简易数据库管理系统设计与实现

一、概要

1.1 数据库管理系统/数据库

下图展示了DBMS（数据库管理系统）的地位，数据库(系统)其实包含了DBMS和数据两部分。

1.2 架构设计

1.3 设计思路

1. 数据存取：使用XML（可拓展标记语言）文件作为微型数据仓库，开发功能模块实现存取操作；
2. SQL解析： 使用正则表达式解析；
3. B+树索引：设计索引结构，增加B+树索引；
   实现1、2两步，基本上就能完成一个简陋的数据库系统了，因为可以使用SQL语句对存储在XML的数据进行CRUD（增删改查）操作。

1.4 规划

这里编程语言使用的是Java

1. v1.0版本：支持单句SQL解析、以XML作为微型数据仓库，在控制台启动和操作
2. v2.0版本：增加索引
3. v3.0版本：前后端分离，云数据库

二、细节

2.1 XML作为微型数据仓库

1）逻辑表在物理层上是一个文件夹
2）一个XML文件作为一张物理子表，多个物理子表构成一张逻辑表
3）每张逻辑表都有一个配置文件，用来存储数据类型、逻辑子表数量、可插入逻辑子表下标、是否建有索引等信息
4）所有对数据表的操作都是基于DOM4j解析对XML的读写操作

2.2 正则表达式解析SQL语句

1）SQL语句预处理（去重多余空格、统一转化为小写等）
2）根据SQL语句关键字→对预处理后的SQL语句分块
3）根据SQL语句关键字→调用相应的方法（SQL语句分块后的body部分处理后作为参数传递）

2.3 B+树索引结构

1）B+树key值存主键，value存主键对应的逻辑子表名称
2）每张表索引建立后，List>会更新每张表的索引
3) 每次进入系统，程序会把外存的索引文件加载到内存中，构成List>

三、总结

最终在控制台启动，可以实现一些基础的SQL语句增删改查。

1. 由于SQL解析使用的正则表达式，因此对于复杂的SQL语句（多句复合、嵌套等）处理起来非常麻烦，因此没有继续拓展。改进思路是SQL解析部分使用词法、语法分析器替换，可以实现更多、更复杂的SQL语句解析；
2. 由于微型数据仓库使用的是XML文件，而索引设计在XML文件名上，因此在数据安全、存取效率上都很低。改进思路是自定义文件格式并编写处理代码，数据使用二进制（并加密）存储，索引部分可将B+树持久化到磁盘上。
3. 之前使用jsp+servlet将控制台的启动改成了云端访问，但不算是前后端分离，后续可以考虑使用html实现真正的前后端分离，这样可以将数据库系统在服务器上部署，然后可以从浏览器端通过地址远程访问。

源码

只是简单的实现，后续会考虑改进思路的做法
github
gitee