用 Apache Derby 进行开发 —— 取得节节胜利: 用 Apache Derby 进行数据库开发，第 2 部分

关系数据库系统基础

在开发数据库应用程序之前，需要理解它的基本概念。这一节介绍在 Apache Derby 中可以使用的数据类型，以及对设计和创建有用的 Derby 数据库应用程序的能力有影响的规则。

关系数据库容纳数据。数据可以是不同类型的，例如数值型、字符型或日期型。在数据库中，数据被组织到叫做表 的逻辑单元中。表就像工作簿一样，因为它包含数据行。每行由许多列组成。列容纳特定数据类型的数据，例如整型值或字符串。在多数情况下，一个数据库有多个表。为了将表关联在一起，数据库设计师利用表之间的自然（或人为）链接。在工作簿中，可以通过单元格的值链接不同工作簿中的行。同样的概念在关系数据库中也存在，用来进行链接的列叫做键列（key column）。

为了让表或列的用途更容易理解，应当选择合适的名称。对于不同的数据库，命名约定可能不同。对于 Apache Derby 数据库系统，名称应当：

• 不区分大小。
• 最长 128 个字符。
• 必须以字母开头。
• 必须只包含 Unicode 字母、下划线和 Unicode 数字。

通过把名称放在双引号中，可以避开 这些规则，使用双引号允许名称区分大小写以及包含附加字符（包括空格）。但是，这么做通常是不好的做法：它要求名称总被括在双引号中，很容易把维护代码的其他人弄糊涂。

Derby 风格 这个 文章系列 遵守特定的风格：所有 SQL 命令都用大写，项目名称采用 camelCase 方式，在 camelCase 风格中，单词被连在一起，第一个单词之后的每个单词的第一个字母大写，例如 aLongIdentifier。把这两种风格组合在一起，这些文章写 SQL 命令时的风格是这样：SELECT aLongIdentifier FROM bigdog.dataTable ;.

关联的表通常组织在一起，形成一个模式（schema）。可以把模式当成特定数据库中所有相关结构定义的容器。在指定模式中，表的名称必须惟一。所以，通过使用模式，可以在不同模式的范围内拥有名称相同的对象（例如表）。在使用 Apache Derby 数据库时，表总在模式中。如果没有显式地指定模式，Derby 就会隐式地使用内置的 apps 模式。叫做 sys 的第二个内置模式用来隔离系统表。

可以用模式名对名称进行限定（qualify）。要做这件事，可以在模式名后加圆点，然后加表名。例如，bigdog.products 表示 bigdog 模式中的 products 表。没有相应的模式名，表名就被认为是未限定的（unqualified），例如 products。当模式名和表名都完全指定的时候，就像 bigdog.products，名称被称为完全限定的（fully qualified）。

从抽象意义上来说，这些数据库概念看起来可能让人混淆。但在实践上，它们相当简单。例如，假设有一个商店，叫做 Bigdog's Surf Shop，这家店销售各种商品，例如太阳镜、衬衫等等。如果想赢利，就必须管理库存，以便可以容易地订购额外的商品或改变供应商，从而把开支控制在最小。跟踪这些信息的一个简单方法，就是用表格式编写条目，如 图 1 所示。

从这个简单的可视设计中，可以容易地把业务逻辑直接映射到数据库表。有两个表：Products 和 Vendors，它们自然地通过商品名称链接在一起。列的数据类型很容易确定。这篇文章其余的部分将侧重于在 Derby 数据库中创建 Bigdog's Surf Shop 的示例模式 —— 模式中包含这两个表。

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处理关系数据库：结构化查询语言

SQL NULL 类型 在开始创建数据库表之前，必须知道列没有指定值的时候要做什么。为了理解这一点，请想像一下填写 Web 表单时的情况。如果某个具体列为空，那么插到数据库中的是什么呢？可以想像，如果必须跟踪无值 标记，问题会很麻烦。幸运的是，SQL 定义了一个特殊值，NULL，表示列没有值。

数据库系统会成为软件中复杂的部分，特别是在规模扩大到支持企业级应用程序的时候。所以，可以想像每个数据库都会有自己的应用程序编程接口（API），而这些 API 可能彼此不同。当关系数据库刚开发出来的时候，情况就是这样。但是，幸运的是，许多开发商同意开发一个标准的语言，用来访问和操纵数据库。这个语言称作结构化查询语言（或 SQL，发音是 sea-quill）。至今已经形成了多个官方标准版本，包括 1992 年的版本，这一版被称为 SQL-92，还有 1999 年的版本被称为 SQL-99。Apache Derby 数据库为 SQL-92 标准提供了几乎完整的实现，所以用 Deryby 开发的应用程序可以容易地移植到其他数据库系统。

SQL 有两个主要部分：数据定义语言（DDL）和数据操纵语言（DML）。DDL 命令用来创建、修改或删除数据库中的项目（例如表）。DML 命令用来在数据库表中添加、修改、删除或选择数据。这篇文章后面的部分将提供对 SQL 的 DDL 部分的基本介绍。未来的文章将侧重于 DML 命令和更高级的 DDL 命令。

SQL 数据类型

SQL 作为一个编程语言，定义了丰富的数据类型层次结构。数据库已经变得更强大了，所以这个类型层次结构也变得更复杂。但是最简单的数据库并不要求使用所有允许的类型，通常只需要保存数值型、字符型和日期（或时间）数据。为了简单，表 1、2、3、4 显示了 Derby 中实现的基本 SQL 数据类型。

如表 1 所示，Derby 提供了对三种整型数据类型的支持。这些类型由它们可以保存的整数的范围区分，也就是由它们在数据库中需要的存储空间区分。在设计数据库时要记住的一个关键问题就是，应当一直把表使用的空间控制在最小。一般来说，表越小，性能越高。但是必须能够在生成的表中保存需要的数据。2³¹ 等于 2,147,483,648，2⁶³ 等于 9,223,372,036,854,775,808，所以使用这些类型可以保存非常大的整数！

多数数值型数据不能用整数表示。Derby 对实数提供了多种格式的支持：单精度浮点、双精度浮点以及准确的算术表示，如表 2 所示。

如果从未遇到过准确精度数据类型，那么对算术类型和浮点类型可能有些迷惑。区别在于一个事实：计算机中使用的浮点数据类型无法包含每个实数。这看起来可能有些怪，但是想想实数的数量是无限的。大多数实数都无法保存在几个字节的内存中。对于某些应用程序，精度的损失是可以接受的，而在许多情况下，则不可接受。例如，财务应用程序不能容忍仅仅因为某个数字不能保存在计算机中，就损失金钱。

这个问题的解决方案是使用 DECIMAL 数据类型，它可以控制计算机存储的数字位数（精度）和小数点后的位数（刻度）。要创建算术类型，应当指定保存的数据的精度，并可选地指定数据的刻度。DECIMAL 数据类型需要的存储空间通常要比浮点数据类型大得多。所以应当小心地使用这个类型，否则应用程序的性能会降低。默认情况下，DECIMAL 类型的刻度为 0，这意味着 DECIMAL 数据类型模拟了整数类型。

数值类型有多个同义词。例如，DECIMAL 数据类型可以缩短为 DEC 或表示为 NUMERIC。DOUBLE 类型也可以表示为 DOUBLE PRECISION，虽然为什么在需要双精度数字时要输入额外的单词，原因不明。更常用的同义词是 FLOAT 类型，它拥有任意的浮点精度，可以在声明数据类型时指定，例如 FLOAT(val)。精度必须是小于 53 的正整数；如果不是，就会出错。如果指定了小于等于 23 的精度值，FLOAT(val) 就等价于 REAL；如果精度在 24 和 53 之间，那么 FLOAT(val) 等价于 DOUBLE。

除了数值类型，数据库中最常用的保存数据的另一个类型是字符数据。字符数据的示例包括产品说明、人名或地址信息。Derby 提供了保存字符数据的两个简单技术：CHAR 类型和 VARCHAR 类型，详情如表 3 所示。对于这两种类型，都可以指定 length 参数，如果没指定，默认为 1。在这两个字符数据类型之间有两个主要区别。首先，CHAR 类型的最大长度是 254 个字符，而 VARCHAR 类型最多可以容纳 32,672 个字符。第二个区别比较微妙：CHAR 类型的长度总是指定的长度。如果没有指定足够的字符，那么会插入额外的空白来填满剩余位置。而使用 VARCHAR 时，字符的数量是可变的，不执行额外的填充。

因为长度可变，所以 VARCHAR 类型在实际的存储空间方面会更有效率，但在性能上效率就会更低。CHAR 数据类型有助于性能提高，因为数据库确切地知道每个 CHAR 列有多大，所以在读写数据时就可以执行某种性能优化。VARCHAR 列的最大长度看起来可能足够大了，但是 Derby 还提供了更大的字符数据类型，这个类型将在未来的文章中讨论。

Derby 提供了最后一类简单的数据类型来保存日期和时间，如表 4 所示。TIME 数据类型以 24 小时格式保存小时、分钟和秒（HH:MM:SS）。DATE 数据类型保存月、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 还提供了 TIMESTAMP 数据类型，把 TIME 和 DATE 数据类型组合到一个类型中，表示准确的时间。

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在 Derby 中创建表

目前为止，已经学习了如何设计表，包括规划表的列和定义每个列的数据类型。在正确地设计了表之后，用 SQL 创建表的方法就很简单了。清单 1 显示了在 Derby 中创建表的正式语法。

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

第一次看这个语法时，可能感觉到迷惑不解。但是有了基础之后，接下来就容易了；而且如果想掌握 Derby，对正式语法的理解是必需的。方括号（[ 和 ]）中的是可选参数。从正式语法中可以看出，模式名是可选的，在必需的头一个列之后（创建连一个列都没有的表是没有意义的），其他列定义或表级约束都是可选的。

您可能理解列定义的含义，但是可能不理解约束 的意义。约束有两种类型：表级约束和列约束。约束通过某种方式对列或表进行限制。例如，可以用约束要求列总要有实际的值（没有 NULL 值），或者列中的每个项必须是惟一的，或者列被自动分配默认值。在未来的文章中将更详细地介绍约束。

最后一个结束方括号之后的星号（*）代表可以包含一个或多个包含项。这意味着表必须有一个或多个列级或表级约束。竖线（|）表明 “可有可无” 条件。在这个语法示例中，必须定义一个新列或者定义一个表级约束。花括号（{ 和 }）把相关项组织在一起，而圆括号（( 和 )）中是必需的元素 。最后，分号（;）表示 SQL 语句的结束。

把这些规则投入使用则相当简单。清单 2 显示了如何用 Derby 提供的 ij 创建前面在 图 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 ;
            

与 Derby 数据库进行交互的最简单方式是使用 ij 工具，在这个系列的第一篇文章 “用 Apache Derby 进行开发 —— 取得节节胜利：Apache Derby 介绍”（developerWorks，2006 年 2 月）中已经介绍过。如果按照 清单 2 中的步骤进行，就会创建一个新的数据库，名为 test。如果 test 数据库已经存在，在发出 connect 语句时，会得到警告消息。可以安全地忽略这个警告。接下来，隐式地创建一个名为 bigdog 的新模式，并显式地创建两个新表 —— products 和 vendors —— 这两个表保存在 bigdog 模式中。模式的创建所以是隐式的，是因为没有发出 CREATE SCHEMA 语句。

products 表有四个列：itemNumber、price、stockDate 和 description。itemNumber 列提供了每个商品（或列）的惟一标识，它上面还有列级约束，强制要求提供正确的值（NOT NULL）。如果没有这个要求，itemNumber 列就无法保持惟一，因为多个行都可能被分配 NULL 值。price 列创建为 DECIMAL 数据类型，精度为 5，刻度为 2。这意味着每个商品的最高价格可以是 $999.99。最后两个列很简单：stockDate 列以 Date 类型保存，description 列以字符串类型保存，最长 128 个字符，使用的空间是实际的字符串长度。

vendors 表有三列：itemNumber、 vendorNumber 和 vendorName。在这个示例中，itemNumber 和 vendorNumber 列都有列级约束（NOT NULL）。另外，vendorName 列以字符串类型保存，最大长度为 64。因为 vendorName 列用 CHAR 数据类型保存，所以总是保留 64 个字符空间。

在创建了各种项目之后，可能想知道是否有种简单的方式可以查看数据库中保存了什么项目。幸运的是，答案是肯定的，可以使用 dblook 工具。运行这个工具，如 清单 3 所示，提供了特定数据库中已经创建的项目的详细清单。

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 工具是一个 Java 类，可以用它方便地把数据库的内容输出到控制台。在命令行上运行它，就像运行其他 Java 程序一样；惟一增加的就是使用 -d jdbc:derby:test 参数，这个参数指定 dblook 工具应当查询的数据库。如果能运行 ij 工具，那么 dblook 类文件就已经存在于 CLASSPATH 中了。如果不是这样，请参考这个系列中的 第一篇文章，获得正确设置 CLASSPATH 的详细说明。正如 dblook 工具的输出所示，test 数据库包含 bigdog 模式，这个模式包含 products 和 vendors 表。另外，对这两个表的列也有详细描述。

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删除 Derby 中的表

没有什么事情是完美的。当错误地创建了表或者表不再需要的时候，该怎么办？简单的答案是从数据库中删除表。而且，如果必要，再创建一个替代表。删除表很容易，当然这意味着，在做这件事的时候应当非常小心 —— 不会弹出对话框要求您确认是否真的想删除！

从数据库中删除（或者更正式地说，撤下（drop））一个表的完整语法是：

语法很简单：把完全限定名称和分号放在 DROP TABLE SQL 命令后面，就完成了。清单 4 中在新创建的临时表上演示了删除表的过程。

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 ;
            

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结束语

现在您已经走上了操作 Apache Derby 数据库的道路。目前您已经掌握了基本的数据库概念，包括模式、表和列，还看到了使用名为 Bigdog's Surf Shop 的虚拟公司对这些概念的演示。要操作像 Derby 这样的数据库，需要学习 SQL，它是与数据库进行交互的标准语言。这篇文章还介绍了可以用来在 Derby 数据库中保存数据的基本数据类型。把这些概念融合在一起，您学习了如何用 Derby 创建和删除表，还使用 Derby 的 dblook 工具输出了数据库的模式内容。