История языков программирования: SQL- стандартизация длиною в жизнь
По мнению аналитиков CodingDojo, SQL — самый важный и нужный язык запросов среди языков программирования, как бы странно это ни звучало. Рейтинг CodingDojo учитывает статистику востребованности языков программирования на рынке труда.
Ведь СУБД — MySQL, PostgreSQL и Microsoft SQL Server — распространены повсеместно: в крупном и малом бизнесе, в больницах, банках, университетах и так далее. В принципе, SQL не ограничивается только настольными девайсами: СУБД SQLite с успехом заняла свое место на Android-смартфонах и мобильных устройствах Apple. Соответственно, такие приложения, как Skype и Dropbox, постоянно к ней обращаются.
Однако были времена, когда не было смартфонов, а этот язык уже существовал. История SQL — это не годы, но десятилетия. Поверили в него не сразу.
System R и IBM
Первые упоминания об этом языке датируются 1974 годом. SQL создавался в рамках проекта экспериментальной реляционной СУБД System R. Занималась этим проектом компания IBM.
Первоначально язык назывался SEQUEL (Structured English Query Language), но потом слово «English» пропало из этого словосочетания, а аббревиатура приобрела тот вид, к которому мы давно уже привыкли. С одной стороны, SQL был ориентирован на удобную и понятную пользователям формулировку запросов к реляционным БД. С другой стороны, практически с самого начала он был так называемым «полным языком БД». Это означает, что SQL включал:
• средства определения и манипулирования схемой БД;
• средства определения ограничений целостности и триггеров;
• средства определения представлений БД;
• средства определения структур физического уровня, поддерживающих эффективное выполнение запросов;
• средства авторизации доступа к отношениям и их полям;
• средства определения точек сохранения транзакции и выполнения фиксации и откатов транзакций.
Правда, в нем не были реализованы средства синхронизации доступа к объектам БД со стороны параллельно выполняемых транзакций. Дело в том, что разработчики изначально рассчитывали, что необходимую синхронизацию неявно выполняет СУБД.
Язык реализован в подавляющем большинстве СУБД — как в реляционных, так и нереляционных. Целью разработки было создание простого непроцедурного языка, которым мог воспользоваться любой пользователь, даже не имеющий навыков программирования.
Разработкой языка запросов занимались Дональд Чэмбэрлин (Donald D. Chamberlin) и Рэй Бойс (Ray Boyce).
SEQUEL был не единственным языком подобного назначения. В Калифорнийском Университете Беркли была разработана некоммерческая СУБД Ingres, которая являлась реляционной СУБД, но использовала свой собственный язык QUEL, который, однако, не выдержал конкуренции по количеству поддерживающих его СУБД по сравнению с языком SQL.В System R была реализована наиболее сложная и полная версия SQL. Чуть меньше функциональности было в SQL/DS и DB2 от той же IBM. Из SQL System R были удалены только те части, которые были недостаточно проработаны (например, точки сохранения) или реализация которых вызывала слишком большие технические трудности (например, ограничения целостности и триггеры).
Коммерческий успех
Поэтому путь к коммерческой реализации SQL, который прошла IBM, называют движением «сверху вниз».
Oracle, Informix и Sybase пошли по другому пути — «снизу вверх»: в первых версиях этих систем, выпущенных на рынок, использовалось существенно ограниченное подмножество SQL System R. А далее они начали постепенно расширяться. Однако в первой коммерческой реализации SQL в СУБД Oracle в операторах выборки не допускалось использование вложенных подзапросов и отсутствовала возможность формулировки запросов с соединениями нескольких отношений.
Распеределение рыночных долей по состоянию на 2011 год
Растущая заинтересованность рынка в скорейшем переходе к реляционным системам управления базами данных позволила разработчикам перечисленных выше компаний добиться коммерческого успеха. Это произошло, скорее, вопреки тому, что СУБД были тогда очень далеки от совершенства. Ну, а теперь Oracle, Informix, Sybase и Microsoft SQL Server поддерживают достаточно мощные диалекты SQL.
Стандартизация
Появление многочисленных диалектов SQL и их разрастание должно было привести к проблемам совместимости и прочим противоречиям.
Однако деятельность по стандартизации языка SQL началась очень вовремя — практически одновременно с появлением его первых коммерческих реализаций. В 1982 году комитету по базам данных Американского национального института стандартов (ANSI) было поручено разработать спецификацию стандартного языка реляционных баз данных.
После отклонения ряда неудачных версий стандарта в 1986 году эксперты пришли к единому знаменателю. А в 1987 году стандарт SQL/86 был одобрен Международной организацией по стандартизации (ISO).
За основу стандарта нельзя было брать SQL System R. Во-первых, этот вариант языка был недостаточно проработан технически. Во-вторых, его слишком сложно было бы реализовать. Поэтому за основу был взят диалект языка SQL, сложившийся в IBM к началу 1980-х годов. В сущности, этот диалект представлял собой подмножество SQL System R.
Стандарт SQL1
К 1989 году стандарт SQL/86 был несколько расширен, после чего появился следующий стандарт, получивший название ANSI/ISO SQL/89.
SQL/89 стал первым всемирно принятым стандартом языка SQL. У этого языка имеется масса недостатков: многие важные понятия не определены, много отдано на откуп реализациям. В этом стандарте полностью отсутствуют такие важные разделы, как манипулирование схемой БД и динамический SQL.
Но тем не менее он сыграл свою роль в становлении действительно стандартизованных реляционных систем управления базами данных. Более того, с появлением стандарта SQL/89 стало возможно проектировать, разрабатывать и сопровождать информационные системы, не слишком привязанные к конкретному производителю СУБД. В некотором смысле появление SQL/89 явилось продвижением технологии баз данных в сторону открытых систем.
Возможно, наиболее важными достижениями стандарта SQL/89 являются четкая стандартизация синтаксиса, семантики операторов выборки данных и манипулирования данными, а также фиксация средств ограничения целостности БД.
В стандарте определяются два уровня языка и отдельное средство поддержания целостности. Уровень 2 — это полный язык баз данных SQL, не включающий средство поддержания целостности. Уровень 1 — это специфицированное подмножество уровня 2.
Средство поддержания целостности включает возможности определения:
• требуемых ограничений на ссылки между таблицами;
• проверочных ограничений на строки таблицы;
• значений столбца по умолчанию при занесении строки в таблицу.
Средства определения внешних ключей позволяют легко формулировать требования так называемой ссылочной целостности БД. Это распространенное в реляционных БД требование можно было сформулировать и на основе общего механизма ограничений целостности SQL System R, но формулировка на основе понятия внешнего ключа более проста и понятна.
Возможности операции Join в разных стандартах
Стандарт SQL2 и его дополнения
Осознавая неполноту стандарта SQL, специалисты различных компаний начали работу над очередным стандартом, который получил название SQL2. Эта работа также длилась несколько лет, было выпущено множество проектов стандарта, пока наконец в марте 1992 года не был принят окончательный проект стандарта (SQL/92). Этот стандарт существенно полнее стандарта SQL/89 и охватывает практически все аспекты, необходимые для реализации приложений: манипулирование схемой БД, управление транзакциями (появились точки сохранения) и сессиями (сессия — это последовательность транзакций, в пределах которой сохраняются временные отношения), подключения к БД, динамический SQL. Наконец, были стандартизованы отношения-каталоги БД, что вообще-то не связано непосредственно с языком, но очень сильно влияет на реализацию.
В 1995 году стандарт был дополнен спецификацией интерфейса уровня вызова (Call-Level Interface — SQL/CLI). SQL/CLI представляет собой набор спецификаций интерфейсов процедур, вызовы которых позволяют выполнять динамически задаваемые операторы SQL. По сути дела, SQL/CLI представляет собой альтернативу динамическому SQL.
Стандарт SQL/CLI послужил основой для создания повсеместно распространенных сегодня интерфейсов ODBC (Open Database Connectivity) и JDBC (Java Database Connectivity).
В 1996 году к стандарту SQL/92 был добавлен еще один компонент — SQL/PSM (Persistent Stored Modules). Основная цель этой спецификации — стандартизировать способы определения и использования хранимых процедур, то есть специальным образом оформленных программ, включающих операторы SQL, которые сохраняются в базе данных, могут вызываться приложениями и выполняются внутри СУБД.
Oracle является одной из наиболее популярных СУБД. Более того, именно там впервые была реализована совместимость со стандартом SQL/92.
А изначально первой СУБД, поддерживающей язык SQL, стала Oracle V2, разработанная для машин VAX. Это было еще в в 1979 году.Oracle поддерживает ряд различных платформ, включая Windows, Linux, Max OS X и Sun Solaris.
Процедурное расширение SQL, разработанное Oracle, называется PL/SQL (Procedural Language/Structured Query Language) и основано на синтаксисе языков Ada и Pascal. Третьим ключевым языком, использующийся в СУБД Oracle наравне с SQL и PL/SQL, является Java.
PL/SQL поддерживает программные блоки, а также разнообразные типы данных для хранения чисел, строк и дат, операторы управления потоком вычислений (в том числе условные переходы и циклы) и три типа контейнеров (коллекций) — массивы переменной длины, ассоциативные массивы и вложенные таблицы.
Стандарт SQL3
Первоначально планировалось закончить работу над новым стандартом в 1995 году. Реально работу над новым стандартом удалось частично завершить только в 1999 году, и по этой причине стандарт получил название SQL:1999.
Каждый новый вариант стандарта языка SQL был существенно объемнее предыдущих версий. Так, если стандарт SQL/89 занимал около 600 страниц, то объем SQL/92 составлял на 300 с лишним страниц больше.Самые первые проекты SQL3 занимали около 1500 страниц.
Однако разработчики SQL3 пришли к выводу, что при таких объемах стандарта вероятность его принятия и последующей успешной поддержки заметно уменьшается. Поэтому они решили разбить стандарт на относительно независимые части, которые можно было бы разрабатывать и поддерживать по отдельности.
В 1999 году были приняты пять частей стандарта SQL:1999.
Первая часть (SQL/Framework) посвящена описанию концептуальной структуры стандарта. В этой части приводится развернутая аннотация следующих четырех частей и формулируются требования к реализациям, претендующим на соответствие стандарту.
Вторая часть SQL:1999 (SQL/Foundation) образует базис стандарта. Вводится система типов языка, формулируются правила определения функциональных зависимостей и возможных ключей, определяются синтаксис и семантика основных операторов SQL:
• операторов определения и манипулирования схемой базы данных;
• операторов манипулирования данными;
• операторов управления транзакциями;
• операторов управления подключениями к базе данных и т. д.
Третью часть занимает уточненная по сравнению с SQL/92 спецификация SQL/CLI. В четвертой части специфицируется SQL/PSM — синтаксис и семантика языка определения хранимых процедур. Наконец, в пятой части — SQL/Bindings — определяются правила связывания SQL для стандартных версий языков программирования.
В стандарт SQL:1999 должны были войти еще несколько частей. Среди них спецификации следующих средств:
• управление распределенными транзакциями (SQL/Transaction);
• поддержка темпоральных свойств данных (SQL/Temporal);
• управление внешними данными (SQL/MED);
• связывание с объектно-ориентированными языками программирования (SQL/OLB);
• поддержка оперативной аналитической обработки (SQL/OLAP).
SQL в XXI веке
В конце 2003 года был принят и опубликован новый вариант международного стандарта SQL:2003. Многие специалисты считали, что в варианте стандарта, следующем за SQL:1999, будут всего лишь исправлены неточности SQL:1999. Но на самом деле, в SQL:2003 специфицирован ряд новых и важных свойств, с небольшими модификациями, внесёнными позже в 2008 году.
Наиболее серьезные изменения языка SQL, специфицированные в части 2 стандарта SQL:2003, касаются следующих аспектов:
• типы данных;
• подпрограммы, вызываемые из SQL;
• расширенные возможности оператора CREATE TABLE;
• новый объект схемы — генератор последовательностей;
• новые виды столбцов — идентифицирующие столбцы (identity column) и генерируемые столбцы (generated column);
• новый оператор MERGE;
Претерпела некоторые изменения общая организация стандарта. Стандарт SQL:2003 состоит из следующих частей:
• 9075–1, SQL/Framework;
• 9075–2, SQL/Foundation;
• 9075–3, SQL/CLI;
• 9075–4, SQL/PSM;
• 9075–9, SQL/MED;
• 9075–10, SQL/OLB;
• 9075–11, SQL/Schemata;
• 9075–13, SQL/JRT;
• 9075–14, SQL/XML.
Части 1–4 и 9–10 с необходимыми изменениями остались такими же, как и в SQL:1999. Часть 5 (SQL/Bindings) перестала существовать; соответствующие спецификации включены в часть 2.
Раздел части 2 SQL:1999, посвященный информационной схеме, выделен в отдельную часть 11. Появились две новые части — 13 и 14.
Часть 13 полностью называется «SQL Routines and Types Using the Java Programming Language» («Использование подпрограмм и типов SQL в языке программирования Java»). Появление такой части стандарта оправдано повышенным вниманием к языку Java со стороны ведущих производителей SQL-ориентированных СУБД.
Наконец, последняя часть SQL:2003 посвящена спецификациям языковых средств, позволяющих работать с XML-документами в среде SQL.
Несмотря на старания разработчиков, процесс стандартизации явно не поспевает за происходящими изменениями.
Основные моменты в истории SQL
Тем не менее, можно сказать, что базовый набор операторов SQL, включающий операторы определения схемы БД, выборки и манипулирования данными, авторизации доступа к данным, поддержки встраивания SQL в языки программирования и операторы динамического SQL, в коммерческих реализациях устоялся и более или менее соответствует стандарту.
P.S. SQL нельзя в полной мере отнести к традиционным языкам программирования, он не содержит традиционные операторы, управляющие ходом выполнения программы, операторы описания типов и многое другое, он содержит только набор стандартных операторов доступа к данным, хранящимся в базе данных. Однако эти «недостатки» ему прощают, учитывая его место в истории ИТ.
