول التالي في عبارة FROM إلى أن تُعالج جميع الجداول.
WHERE: ترشِّح الجدول VT3. ولا تُدرج إلا الصفوف التي تعيد TRUE إلى الجدول VT4
GROUP BY: تُقسّم صفوف الجدول الوهمي VT4 إلى مجموعات بناءً على قائمة الأعمدة المحدّدة في عبارة GROUP BY. وينجم عن ذلك إنشاء جدول VT5.
CUBE | ROLLUP: تُضاف مجموعات أجزاء - Supergroups - (مجموعات مؤلّفة من مجموعات) إلى صفوف VT5، وينتُج الجدول الوهمي VT6.
HAVING: ترشِّح الجدول VT6. ولا تُدرج إلا المجموعات التي تعيد القيمة TRUE إلى الجدول VT7.
SELECT: تُعالج قائمة SELECT، ويُنشأ الجدول VT8.
DISTINCT: تُزال الصفوف المكرّرة من VT8. ويُنشأ الجدول VT9.
ORDER BY: تُرتَّب صفوف الجدول VT9 وفقًا لقائمة الأعمدة المحدّدة في عبارة ORDER BY، كما يُنشأ مُؤشّر - cursor - ‏(VC10).
TOP: يُختار العدد أو النّسبة المئوية المحدّدة من الصفوف من بداية الجدول VC10. ويُنشأ الجدول VT11 ثُم يُعاد إلى المُستدعي - caller - (العبارة LIMIT لها نفس وظيفة TOP في بعض لهجات SQL، مثل Postgres و Netezza.)