怎么实现一个简单的数据库系统

7天带大家从0到1，实现一个最最最最最简单的数据库系统，传送门：炼码

具体有多简单呢？从数据库的概念开始跟你讲起：

数据库（Database）：按照数据结构来组织、存储和管理数据的仓库 。

简单理解就是一个存储数据的仓库，为了方便数据的存储和管理，它能将数据按照特定的规律存储在磁盘上。并且，通过数据库管理系统，我们可以有效地组织和管理存储在数据库中的数据。

我们来设计一个简单的数据库—— LintCode，用来存放我们 LintcCode 的相关信息。

在 LintCode 数据库中，有两张表——课程表 courses和教师表 teacher ：

courses 表中存放着课程的信息 ，包括：课程名称 name 、学生总数 student_count、开课时间 created_at 以及讲师 ID teacher_id ；

teachers 表中存放着教师的信息，包括：讲师姓名 name 、讲师邮箱 email 、讲师年龄 age 以及讲师国籍 country ；

这时一个简单的数据库已经搭建好了：

下面我们对上述两个表格进行一些简单的介绍，方便大家对后续课程的理解：

数据库：数据库是一些关联表的集合。LintCode 就是我们用来存放课程表 courses 和教师表 teachers 的数据库。
数据表：数据表是数据的矩阵。课程表 courses 和 教师表 teachers 就是数据表，看起来像一个简单的 Excel 表格。
列： 一列（数据元素）包含了相同类型的数据。例如教师表 teachers 中的姓名 name 就是一个列，这一列中的教师姓名都是用字符方式存储。
行： 一行数据（可以元组，或记录）是一组相关的数据。例如教师表 teachers 每一行都对应一位教师信息

接下来，我们可以通过SQL语句实现一些基础的增删查改功能，这也是建立一个数据库系统的基础：

教程指路：

①使用select语句选取数据

②使用insert语句插入数据

③使用update语句更新数据

④使用delete语句删除数据

再进阶一步，我们可以学习一些常见的运算符：

①比较运算符

②逻辑运算符

③特殊条件

④order by 和 limit

其他的相关知识点，可以移步炼码的SQL教程免费学习：

在学会了数据库的基本操作技巧后，我们再来学习一些复杂的数据库处理系统：

源：阮一峰的技术博客

一、数据以文本形式保存
将所要保存的数据，写入文本文件。这个文本文件就是你的数据库。

为了方便读取，数据必须分成记录，每一条记录的长度规定为等长。

实际应用中，数据库往往采用B树（B-tree）格式储存数据。

二、什么是B树？
要理解B树，必须从二叉查找树（Binary search tree）讲起。

二叉查找树是一种查找效率非常高的数据结构，它有三个特点。

（1）每个节点最多只有两个子树。

（2）左子树都为小于父节点的值，右子树都为大于父节点的值。

（3）在n个节点中找到目标值，一般只需要log(n)次比较。

二叉查找树的结构不适合数据库，因为它的查找效率与层数相关。越处在下层的数据，就需要越多次比较。极端情况下，n个数据需要n次比较才能找到目标值。对于数据库来说，每进入一层，就要从硬盘读取一次数据，这非常致命，因为硬盘的读取时间远远大于数据处理时间，数据库读取硬盘的次数越少越好。

B树是对二叉查找树的改进。它的设计思想是，将相关数据尽量集中在一起，以便一次读取多个数据，减少硬盘操作次数。

B树的特点也有三个。

（1）一个节点可以容纳多个值。比如上图中，最多的一个节点容纳了4个值。

（2）除非数据已经填满，否则不会增加新的层。也就是说，B树追求”层”越少越好。

（3）子节点中的值，与父节点中的值，有严格的大小对应关系。一般来说，如果父节点有a个值，那么就有a+1个子节点。比如上图中，父节点有两个值（7和16），就对应三个子节点，第一个子节点都是小于7的值，最后一个子节点都是大于16的值，中间的子节点就是7和16之间的值。

这种数据结构，非常有利于减少读取硬盘的次数。假定一个节点可以容纳100个值，那么3层的B树可以容纳100万个数据，如果换成二叉查找树，则需要20层！假定操作系统一次读取一个节点，并且根节点保留在内存中，那么B树在100万个数据中查找目标值，只需要读取两次硬盘。

三、索引
数据库以B树格式储存，只解决了按照”主键”查找数据的问题。如果想查找其他字段，就需要建立索引（index）。

所谓索引，就是以某个字段为关键字的B树文件。假定有一张”雇员表”，包含了员工号（主键）和姓名两个字段。可以对姓名建立索引文件，该文件以B树格式对姓名进行储存，每个姓名后面是其在数据库中的位置（即第几条记录）。查找姓名的时候，先从索引中找到对应第几条记录，然后再从表格中读取。

这种索引查找方法，叫做“索引顺序存取方法”（Indexed Sequential Access Method），缩写为ISAM。它已经有多种实现（比如C-ISAM库和D-ISAM库），只要使用这些代码库，就能自己写一个最简单的数据库。

四、高级功能
部署了最基本的数据存取（包括索引）以后，还可以实现一些高级功能。

（1）SQL语言是数据库通用操作语言，所以需要一个SQL解析器，将SQL命令解析为对应的ISAM操作。

（2）**数据库连接（join）**是指数据库的两张表通过”外键”，建立连接关系。你需要对这种操作进行优化。

（3）**数据库事务（transaction）**是指批量进行一系列数据库操作，只要有一步不成功，整个操作都不成功。所以需要有一个”操作日志”，以便失败时对操作进行回滚。

（4）备份机制：保存数据库的副本。

（5）远程操作：使得用户可以在不同的机器上，通过TCP/IP协议操作数据库。

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具体说一下要实现一个简单的系统（不一定局限于数据库），应该以怎样的思路去构建：

第一步， 确定该系统需要设计哪些功能，设计得多牛

• 需要设计哪些功能（也可以自己想）

把所有的功能一一的罗列出来，进行分类，并把核心的功能优先实现

• 需要承受多大的访问量？

第二步，将大系统拆分为小服务

1. Replay 重放需求： 重新过一遍每个需求，为每个需求添加一个服务

2. Merge 归并需求： 归并相同的服务

第三步，确定数据如何存储和访问

1.对每个 Service 选择合适的存储结构

2.细化数据表单

3.画图展示数据存储和读取的流程

第四步，系统如何优化与维护

1. Optimize 优化

2. Maintenance 维护

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