कार्यात्मक डीबीएमएस

डेटाबेस की दुनिया में लंबे समय से रिलेशनल DBMS का वर्चस्व रहा है, जो SQL भाषा का उपयोग करते हैं। इतना कि उभरते हुए वेरिएंट को NoSQL कहा जाता है। वे इस बाज़ार में अपने लिए एक निश्चित स्थान बनाने में कामयाब रहे, लेकिन रिलेशनल डीबीएमएस ख़त्म नहीं होने वाले हैं, और अपने उद्देश्यों के लिए सक्रिय रूप से उपयोग किए जाते रहेंगे।

इस लेख में मैं एक कार्यात्मक डेटाबेस की अवधारणा का वर्णन करना चाहता हूं। बेहतर समझ के लिए, मैं इसकी तुलना शास्त्रीय संबंधपरक मॉडल से करके करूँगा। इंटरनेट पर पाए जाने वाले विभिन्न SQL परीक्षणों की समस्याओं को उदाहरण के रूप में उपयोग किया जाएगा।

परिचय

रिलेशनल डेटाबेस टेबल और फ़ील्ड पर काम करते हैं। एक कार्यात्मक डेटाबेस में, क्रमशः कक्षाओं और फ़ंक्शंस का उपयोग किया जाएगा। N कुंजी वाली तालिका में एक फ़ील्ड को N पैरामीटर के फ़ंक्शन के रूप में दर्शाया जाएगा। तालिकाओं के बीच संबंधों के बजाय, फ़ंक्शंस का उपयोग किया जाएगा जो उस वर्ग की वस्तुओं को लौटाते हैं जिससे कनेक्शन बनाया गया है। JOIN के स्थान पर फ़ंक्शन कंपोज़िशन का उपयोग किया जाएगा.

कार्यों पर सीधे आगे बढ़ने से पहले, मैं डोमेन लॉजिक के कार्य का वर्णन करूंगा। DDL के लिए मैं PostgreSQL सिंटैक्स का उपयोग करूंगा। कार्यात्मकता के लिए इसका अपना वाक्यविन्यास है।

टेबल और फ़ील्ड

नाम और मूल्य फ़ील्ड के साथ एक साधारण Sku ऑब्जेक्ट:

रिलेशनल

CREATE TABLE Sku
(
    id bigint NOT NULL,
    name character varying(100),
    price numeric(10,5),
    CONSTRAINT id_pkey PRIMARY KEY (id)
)

कार्यात्मक

CLASS Sku;
name = DATA STRING[100] (Sku);
price = DATA NUMERIC[10,5] (Sku);


हम दो की घोषणा करते हैं कार्यों, जो एक पैरामीटर Sku को इनपुट के रूप में लेता है और एक आदिम प्रकार लौटाता है।

यह माना जाता है कि एक कार्यात्मक DBMS में प्रत्येक ऑब्जेक्ट में कुछ आंतरिक कोड होंगे जो स्वचालित रूप से उत्पन्न होते हैं और यदि आवश्यक हो तो एक्सेस किया जा सकता है।

आइए उत्पाद/स्टोर/आपूर्तिकर्ता के लिए कीमत निर्धारित करें। यह समय के साथ बदल सकता है, तो आइए तालिका में एक समय फ़ील्ड जोड़ें। मैं कोड को छोटा करने के लिए रिलेशनल डेटाबेस में निर्देशिकाओं के लिए तालिकाएँ घोषित करना छोड़ दूँगा:

रिलेशनल

CREATE TABLE prices
(
    skuId bigint NOT NULL,
    storeId bigint NOT NULL,
    supplierId bigint NOT NULL,
    dateTime timestamp without time zone,
    price numeric(10,5),
    CONSTRAINT prices_pkey PRIMARY KEY (skuId, storeId, supplierId)
)

कार्यात्मक

CLASS Sku;
CLASS Store;
CLASS Supplier;
dateTime = DATA DATETIME (Sku, Store, Supplier);
price = DATA NUMERIC[10,5] (Sku, Store, Supplier);


सूचकांक

अंतिम उदाहरण के लिए, हम सभी कुंजियों और तारीख पर एक सूचकांक बनाएंगे ताकि हम किसी विशिष्ट समय के लिए कीमत का तुरंत पता लगा सकें।

रिलेशनल

CREATE INDEX prices_date
    ON prices
    (skuId, storeId, supplierId, dateTime)

कार्यात्मक

INDEX Sku sk, Store st, Supplier sp, dateTime(sk, st, sp);


कार्य

आइए संबंधित से ली गई अपेक्षाकृत सरल समस्याओं से शुरुआत करें लेख हैबर पर।

सबसे पहले, आइए डोमेन लॉजिक घोषित करें (रिलेशनल डेटाबेस के लिए यह सीधे उपरोक्त आलेख में किया गया है)।

CLASS Department;
name = DATA STRING[100] (Department);

CLASS Employee;
department = DATA Department (Employee);
chief = DATA Employee (Employee);
name = DATA STRING[100] (Employee);
salary = DATA NUMERIC[14,2] (Employee);


कार्य 1.1

उन कर्मचारियों की सूची प्रदर्शित करें जो अपने तत्काल पर्यवेक्षक से अधिक वेतन प्राप्त करते हैं।

रिलेशनल

select a.*
from   employee a, employee b
where  b.id = a.chief_id
and    a.salary > b.salary

कार्यात्मक

SELECT name(Employee a) WHERE salary(a) > salary(chief(a));


कार्य 1.2

अपने विभाग में अधिकतम वेतन पाने वाले कर्मचारियों की सूची बनाएं

रिलेशनल

select a.*
from   employee a
where  a.salary = ( select max(salary) from employee b
                    where  b.department_id = a.department_id )

कार्यात्मक

maxSalary 'Максимальная зарплата' (Department s) = 
    GROUP MAX salary(Employee e) IF department(e) = s;
SELECT name(Employee a) WHERE salary(a) = maxSalary(department(a));

// или если "заинлайнить"
SELECT name(Employee a) WHERE 
    salary(a) = maxSalary(GROUP MAX salary(Employee e) IF department(e) = department(a));


दोनों कार्यान्वयन समतुल्य हैं. पहले मामले के लिए, एक रिलेशनल डेटाबेस में आप CREATE VIEW का उपयोग कर सकते हैं, जो उसी तरह से पहले किसी विशिष्ट विभाग के लिए अधिकतम वेतन की गणना करेगा। निम्नलिखित में, स्पष्टता के लिए, मैं पहले मामले का उपयोग करूंगा, क्योंकि यह समाधान को बेहतर ढंग से दर्शाता है।

कार्य 1.3

विभाग आईडी की एक सूची प्रदर्शित करें, जिसमें कर्मचारियों की संख्या 3 लोगों से अधिक न हो।

रिलेशनल

select department_id
from   employee
group  by department_id
having count(*) <= 3

कार्यात्मक

countEmployees 'Количество сотрудников' (Department d) = 
    GROUP SUM 1 IF department(Employee e) = d;
SELECT Department d WHERE countEmployees(d) <= 3;


कार्य 1.4

उन कर्मचारियों की सूची प्रदर्शित करें जिनके पास उसी विभाग में काम करने वाला कोई नामित प्रबंधक नहीं है।

रिलेशनल

select a.*
from   employee a
left   join employee b on (b.id = a.chief_id and b.department_id = a.department_id)
where  b.id is null

कार्यात्मक

SELECT name(Employee a) WHERE NOT (department(chief(a)) = department(a));


कार्य 1.5

अधिकतम कुल कर्मचारी वेतन वाले विभाग आईडी की सूची ढूंढें।

रिलेशनल

with sum_salary as
  ( select department_id, sum(salary) salary
    from   employee
    group  by department_id )
select department_id
from   sum_salary a       
where  a.salary = ( select max(salary) from sum_salary )

कार्यात्मक

salarySum 'Максимальная зарплата' (Department d) = 
    GROUP SUM salary(Employee e) IF department(e) = d;
maxSalarySum 'Максимальная зарплата отделов' () = 
    GROUP MAX salarySum(Department d);
SELECT Department d WHERE salarySum(d) = maxSalarySum();


आइए दूसरे से अधिक जटिल कार्यों की ओर बढ़ें लेख. इसमें MS SQL में इस कार्य को कैसे कार्यान्वित किया जाए इसका विस्तृत विश्लेषण शामिल है।

कार्य 2.1

1997 में किन विक्रेताओं ने उत्पाद संख्या 30 की 1 से अधिक इकाइयाँ बेचीं?

डोमेन तर्क (आरडीबीएमएस पर पहले की तरह हम घोषणा को छोड़ देते हैं):

CLASS Employee 'Продавец';
lastName 'Фамилия' = DATA STRING[100] (Employee);

CLASS Product 'Продукт';
id = DATA INTEGER (Product);
name = DATA STRING[100] (Product);

CLASS Order 'Заказ';
date = DATA DATE (Order);
employee = DATA Employee (Order);

CLASS Detail 'Строка заказа';

order = DATA Order (Detail);
product = DATA Product (Detail);
quantity = DATA NUMERIC[10,5] (Detail);


रिलेशनल

select LastName
from Employees as e
where (
  select sum(od.Quantity)
  from [Order Details] as od
  where od.ProductID = 1 and od.OrderID in (
    select o.OrderID
    from Orders as o
    where year(o.OrderDate) = 1997 and e.EmployeeID = o.EmployeeID)
) > 30

कार्यात्मक

sold (Employee e, INTEGER productId, INTEGER year) = 
    GROUP SUM quantity(OrderDetail d) IF 
        employee(order(d)) = e AND 
        id(product(d)) = productId AND 
        extractYear(date(order(d))) = year;
SELECT lastName(Employee e) WHERE sold(e, 1, 1997) > 30;


कार्य 2.2

प्रत्येक खरीदार (नाम, उपनाम) के लिए, उन दो वस्तुओं (नाम) को ढूंढें जिन पर खरीदार ने 1997 में सबसे अधिक पैसा खर्च किया था।

हम पिछले उदाहरण से डोमेन तर्क का विस्तार करते हैं:

CLASS Customer 'Клиент';
contactName 'ФИО' = DATA STRING[100] (Customer);

customer = DATA Customer (Order);

unitPrice = DATA NUMERIC[14,2] (Detail);
discount = DATA NUMERIC[6,2] (Detail);


रिलेशनल

SELECT ContactName, ProductName FROM (
SELECT c.ContactName, p.ProductName
, ROW_NUMBER() OVER (
    PARTITION BY c.ContactName
    ORDER BY SUM(od.Quantity * od.UnitPrice * (1 - od.Discount)) DESC
) AS RatingByAmt
FROM Customers c
JOIN Orders o ON o.CustomerID = c.CustomerID
JOIN [Order Details] od ON od.OrderID = o.OrderID
JOIN Products p ON p.ProductID = od.ProductID
WHERE YEAR(o.OrderDate) = 1997
GROUP BY c.ContactName, p.ProductName
) t
WHERE RatingByAmt < 3

कार्यात्मक

sum (Detail d) = quantity(d) * unitPrice(d) * (1 - discount(d));
bought 'Купил' (Customer c, Product p, INTEGER y) = 
    GROUP SUM sum(Detail d) IF 
        customer(order(d)) = c AND 
        product(d) = p AND 
        extractYear(date(order(d))) = y;
rating 'Рейтинг' (Customer c, Product p, INTEGER y) = 
    PARTITION SUM 1 ORDER DESC bought(c, p, y), p BY c, y;
SELECT contactName(Customer c), name(Product p) WHERE rating(c, p, 1997) < 3;


पार्टिशन ऑपरेटर निम्नलिखित सिद्धांत पर काम करता है: यह SUM (यहां 1) के बाद निर्दिष्ट अभिव्यक्ति को निर्दिष्ट समूहों (यहां ग्राहक और वर्ष, लेकिन कोई भी अभिव्यक्ति हो सकता है) के भीतर जोड़ता है, समूहों के भीतर ऑर्डर में निर्दिष्ट अभिव्यक्तियों के अनुसार क्रमबद्ध करता है ( यहां खरीदा गया, और यदि बराबर है, तो आंतरिक उत्पाद कोड के अनुसार)।

कार्य 2.3

वर्तमान ऑर्डर को पूरा करने के लिए आपूर्तिकर्ताओं से कितने सामान का ऑर्डर देने की आवश्यकता है।

आइए डोमेन तर्क का फिर से विस्तार करें:

CLASS Supplier 'Поставщик';
companyName = DATA STRING[100] (Supplier);

supplier = DATA Supplier (Product);

unitsInStock 'Остаток на складе' = DATA NUMERIC[10,3] (Product);
reorderLevel 'Норма продажи' = DATA NUMERIC[10,3] (Product);


रिलेशनल

select s.CompanyName, p.ProductName, sum(od.Quantity) + p.ReorderLevel — p.UnitsInStock as ToOrder
from Orders o
join [Order Details] od on o.OrderID = od.OrderID
join Products p on od.ProductID = p.ProductID
join Suppliers s on p.SupplierID = s.SupplierID
where o.ShippedDate is null
group by s.CompanyName, p.ProductName, p.UnitsInStock, p.ReorderLevel
having p.UnitsInStock < sum(od.Quantity) + p.ReorderLevel

कार्यात्मक

orderedNotShipped 'Заказано, но не отгружено' (Product p) = 
    GROUP SUM quantity(OrderDetail d) IF product(d) = p;
toOrder 'К заказу' (Product p) = orderedNotShipped(p) + reorderLevel(p) - unitsInStock(p);
SELECT companyName(supplier(Product p)), name(p), toOrder(p) WHERE toOrder(p) > 0;


तारांकन के साथ समस्या

और आखिरी उदाहरण व्यक्तिगत रूप से मेरी ओर से है। सोशल नेटवर्क का तर्क है. लोग एक-दूसरे के मित्र हो सकते हैं और एक-दूसरे को पसंद कर सकते हैं। कार्यात्मक डेटाबेस परिप्रेक्ष्य से यह इस तरह दिखेगा:

CLASS Person;
likes = DATA BOOLEAN (Person, Person);
friends = DATA BOOLEAN (Person, Person);


दोस्ती के लिए संभावित उम्मीदवारों को ढूंढना जरूरी है. अधिक औपचारिक रूप से, आपको सभी लोगों A, B, C को इस प्रकार ढूंढना होगा कि A, B का मित्र है, और B, C का मित्र है, A, C को पसंद करता है, लेकिन A, C का मित्र नहीं है।
कार्यात्मक डेटाबेस परिप्रेक्ष्य से, क्वेरी इस तरह दिखेगी:

SELECT Person a, Person b, Person c WHERE 
    likes(a, c) AND NOT friends(a, c) AND 
    friends(a, b) AND friends(b, c);


पाठक को SQL में इस समस्या को स्वयं हल करने के लिए प्रोत्साहित किया जाता है। यह माना जाता है कि जिन लोगों को आप पसंद करते हैं उनकी तुलना में आपके बहुत कम दोस्त हैं। इसलिए वे अलग-अलग तालिकाओं में हैं। सफल होने पर दो स्टार वाला टास्क भी है. इसमें मित्रता सममित नहीं है। एक कार्यात्मक डेटाबेस पर यह इस तरह दिखेगा:

SELECT Person a, Person b, Person c WHERE 
    likes(a, c) AND NOT friends(a, c) AND 
    (friends(a, b) OR friends(b, a)) AND 
    (friends(b, c) OR friends(c, b));


यूपीडी: पहले और दूसरे तारांकन से समस्या का समाधान dss_कालिका:

SELECT 
   pl.PersonAID
  ,pf.PersonAID
  ,pff.PersonAID
FROM Persons                 AS p
--Лайки                      
JOIN PersonRelationShip      AS pl ON pl.PersonAID = p.PersonID
                                  AND pl.Relation  = 'Like'
--Друзья                     
JOIN PersonRelationShip      AS pf ON pf.PersonAID = p.PersonID 
                                  AND pf.Relation = 'Friend'
--Друзья Друзей              
JOIN PersonRelationShip      AS pff ON pff.PersonAID = pf.PersonBID
                                   AND pff.PersonBID = pl.PersonBID
                                   AND pff.Relation = 'Friend'
--Ещё не дружат         
LEFT JOIN PersonRelationShip AS pnf ON pnf.PersonAID = p.PersonID
                                   AND pnf.PersonBID = pff.PersonBID
                                   AND pnf.Relation = 'Friend'
WHERE pnf.PersonAID IS NULL 

;WITH PersonRelationShipCollapsed AS (
  SELECT pl.PersonAID
        ,pl.PersonBID
        ,pl.Relation 
  FROM #PersonRelationShip      AS pl 
  
  UNION 

  SELECT pl.PersonBID AS PersonAID
        ,pl.PersonAID AS PersonBID
        ,pl.Relation
  FROM #PersonRelationShip      AS pl 
)
SELECT 
   pl.PersonAID
  ,pf.PersonBID
  ,pff.PersonBID
FROM #Persons                      AS p
--Лайки                      
JOIN PersonRelationShipCollapsed  AS pl ON pl.PersonAID = p.PersonID
                                 AND pl.Relation  = 'Like'                                  
--Друзья                          
JOIN PersonRelationShipCollapsed  AS pf ON pf.PersonAID = p.PersonID 
                                 AND pf.Relation = 'Friend'
--Друзья Друзей                   
JOIN PersonRelationShipCollapsed  AS pff ON pff.PersonAID = pf.PersonBID
                                 AND pff.PersonBID = pl.PersonBID
                                 AND pff.Relation = 'Friend'
--Ещё не дружат                   
LEFT JOIN PersonRelationShipCollapsed AS pnf ON pnf.PersonAID = p.PersonID
                                   AND pnf.PersonBID = pff.PersonBID
                                   AND pnf.Relation = 'Friend'
WHERE pnf.[PersonAID] IS NULL 

निष्कर्ष

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि दी गई भाषा वाक्यविन्यास दी गई अवधारणा को लागू करने के विकल्पों में से एक है। एसक्यूएल को आधार के रूप में लिया गया था, और लक्ष्य यह था कि यह जितना संभव हो उतना समान हो। बेशक, कुछ को कीवर्ड, वर्ड रजिस्टर आदि के नाम पसंद नहीं आ सकते हैं। यहां मुख्य बात अवधारणा ही है। अगर चाहें तो आप C++ और Python दोनों को समान सिंटैक्स बना सकते हैं।

मेरी राय में, वर्णित डेटाबेस अवधारणा के निम्नलिखित फायदे हैं:

• आराम. यह एक अपेक्षाकृत व्यक्तिपरक संकेतक है जो साधारण मामलों में स्पष्ट नहीं होता है। लेकिन यदि आप अधिक जटिल मामलों को देखें (उदाहरण के लिए, तारांकन के साथ समस्याएं), तो, मेरी राय में, ऐसे प्रश्न लिखना बहुत आसान है।
• कैप्सूलीकरण. कुछ उदाहरणों में मैंने मध्यवर्ती फ़ंक्शंस घोषित किए (उदाहरण के लिए, बेचा, खरीदा आदि), जिससे बाद के कार्यों का निर्माण किया गया। यह आपको कुछ कार्यों के तर्क को बदलने की अनुमति देता है, यदि आवश्यक हो, तो उन कार्यों के तर्क को बदले बिना जो उन पर निर्भर हैं। उदाहरण के लिए, आप बिक्री कर सकते हैं बेचा पूरी तरह से अलग-अलग वस्तुओं से गणना की गई, जबकि बाकी तर्क नहीं बदलेंगे। हाँ, इसे CREATE VIEW का उपयोग करके RDBMS में कार्यान्वित किया जा सकता है। लेकिन अगर सारा तर्क इसी तरह लिखा जाए तो वह बहुत पठनीय नहीं लगेगा.
• कोई अर्थ संबंधी अंतराल नहीं. ऐसा डेटाबेस फ़ंक्शंस और क्लासेस (टेबल और फ़ील्ड के बजाय) पर काम करता है। बिल्कुल शास्त्रीय प्रोग्रामिंग की तरह (यदि हम मानते हैं कि एक विधि उस वर्ग के रूप में पहले पैरामीटर वाला एक फ़ंक्शन है जिससे वह संबंधित है)। तदनुसार, सार्वभौमिक प्रोग्रामिंग भाषाओं के साथ "दोस्त बनाना" बहुत आसान होना चाहिए। इसके अतिरिक्त, यह अवधारणा बहुत अधिक जटिल कार्यक्षमता को लागू करने की अनुमति देती है। उदाहरण के लिए, आप ऑपरेटरों को इस प्रकार एम्बेड कर सकते हैं:

  CONSTRAINT sold(Employee e, 1, 2019) > 100 IF name(e) = 'Петя' MESSAGE  'Что-то Петя продает слишком много одного товара в 2019 году';


• वंशानुक्रम और बहुरूपता. एक कार्यात्मक डेटाबेस में, आप क्लास क्लासपी के माध्यम से एकाधिक विरासत पेश कर सकते हैं: क्लास 1, क्लास 2 निर्माण और एकाधिक बहुरूपता को कार्यान्वित कर सकते हैं। मैं संभवतः भविष्य के लेखों में सटीक तरीके से लिखूंगा।

भले ही यह सिर्फ एक अवधारणा है, हमारे पास पहले से ही जावा में कुछ कार्यान्वयन है जो सभी कार्यात्मक तर्क को संबंधपरक तर्क में अनुवादित करता है। साथ ही, अभ्यावेदन के तर्क और बहुत सी अन्य चीजें इसके साथ खूबसूरती से जुड़ी हुई हैं, जिसकी बदौलत हमें एक समग्रता मिलती है मंच. अनिवार्य रूप से, हम "वर्चुअल मशीन" के रूप में RDBMS (अभी के लिए केवल PostgreSQL) का उपयोग करते हैं। इस अनुवाद के साथ कभी-कभी समस्याएँ उत्पन्न होती हैं क्योंकि RDBMS क्वेरी ऑप्टिमाइज़र कुछ निश्चित आँकड़े नहीं जानता है जो FDBMS जानता है। सिद्धांत रूप में, एक डेटाबेस प्रबंधन प्रणाली को लागू करना संभव है जो भंडारण के रूप में एक निश्चित संरचना का उपयोग करेगा, जो विशेष रूप से कार्यात्मक तर्क के लिए अनुकूलित है।

स्रोत: www.habr.com