天天都在CRUD，你知道数据库如何工作的吗？

news2024/12/24 9:03:52

作为一个天天都在CRUD的程序员，你有没有想过，数据库是如何工作的？

今天，让我们从一个最最最简单的模型开始，揭开数据库神秘的一角。

对我们使用者而言，数据库就像是一个黑盒子，你可以往它里面写入数据，也可以从它里面读出数据。

让我们暂时抛却SQL、网络连接、数据库等等概念，就来看这个最基本的需求：如果我们来实现一个可以对外提供读写数据的黑盒子，该怎么做？

假设我们的黑盒子很简单，里面只有一张表：user_info，用来存储用户信息。

表里面也很简单，只有三个字段，分别记录用户的ID、姓名和手机号。

user_id(uint32)
name(char[8])
phone(char[20])

我们可以用一个简单的结构体（或者一个class）来表示一条数据：

struct DataRecord{
  uint32 user_id;
  char name[8];
  char phone[20];
};

user_id是一个uint32类型，占4个字节，name占8个字节，phone占20个字节，加起来一条数据总共占32个字节。

我们选择用一个文件来存储这些数据，存储非常简单，只需要一条一条地码在一起就行了，就像这样：

数据存储方式有了，接下来就是如何来读写了，我们来提供两个函数，分别来插入（insert）和查询（select）数据：

// 伪代码
void insert(Table* table, DataRecord record) {
  fp = open(table->file_name);
  fseek(fp, FILE_END);
  write(fp, sizeof(DataRecord));
  close(fp);
}

插入很简单，直接打开表对应的数据文件，然后把文件指针移动到文件尾部，接着追加数据，最后关闭文件，大功告成。这和把大象关进冰箱的步骤是一样一样的。

接下来是查询，我们提供一个可以通过id来查询用户的函数：

// 伪代码
DataRecord select(uint32 user_id) {

  DataRecord result;
  fp = open(table->file_name);
  
  while (1) {
    if (feof(fp)) 
      break;
      
    DataRecord record;
    read(fp, &record, sizeof(DataRecord));
    if (record.user_id == user_id) {
      result = record;
      break;
    }
  }
  
  close(fp);
  
  return result;
}

查询也很简单，我们打开文件，一条一条读取数据，然后比较用户id和给定的参数是否相同，直到找到符合条件的数据返回。

好了，以上，我们就实现了一个最最最基础的黑盒子：它里面有一张表，然后可以往里面写数据，从里面查数据。

现在来思考一下：

如果我们写了很多数据进去，比如几十万条，我们要查一个指定id的数据，要按照这样一条条比对，那不得等到猴年马月去了？

为什么要一条条比对呢？是因为我们的数据全都是一条一条码在一起的，完全没有顺序，所以要查询，只能这样一条条检查——全表扫描。

如果我们的数据是有顺序的呢？

假如我们插入数据的时候，是按照id从小到大排列着，这样我们就能用二分法快速找到指定id的数据了。