Руководство по SQL для начинающих. Часть 1: создание базы данных, таблиц и установка связей между таблицами
Пошаговая инструкция по установке, настройке и наполнению базы данных PostgreSQL с помощью pgAdmin и SQL-запросов.
Установка
Когда вы изучаете новый язык, самым важным аспектом является практика. Одно дело – прочитать статью и совсем другое – применить полученную информацию. Давайте начнем с установки базы данных на компьютер.
Первый шаг – установить SQL
Мы будем использовать PostgreSQL (Postgres) – достаточно распространенный SQL диалект. Для этого откроем страницу загрузки, выберем операционную систему (в моем случае Windows), и запустим установку. Если вы установите пароль для вашей базы данных, постарайтесь сразу не забыть его, он нам дальше понадобится. Поскольку наша база будет локальной, можете использовать простой пароль, например: admin.
Следующий шаг – установка pgAdmin
pgAdmin – это графический интерфейс пользователя (GUI – graphical user interface), который упрощает взаимодействие с базой данных PostgreSQL. Перейдите на страницу загрузки, выберите вашу операционную систему и следуйте указаниям (в статье используется Postgres 14 и pgAdmin 4 v6.3.).
После установки обоих компонентов открываем pgAdmin и нажимаем Add new server. На этом шаге установится соединение с существующим сервером, именно поэтому необходимо сначала установить Postgres. Я назвал свой сервер home и использовал пароль, указанный при установке.
Теперь всё готово к созданию таблиц. Давайте создадим набор таблиц, которые моделируют школу. Нам необходимы таблицы: ученики, классы, оценки. При создании модели данных необходимо учитывать, что в одном классе может быть много учеников, а у ученика может быть много оценок (такое отношение называется «один ко многим»).
Мы можем создать таблицы напрямую в pgAdmin, но вместо этого мы напишем код, который можно будет использовать в дальнейшем, например, для пересоздания таблиц. Для создания запроса, который создаст наши таблицы, нажимаем правой кнопкой мыши на postgres (пункт расположен в меню слева home → Databases (1) → postgres и далее выбираем Query Tool.
Начнем с создания таблицы классов (classrooms). Таблица будет простой: она будет содержать идентификатор id и имя учителя – teacher. Напишите следующий код в окне запроса (query tool) и запустите (run или F5).
DROP TABLE IF EXISTS classrooms CASCADE;
CREATE TABLE classrooms (
id INT PRIMARY KEY GENERATED ALWAYS AS IDENTITY,
teacher VARCHAR(100)
);
В первой строке фрагмент DROP TABLE IF EXISTS classrooms удалит таблицу classrooms, если она уже существует. Важно учитывать, что Postgres, не позволит нам удалить таблицу, если она имеет связи с другими таблицами, поэтому, чтобы обойти это ограничение (constraint) в конце строки добавлен оператор CASCADE. CASCADE – автоматически удалит или изменит строки из зависимой таблицы, при внесении изменений в главную. В нашем случае нет ничего страшного в удалении таблицы, поскольку, если мы на это пошли, значит мы будем пересоздавать всё с нуля, и остальные таблицы тоже удалятся.
Добавление DROP TABLE IF EXISTS перед CREATE TABLE позволит нам систематизировать схему нашей базы данных и создать скрипты, которые будут очень удобны, если мы захотим внести изменения – например, добавить таблицу, изменить тип данных поля и т. д. Для этого нам просто нужно будет внести изменения в уже готовый скрипт и перезапустить его.
Ничего нам не мешает добавить наш код в систему контроля версий. Весь код для создания базы данных из этой статьи вы можете посмотреть по ссылке.
Также вы могли обратить внимание на четвертую строчку. Здесь мы определили, что колонка id является первичным ключом (primary key), что означает следующее: в каждой записи в таблице это поле должно быть заполнено и каждое значение должно быть уникальным. Чтобы не пришлось постоянно держать в голове, какое значение id уже было использовано, а какое – нет, мы написали GENERATED ALWAYS AS IDENTITY, этот приём является альтернативой синтаксису последовательности (CREATE SEQUENCE). В результате при добавлении записей в эту таблицу нам нужно будет просто добавить имя учителя.
И в пятой строке мы определили, что поле teacher имеет тип данных VARCHAR (строка) с максимальной длиной 100 символов. Если в будущем нам понадобится добавить в таблицу учителя с более длинным именем, нам придется либо использовать инициалы, либо изменять таблицу (alter table).
Теперь давайте создадим таблицу учеников (students). Новая таблица будет содержать: уникальный идентификатор (id), имя ученика (name), и внешний ключ (foreign key), который будет указывать (references) на таблицу классов.
DROP TABLE IF EXISTS students CASCADE;
CREATE TABLE students (
id INT PRIMARY KEY GENERATED ALWAYS AS IDENTITY,
name VARCHAR(100),
classroom_id INT,
CONSTRAINT fk_classrooms
FOREIGN KEY(classroom_id)
REFERENCES classrooms(id)
);
И снова мы перед созданием новой таблицы удаляем старую, если она существует, добавляем поле id, которое автоматически увеличивает своё значение и имя с типом данных VARCHAR (строка) и максимальной длиной 100 символов. Также в эту таблицу мы добавили колонку с идентификатором класса (classroom_id), и с седьмой по девятую строку установили, что ее значение указывает на колонку id в таблице классов (classrooms).
Мы определили, что classroom_id является внешним ключом. Это означает, что мы задали правила, по которым данные будут записываться в таблицу учеников (students). То есть Postgres на данном этапе не позволит нам вставить строку с данными в таблицу учеников (students), в которой указан идентификатор класса (classroom_id), не существующий в таблице classrooms. Например: у нас в таблице классов 10 записей (id с 1 до 10), система не даст нам вставить данные в таблицу учеников, у которых указан идентификатор класса 11 и больше.
Невозможно вставить данные, поскольку в таблице классов нет записи с id = 1
INSERT INTO students
(name, classroom_id)
VALUES
('Matt', 1);
/*
ERROR: insert or update on table "students" violates foreign
key constraint "fk_classrooms"
DETAIL: Key (classroom_id)=(1) is not present in table
"classrooms".
SQL state: 23503
*/
Теперь давайте добавим немного данных в таблицу классов (classrooms). Так как мы определили, что значение в поле id будет увеличиваться автоматически, нам нужно только добавить имена учителей.
INSERT INTO classrooms
(teacher)
VALUES
('Mary'),
('Jonah');
SELECT * FROM classrooms;
/*
id | teacher
-- | -------
1 | Mary
2 | Jonah
*/
Прекрасно! Теперь у нас есть записи в таблице классов, и мы можем добавить данные в таблицу учеников, а также установить нужные связи (с таблицей классов).
INSERT INTO students
(name, classroom_id)
VALUES
('Adam', 1),
('Betty', 1),
('Caroline', 2);
SELECT * FROM students;
/*
id | name | classroom_id
-- | -------- | ------------
1 | Adam | 1
2 | Betty | 1
3 | Caroline | 2
*/
Но что же случится, если у нас появится новый ученик, которому ещё не назначили класс? Неужели нам придется ждать, пока станет известно в каком он классе, и только после этого добавить его запись в базу данных?
Конечно же, нет. Мы установили внешний ключ, и он будет блокировать запись, поскольку ссылка на несуществующий id класса невозможна, но мы можем в качестве идентификатора класса (classroom_id) передать null. Это можно сделать двумя способами: указанием null при записи значений, либо просто передачей только имени.
-- явно определим значение NULL
INSERT INTO students
(name, classroom_id)
VALUES
('Dina', NULL);
-- неявно определим значение NULL
INSERT INTO students
(name)
VALUES
('Evan');
SELECT * FROM students;
/*
id | name | classroom_id
-- | -------- | ------------
1 | Adam | 1
2 | Betty | 1
3 | Caroline | 2
4 | Dina | [null]
5 | Evan | [null]
*/
И наконец, давайте заполним таблицу успеваемости. Этот параметр, как правило, формируется из нескольких составляющих – домашние задания, участие в проектах, посещаемость и экзамены. Мы будем использовать две таблицы. Таблица заданий (assignments), как понятно из названия, будет содержать данные о самих заданиях, и таблица оценок (grades), в которой мы будем хранить данные о том, как ученик выполнил эти задания.
DROP TABLE IF EXISTS assignments CASCADE;
DROP TABLE IF EXISTS grades CASCADE;
CREATE TABLE assignments (
id INT PRIMARY KEY GENERATED ALWAYS AS IDENTITY,
category VARCHAR(20),
name VARCHAR(200),
due_date DATE,
weight FLOAT
);
CREATE TABLE grades (
id INT PRIMARY KEY GENERATED ALWAYS AS IDENTITY,
assignment_id INT,
score INT,
student_id INT,
CONSTRAINT fk_assignments
FOREIGN KEY(assignment_id)
REFERENCES assignments(id),
CONSTRAINT fk_students
FOREIGN KEY(student_id)
REFERENCES students(id)
);
Вместо того чтобы вставлять данные вручную, давайте загрузим их с помощью CSV-файла. Вы можете скачать файл из этого репозитория или создать его самостоятельно. Имейте в виду, чтобы разрешить pgAdmin доступ к данным, вам может понадобиться расширить права доступа к папке (в моем случае – это папка db_data).
COPY assignments(category, name, due_date, weight)
FROM 'C:/Users/mgsosna/Desktop/db_data/assignments.csv'
DELIMITER ','
CSV HEADER;
/*
COPY 5
Query returned successfully in 118 msec.
*/
COPY grades(assignment_id, score, student_id)
FROM 'C:/Users/mgsosna/Desktop/db_data/grades.csv'
DELIMITER ','
CSV HEADER;
/*
COPY 25
Query returned successfully in 64 msec.
*/
Теперь давайте проверим, что мы всё сделали верно. Напишем запрос, который покажет среднюю оценку, по каждому виду заданий с группировкой по учителям.
SELECT
c.teacher,
a.category,
ROUND(AVG(g.score), 1) AS avg_score
FROM
students AS s
INNER JOIN classrooms AS c
ON c.id = s.classroom_id
INNER JOIN grades AS g
ON s.id = g.student_id
INNER JOIN assignments AS a
ON a.id = g.assignment_id
GROUP BY
1,
2
ORDER BY
3 DESC;
/*
teacher | category | avg_score
------- | --------- | ---------
Jonah | project | 100.0
Jonah | homework | 94.0
Jonah | exam | 92.5
Mary | homework | 78.3
Mary | exam | 76.0
Mary | project | 69.5
*/
Отлично! Мы установили, настроили и наполнили базу данных.
***
Итак, в этой статье мы научились:
- создавать базу данных;
- создавать таблицы;
- наполнять таблицы данными;
- устанавливать связи между таблицами;
Теперь у нас всё готово, чтобы пробовать более сложные возможности SQL. Мы начнем с возможностей синтаксиса, которые, вероятно, вам еще не знакомы и которые откроют перед вами новые границы в написании SQL-запросов. Также мы разберем некоторый виды соединений таблиц (JOIN) и способы организации запросов в тех случаях, когда они занимают десятки или даже сотни строк.
В следующей части мы разберем:
- виды фильтраций в запросах;
- запросы с условиями типа if-else;
- новые виды соединений таблиц;
- функции для работы с массивами;