SQL запити: основи, обчислення та визначення складності

Сьогодні ми розглянемо, що таке SQL запити, і який їхній порядок виконання.

SQL (Structured Query Language) – це спеціалізована мова програмування, розроблена для керування даними в базах даних. Вона дає змогу читати, записувати, видаляти, сортувати та фільтрувати дані, а також виконувати безліч інших операцій. Крім того, широко використовується у всіх типах додатків, де потрібна робота з даними, таких як веб-сайти, бізнес-додатки, аналітичні системи та інші.

Освоїти на практиці SQL ви можете на курсі QA Automation від компанії FoxmindED, крім того, працювати з ним студенти вчаться і на курсі Java Tools.

Основи

Основні команди та оператори SQL є головними в роботі з даними. Давайте розглянемо їх докладніше:

SELECT: оператор використовується для вибірки даних з однієї або декількох таблиць бази даних. Він дає змогу вибирати певні стовпці, рядки або комбінації з них:

SELECT first name, last name FROM users;

Цей запит вибирає тільки стовпці “ім’я” та “прізвище” з таблиці “користувачі”.

INSERT: дає змогу додавати нові рядки даних у таблицю:

INSERT INTO users (first name, last name, age) VALUES (Oleg, Karpov, 30);

Цей запит додає новий запис у таблицю “користувачі” із зазначеними значеннями полів “ім’я”, “прізвище” та “вік”.

UPDATE: використовується для оновлення наявних записів у таблиці:

UPDATE users SET age = 35 WHERE first name = 'Oleg' AND last name = 'Karpov';

Цей запит оновлює значення поля “вік” для користувача з ім’ям “Олег” і прізвищем “Карпов” на 35 років.

На тренінгу від Сергія Немчинського Java Tools ви можете вивчити такі важливі теми:
встановлення PostgreSQL, підключення до бази через DriverManager, використання SQL.

Деталі курсу

DELETE: дає змогу видалити один або кілька записів із таблиці:

DELETE FROM users WHERE first name = Oleg AND last name = 'Karpov';

Цей запит видаляє всіх користувачів з ім’ям “Олег” і прізвищем “Карпов” із таблиці “користувачі”.

Вкладені запити

Вкладений запит у SQL – це такий, що міститься всередині іншого запиту. Він дає змогу використовувати результат виконання одного запиту як частину умови або фільтрації в іншому. Вони відіграють важливу роль у структурі SQL запитів, тому що дають змогу розв’язувати складні задачі оброблення даних і робити складніші вибірки та маніпуляції з даними. Вони можуть використовуватися в різних сценаріях, як-от фільтрація, сортування, агрегація та об’єднання даних. Наприклад:

Знайти товари, відсутні на складі:

SQL

SELECT * FROM products WHERE id NOT IN (

  SELECT product_id FROM inventory

);

Знайти користувачів, які зробили замовлення на суму понад 1000 гривень:

SQL

SELECT * FROM users WHERE id IN (

  SELECT user_id FROM orders WHERE total > 1000

);

Оптимізація SQL запитів

Розглянемо поради та прийоми для поліпшення ефективності SQL запитів:

Використовуйте правильні індекси: вони прискорюють пошук даних у таблиці.
Уникайте непотрібних SELECT: вибирайте тільки ті стовпці, які вам потрібні.
Використовуйте оптимізовані алгоритми: використовуйте оператори JOIN і GROUP BY замість вкладених запитів, коли це можливо.
Тестуйте і налагоджуйте свої запити: використовуйте інструменти профілювання для визначення вузьких місць у продуктивності.

Ознайомимося з найчастішими проблемами продуктивності та методами їх усунення:

Якщо запити виконуються повільно через відсутність індексів, створіть індекси на відповідних стовпцях таблиць.
Уникайте зайвого використання вкладених запитів, оскільки вони можуть знижувати продуктивність. Спробуйте переглянути їхню структуру й об’єднати кілька запитів в один для оптимізації.
Уникайте використання функцій в умовах WHERE, особливо якщо вони застосовуються до кожного рядка даних. Спробуйте використовувати індекси або попередньо обчислювати значення функцій для прискорення запитів.
Перегляньте запити з використанням операторів JOIN і перевірте, чи не є вони надлишковими. Використовуйте тільки необхідні з’єднання для мінімізації навантаження на базу даних.

FoxmindEd – це навчальний центр, що має велику різноманітність напрямків курсів для новачків та програмістів з досвідом!

Тільки починаєте свій шлях в ІТ? Спробуйте курси Start

Вже маєте базові навички програмування? Тоді
курси Junior саме для вас.

Хочете поглибити свої знання в ІТ? Ми маємо курси Middle/Senior

Порядок виконання

SQL запит обробляється в певній послідовності, яка може впливати як на результат запиту, так і на його продуктивність:

FROM: визначає таблицю, з якої витягуються дані.
JOIN: об’єднує дані з декількох таблиць.
WHERE: фільтрує дані за умовою.
GROUP BY: групує дані за загальною ознакою.
HAVING: фільтрує групи даних за умовою.
ORDER BY: сортує дані за одним або кількома стовпцями.
SELECT: визначає стовпці, які будуть повернуті в результаті запиту.

Цей порядок важливий, оскільки він визначає, як дані обробляються і виводяться в результаті виконання запиту.

Правильний порядок може змінити підсумковий набір даних і поліпшити продуктивність запиту. Наприклад, зміна порядку операторів може призвести до різних результатів запиту (якщо фільтрація відбувається після групування даних, то результати можуть відрізнятися від тих, що вийшли б у разі фільтрації до неї), а оптимізація порядку виконання може прискорити його виконання завдяки ефективному використанню ресурсів бази даних (фільтрація даних до їхнього групування може зменшити обсяг оброблюваних даних, що приведе до прискорення виконання запиту).

Класи складності алгоритмів

Алгоритмічна складність оцінює, наскільки швидко чи затратно працює алгоритм під час обробки даних. Тобто в даному випадку – як довго займає виконання запиту залежно від кількості даних, типу операцій і структури запиту.

Розглянемо різні типи алгоритмів та їхній вплив на процес виконання запитів:

Лінійна складність (O(n)): тобто час виконання запиту лінійно залежить від обсягу даних. Приклади таких операцій – сканування таблиці під час виконання оператора SELECT без використання індексів.

Квадратична складність (O(n^2)): деякі операції, такі як вкладені цикли або операції з JOIN, можуть мати квадратичну складність. У цьому випадку час виконання запиту зростає квадратично зі збільшенням кількості даних або поєднань даних.

Логарифмічна складність (O(log n)): у цьому разі час виконання запиту збільшується повільно, навіть при збільшенні обсягу даних.

Константна складність (O(1)): деякі операції, такі як доступ до рядка за ключем через індекс, мають постійний час виконання, незалежно від обсягу даних. Це найшвидший тип операцій.

Розрахунок складності

Розрахунок складності SQL запитів охоплює оцінку часової та просторової складності. Це дає змогу зрозуміти, скільки часу і ресурсів на все це йде, а також оцінити ефективність і продуктивність;

Які ж є методи для такої оцінки?

Часова складність:

оцінює, скільки часу займає виконання запиту залежно від обсягу даних;
зазвичай виражається з використанням позначень O (Big O notation), що вказують на асимптотичний час виконання залежно від розміру вхідних даних;
методика охоплює аналіз кожного оператора в запиті й оцінку часу виконання цього оператора в найгіршому випадку.

Просторова складність:

оцінює, скільки пам’яті займає виконання запиту;
включає аналіз використання пам’яті для зберігання проміжних результатів і тимчасових структур даних під час виконання запиту.

Наведемо приклад аналізу часової складності та оптимізації запиту… Припустімо, у нас є запит на вибірку даних із таблиці з умовою WHERE і сортуванням за стовпцем:

SELECT * FROM table WHERE condition ORDER BY column;

Тимчасова складність цього запиту залежить від кількості рядків у таблиці та використовуваних індексів. Якщо індекс не використовується, час виконання запиту може бути O(n), де n – кількість рядків. Однак за наявності індексу час виконання може бути O(log n), що є більш ефективним.

Оптимізація запитів може включати додавання або зміну індексів для прискорення пошуку та фільтрації даних.

Також можна використовувати кешування проміжних результатів і оптимізацію запитів за допомогою попереднього обчислення та об’єднання даних.

Обчислення та визначення складності

Розглянемо техніки та інструменти, які допоможуть виявити та мінімізувати складнощі SQL запитів:

Використання інструментів для відстеження роботи бази даних допомагає аналізувати виконання запитів, знаходити проблемні місця і визначати запити, які потребують оптимізації.
Профілювання запитів допомагає визначити, скільки часу займає кожна частина запиту, і виявити місця, де потрібно провести оптимізацію.
Додавання або зміна індексів на використовуваних стовпцях у запитах може сильно спростити їхнє опрацювання і прискорити виконання.
Іноді зміна структури запитів шляхом спрощення або оптимізації умов і операторів може значно поліпшити продуктивність і зменшити складність запитів.

Наведемо практичні приклади обчислення складності та її впливу на продуктивність системи…

Приклад обчислення часової складності

Розглянемо запит на вибірку даних без використання індексу:

SELECT * FROM table WHERE condition;

Тимчасова складність цього запиту буде O(n), де n – кількість рядків у таблиці. Це може призвести до тривалого виконання за великих обсягів даних.

Приклад впливу складності на продуктивність

Якщо запит містить множинні операції JOIN і WHERE без використання індексів, це може призвести до квадратичної складності виконання запиту, особливо за великих обсягів даних. У результаті продуктивність системи значно знизиться, і запити виконуватимуться повільно.

SELECT * FROM orders o

JOIN customers c ON o.customer_id = c.id

WHERE o.total > 1000;

Просторова складність

Така складність показує, скільки пам’яті займає виконання запиту і зберігання тимчасових результатів, таких як таблиці, сортування та об’єднання даних.

Підпишіться на наш Ютуб-канал! Корисні відео для програмістів чекають на вас! YouTube

Оберіть свій курс програмування! Шлях до кар’єри програміста починається тут! Подивитись

Для зниження вимог до пам’яті під час виконання запитів існують різні стратегії:

Використання індексів: створення індексів на часто використовуваних стовпцях допомагає прискорити пошук і фільтрацію даних, що зі свого боку знижує обсяг пам’яті, необхідний для виконання запитів.
Оптимізація запитів: перегляд структури запитів і умов дає можливість зменшити використання тимчасових структур даних і знизити просторову складність запитів.
Застосування агрегатних функцій і фільтрів на стороні бази даних замість завантаження даних у застосунок допомагає скоротити обсяг переданих даних і, отже, зменшити просторову складність.
За необхідності сортування даних доцільно використовувати індекси або алгоритми сортування з меншими витратами пам’яті для зниження просторової складності.
Обмеження обсягу даних, що завантажуються або обробляються одночасно, може допомогти знизити споживання пам’яті.

Висновок

Розуміння та оптимізація SQL запитів є ключовими аспектами ефективної роботи з базами даних. Рекомендуємо практикувати і вивчати оптимізацію таких запитів, використовуючи інструменти моніторингу та профілювання. Застосування отриманих знань на реальних даних і вивчення спеціалізованої літератури також важливі. Варто також вивчати досвід інших фахівців і обговорювати передові методи у спільнотах баз даних.

Основи побудови SQL запитів