Язык PL/SQL

Назначение PL/SQL

PL/SQL – «Procedural Language extensions to the Structured Query Language», что переводится как «Процедурные языковые расширения для языка SQL».

Практически в каждой СУБД корпоративного уровня есть язык программирования, предназначенный для расширения возможностей SQL:

PL/SQL – в Oracle Database Server;

Transact-SQL – в Microsoft SQL Server;

SQL PL – в IBM DB2;

PL/pgSQL – в PostgreSQL.

На этих языках создаются программы, которые хранятся непосредственно в базах данных и выполняются СУБД, поэтому их называют языками хранимых процедур (stored procedure languages). Языки хранимых процедур имеют схожие синтаксис и семантику, поэтому после освоения языка PL/SQL впоследствии можно будет довольно легко перейти, например, на Transact-SQL или PL/pgSQL.

Функция на языке Oracle PL/SQL

Функция на языке PL/pgSQL PostgreSQL

CREATE FUNCTION F1 RETURN INT AS

BEGIN

FOR r IN (SELECT * FROM tab1) LOOP

UPDATE tab2 SET at3=r.at2;

END LOOP;

RETURN 1;

END;

CREATE FUNCTION F1() RETURNS int AS '

DECLARE

r RECORD;

BEGIN

FOR r IN SELECT * FROM tab1 LOOP

UPDATE tab2 SET at3=r.at2;

END LOOP;

RETURN 1;

END;

' LANGUAGE plpgsql;

Задачи, решаемые PL/SQL

PL/SQL, в отличие от Java, Python или C++, не используется для разработки математических приложений, игр и т. п. Это специфичный язык программирования третьего поколения, предназначенный для работы с базами данных Oracle прямо в ядре сервера Oracle. Фактически программы на PL/SQL – это обертки вокруг предложений SQL.

Язык PL/SQL используется для решения следующих задач:

реализация серверной бизнес-логики в виде хранимых программ;

автоматизация задач администрирования баз данных Oracle;

разработка web-приложений;

разработка клиентских приложений в среде Oracle Developer.

Мы не будем останавливаться на автоматизации задач администрирования баз данных и разработке клиентских приложений, а сосредоточимся на главном направлении использования PL/SQL – реализации бизнес-логики на стороне сервера в виде хранимых программ.

Сценарий использования программ PL/SQL

Пусть в корпоративной сети на Linux-сервере находится база данных Oracle со сведениями о клиентах организации. Подключимся к серверу Oracle с ноутбука по сети с помощью утилиты SQL*Plus. Запуск на выполнение из SQL*Plus процедуры PL/SQL calc_clients_debt для расчета клиентской задолженности может выглядеть примерно так:

SQL> BEGIN

2 calc_clients_debt(p_account_from=>100001,p_account_to=>200000);

3 END;

4 /

PL/SQL procedure successfully completed.

Только четыре строки для запуска процедуры calc_clients_debt будут переданы с ноутбука на Linux-сервер, где сервер баз данных Oracle, получив эти строки, выполнит процедуру PL/SQL. На ноутбук обратно вернутся только сведения об успешности завершения работы процедуры – одна строка. Требуемые для расчетов гигабайты финансовых данных для заданного диапазона в 100 000 лицевых счетов на ноутбук по сети передаваться не будут – выборка всех данных клиентов c помощью выполнения SQL из PL/SQL и все расчеты по ним в PL/SQL будут осуществляться ядром СУБД Oracle на мощном Linux-сервере. На этом же сервере, в этой же базе данных Oracle процедурой calc_clients_debt будут сохранены и результаты вычислений.

Так расчет задолженности мог выглядеть, если бы его запускал технический специалист, знающий устройство базы данных и предпочитающий работать с ней в SQL*Plus. Понятно, что сотрудники бухгалтерии или клиентского отдела не работают с базой данных в SQL*Plus. Для них должна быть разработана и установлена клиентская программа на C#, Java или другом языке программирования с экранными формами и отчетами. В этой программе на экранной форме пользователь задает диапазон обрабатываемых лицевых счетов и нажимает кнопку «Рассчитать задолженность».

Клиентская программа через соответствующие программные интерфейсы, которые есть в большинстве современных языков программирования, запускает в Oracle на выполнение хранимую процедуру calc_clients_debt и начинает показывать пользователю наполняющиеся песочные часы или бегающую полоску (progress bar). Сама программа при этом не осуществляет обработку данных, которая в это время идет на удаленном Linux-сервере. Как только хранимая процедура успешно завершится и сервер Oracle сообщит об этом клиентской программе, та выдаст пользователю сообщение «Задолженность успешно рассчитана».

Это типичный сценарий использования PL/SQL: реализация бизнес-логики (в данном примере – расчета клиентской задолженности) в виде хранимой в базе данных процедуры на PL/SQL с ее запуском из клиентской программы, подключившейся к серверу Oracle по сети. Обычно программы на PL/SQL работают «под капотом» и их не видно снаружи.

Достоинства и недостатки хранимых программ

При реализации бизнес-логики вполне можно обойтись и без использования хранимых программ. Так, задачу расчета клиентской задолженности можно решить двумя способами:

разработать одно или несколько (frontend, backend) приложений на Java, JavaScript, C++, Python и т. п., реализующих только пользовательский интерфейс, а бизнес-логику собственно расчета задолженности реализовать в виде хранимой программы, которую вызывают приложения при запуске процесса расчета;

разработать одно или несколько (frontend, backend) приложений на Java, JavaScript, C++, Python и т. п., реализующих и пользовательский интерфейс, и бизнес-логику расчета задолженности.

Для второго способа база данных используется только для хранения данных. Все необходимые данные по каждому клиенту извлекаются приложением из базы, обсчитываются приложением и полученные сведения о задолженности сохраняются обратно в базу. Обсчитывающее данные приложение часто размещают на том же сервере, где находится база данных – чтобы сеть не стала узким местом системы.

Выбор используемого способа решения задачи является обязанностью архитектора системы, при этом следует учитывать много факторов, формируемых в каждом конкретном случае на основе известных достоинств и недостатков использования хранимых программ.

Достоинства хранимых программ:

переносимость хранимых программ вместе с базой данных;

повышенная производительность обработки за счет отсутствия передачи данных вне сервера баз данных;

тесная интеграция с подсистемой выполнения SQL (предложения SQL в хранимых программах выполняются без использования дополнительных интерфейсов и драйверов);

управление доступом к данным на основе хранимых программ (доступ предоставляется не к таблицам базы данных на чтение и запись данных в них, а на выполнение хранимых программ – тем самым выполняется изоляция данных от прикладных программ);

реализация динамических ограничений целостности и концепции активных баз данных с помощью механизма триггеров.

Недостатки хранимых программ:

«размазывание» логики работы системы по нескольким программах, написанных на разных языках;

необходимость наряду c программистами на Java, Python, C++ иметь в команде программиста баз данных;

скудность выразительных возможностей языков хранимых процедур на фоне современных языков Java, Python, C++;

непереносимость хранимых программ между различными СУБД;

возможные проблемы с масштабированием.

Наиболее существенным недостатком хранимых программ является их привязка к конкретной СУБД. Например, при переходе c Oracle на PostgreSQL в рамках актуальной темы импортозамещения, все хранимые программы придется переписывать с PL/SQL на PL/pgSQL, а это приведет к существенным затратам на реинжиниринг кода PL/SQL, объем которого может составлять сотни тысяч строк.

Что же касается проблем масштабирования, то обработка данных непосредственно в базе данных средствами самой СУБД является достоинством хранимых программ до тех пор, пока обеспечивается требуемый уровень производительности. В противном случае это обстоятельство помешает масштабированию, так как установка дополнительных серверов потребует большого объема работ. Придется на каждом новом сервере устанавливать СУБД, создавать свою базу данных с хранимыми программами и решать задачу распределения данных по нескольким базам. Из достоинства хранимых программ интеграция хранения и обработки данных, таким образом, может стать недостатком. С отдельными приложениями, реализующими серверную бизнес-логику без хранимых программ, проблем масштабирования обычно нет – добавить новые сервера только для обсчитывающих приложений обычно довольно легко.

Переносимость программ PL/SQL

Переносимость программ PL/SQL вместе с базой данных обеспечивается архитектурой языка PL/SQL, похожей на архитектуру языка Java.

При программировании на языках C/C++, Pascal в результате работы компилятора получается исполняемый (executable) файл. Этот файл содержит машинные команды конкретной аппаратной платформы и предназначен для работы в конкретной операционной системе. Поэтому если исполняемый файл для Windows скопировать на компьютер с операционной системой Linux, то он там не запустится. Если исполняемый файл для одной аппаратной платформы перенести на другую платформу (компьютер с другими машинными командами), то он там тоже не запустится. В итоге, если требуется обеспечить кроссплатформенность, то для одной и той же программы на C++, приходится иметь версию для Windows и версию для Linux, версию для x86 (32-х разрядную) и версию для x64 (64-х разрядную) и так далее.

Иначе дело обстоит с программированием на Java. В результате работы компилятора Java получается не исполняемый файл с машинными командами, а файл с байт-кодом (bytecode) – машинно-независимым кодом низкого уровня, исполняемым интерпретатором байт-кода. Этот интерпретатор байт-кода называется виртуальной машиной Java (Java Virtual Machine, JVM). При запуске программы Java файл с ее байт-кодом подается на вход виртуальной машине Java, которая преобразует инструкции байт-кода в машинные коды конкретной платформы. Таким образом, для того, чтобы запустить программу на Java в той или иной среде, достаточно иметь для этой среды JVM. Например, в ядре сервера Oracle есть виртуальная машина Aurora JVM, предназначенная для выполнения хранимых в базах данных Oracle программ Java.

В результате работы компилятора PL/SQL тоже получается не исполняемый файл, а байт-код, который называется p-code. Этот байт-код при запуске программ PL/SQL интерпретируется виртуальной машиной PL/SQL (PL/SQL Vitual Machine, PVM), находящейся в ядре СУБД Oracle. Виртуальная машина PL/SQL есть во всех версиях СУБД Oracle для любой операционной системы и для любой аппаратной платформы, поэтому программы PL/SQL остаются работоспособными при переносах баз данных Oracle с одних вычислительных систем на другие.

Оценка языка PL/SQL

Как язык программирования PL/SQL имеет следующие достоинства:

статическая типизация;

наличие средств обработки ошибок и пользовательских исключений;

наличие лаконичных и удобных языковых конструкций для выполнения предложений языка SQL.

Считается, что эффективный высокопроизводительный код для работы с базой данных Oracle проще написать на PL/SQL, чем на любом другом процедурном языке программирования. В частности, в PL/SQL имеются специальные средства массовой обработки данных (bulk processing), позволяющие повысить производительность на порядок и более.

Приведем достаточно большую цитату из книги «Oracle для профессионалов», написанной Томом Кайтом, вице-президентом Oracle Corporation [18, стр. 48]:

«При разработке программного обеспечения базы данных я придерживаюсь достаточно простой философии, которая оставалась неизменной на протяжении многих лет:

Все, что только возможно, должно делаться в одном предложении SQL. Верите или нет, но это возможно почти всегда. С течением времени это утверждение становится еще более справедливым. SQL – исключительно мощный язык.

Если что-то нельзя сделать в одном предложении SQL, то это необходимо реализовать на языке PL/SQL с помощью как можно более краткого кода. Следуйте принципу «больше кода = больше ошибок, меньше кода = меньше ошибок».

Если задачу нельзя решить средствами PL/SQL, попробуйте воспользоваться хранимой процедурой Java. Однако после выхода Oracle 9i и последующих версий потребность в этом возникает очень редко. PL/SQL является полноценным и популярным языком третьего поколения (third-generation programming language – 3GL).

Если задачу не удается решить на языке Java, попробуйте написать внешнюю процедуру C. Именно такой подход применяют наиболее часто, когда нужно обеспечить высокую скорость работы приложения, либо использовать API-интерфейс от независимых разработчиков, реализованный на языке C.

Если вы не можете решить задачу с помощью внешней процедуры C, всерьез задумайтесь над тем, есть ли в ней необходимость.

… Мы будем использовать PL/SQL и его объектные типы для решения задач, которые в SQL решить невозможно или неэффективно. Язык PL/SQL существует уже очень долгое время – на его отработку ушло более 27 лет (к 2015 году); в действительности, возвращаясь к версии Oracle 10g, был переписан сам компилятор PL/SQL, чтобы стать в первую очередь оптимизирующим компилятором.

Никакой другой язык не связан настолько тесно с SQL и не является до такой степени оптимизированным для взаимодействия с SQL. Работа с SQL в среде PL/SQL происходит совершенно естественным образом, в то время как в любом другом языке, от Visual Basic до Java, применение SQL может оказаться довольно-таки обременительным».

Опция New Procedural Option – PL/SQL появилась в версии Oracle 6.0 в 1988 году. С тех пор на PL/SQL написаны миллионы строк кода серверной бизнес-логики и разработаны тысячи клиентских форм и отчетов в среде Oracle Developer. Многие годы Oracle Corporation демонстрировала свою приверженность PL/SQL и с выходом каждой новой версии Oracle Database Server в PL/SQL вводятся новые усовершенствования. Язык PL/SQL является неотъемлемой частью технологий Oracle и в планах корпорации декларируется его развитие и поддержка в будущем.

Первая программа на PL/SQL

По давней традиции, восходящей к языку C, учебники по языкам программирования начинаются с программы «Hello, World!» и описания типов данных изучаемого языка. Не будем нарушать эту традицию, но внесем в нее одно изменение. Так как язык PL/SQL предназначен для работы с базами данных Oracle, то строку «Hello, World!» не будем задавать статически в исходном коде, а возьмем из таблицы базы данных.

CREATE TABLE hello_world_table(message VARCHAR2(30));

INSERT INTO hello_world_table VALUES('Hello, World!');

Выполним в SQL*Plus следующий код:

SQL> SET SERVEROUTPUT ON

SQL> DECLARE

2 l_message VARCHAR2(30);

3 BEGIN

4 SELECT message INTO l_message FROM hello_world_table;

5 DBMS_OUTPUT.PUT_LINE(l_message);

6 END;

7 /

Hello, World!

PL/SQL procedure successfully completed.

В представленной выше программе PL/SQL с помощью команды SELECT INTO значение столбца message строки таблицы hello_world_table считывается из базы данных и присваивается локальной переменной l_message, значение которой затем выводится в окне SQL*Plus. Переменная l_message предварительно объявлена в разделе объявлений после ключевого слова DECLARE.

Экранный вывод в PL/SQL осуществляет процедура PUT_LINE встроенного пакета DBMS_OUTPUT, который есть во всех базах данных Oracle. Можно считать, что процедура DBMS_OUTPUT.PUT_LINE в языке PL/SQL – аналог процедуры printf в языке C.

Напомним о двух вещах, важных при работе с утилитой SQL*Plus:

для запуска в SQL*Plus программы PL/SQL на выполнение необходимо на новой строке напечатать символ / и нажать клавишу Enter на клавиатуре;

в SQL*Plus экранный вывод программ на PL/SQL включается командой SET SERVEROUTPUT ON (по умолчанию экранный вывод выключен).

Если не выполнить команду SET SERVEROUTPUT ON, то в консоли SQL*Plus ничего печататься не будет. В популярном GUI-клиенте Quest SQL Navigator экранный вывод PL/SQL тоже по умолчанию выключен и включается специальной кнопкой «Turn the server output», которая после нажатия должна остаться во «вдавленном» положении.

Типы данных PL/SQL

Напомним, что типом данных (data туре) называется именованное множество значений данных заданной структуры, удовлетворяющих специфицированным ограничениям целостности и допускающих выполнение над ними определенного, ассоциированного с этим множеством набора операций. Например, числа и даты можно складывать и вычитать, а строки и логические значения нельзя.

Язык PL/SQL относится к языкам со статической типизацией. Статической типизацией называется проверка типов данных во время компиляции программ. К числу языков программирования со статической типизацией относятся Pascal, Java, C/C++/C#. Языки с динамической типизацией (JavaScript, Python, Ruby) выполняют большинство проверок типов во время выполнения программ. Статическая типизация позволяет выявлять ошибки во время компиляции, что повышает надежность программ.

Виды типов данных

Так как язык PL/SQL является процедурным расширением языка SQL, то в PL/SQL есть все типы данных, которые имеются в диалекте Oracle SQL с некоторыми несущественными различиями. В дополнение к ним в PL/SQL есть и такие типы данных, которых нет в Oracle SQL.

В PL/SQL имеются скалярные и составные типы данных:

данные скалярных типов состоят из одного неделимого (атомарного) значения (логические значения, числа, даты, строки);

данные составных типов состоят из нескольких значений (записи и коллекции).

Скалярные типы данных PL/SQL

Объявления типов данных PL/SQL находятся в пакете STANDARD, находящемся в схеме пользователя SYS:

package STANDARD AUTHID CURRENT_USER is

type BOOLEAN is (FALSE, TRUE);

type DATE is DATE_BASE;

type NUMBER is NUMBER_BASE;

subtype FLOAT is NUMBER; – NUMBER(126)

subtype REAL is FLOAT; – FLOAT(63)

subtype INTEGER is NUMBER(38,0);

subtype INT is INTEGER;

subtype DEC is DECIMAL;

…

subtype BINARY_INTEGER is INTEGER range '-2147483647'..2147483647;

subtype NATURAL is BINARY_INTEGER range 0..2147483647;

…

type VARCHAR2 is NEW CHAR_BASE;

subtype VARCHAR is VARCHAR2;

subtype STRING is VARCHAR2;

…

Видно, что объявленные в пакете STANDARD типы данных PL/SQL либо соответствуют типам данных Oracle SQL (_BASE-типы), либо вводятся как их подтипы (subtype).

Отметим наличие типа данных BOOLEAN, которого нет в Oracle SQL. Значения типа BOOLEAN можно, например, использовать в коде следующего вида:

l_amount_negative_flag BOOLEAN := amount<0;

IF l_amount_negative_flag THEN … END IF;

Существенным отличием типов данных PL/SQL и Oracle SQL является большая максимальная длина значений типов CHAR и VARCHAR2, предназначенных для представления строк фиксированной и переменной длины:

для VARCHAR2 в PL/SQL максимальная длина значений находится в диапазоне от 1 до 32 767 байт (в Oracle SQL до версии Oracle 12c максимальная длина VARCHAR2 была до 4000 байт, в Oracle 12c она была увеличена также до 32 767 байт);

для CHAR в PL/SQL максимальная длина значений находится в диапазоне от 1 до 32 767 байт (в Oracle SQL до версии Oracle 12c максимальная длина CHAR была до 2000 байт, в Oracle 12c она была увеличена также до 32 767 байт).

Записи PL/SQL

Записи PL/SQL относятся к составным типам данных и определяются как наборы атрибутов, связанных определенными отношениями. Атрибуты записи могут быть как скалярных типов данных, так и других составных типов – другими записями и коллекциями.

Запись PL/SQL объявляется как пользовательский тип данных с помощью ключевого слова RECORD, в целом работа с записями PL/SQL похожа на работу с записями в языке Pascal или структурами в языке C:

DECLARE

TYPE t_person IS RECORD

(name VARCHAR2 (100),

secname VARCHAR2 (100),

surname VARCHAR2 (100),

born DATE);

l_person t_person;

BEGIN

l_person.surname := 'Ильин';

l_person.name := 'Виктор';

l_person.secname := 'Семенович';

l_person.born := TO_DATE('07.08.1969','dd.mm.yyyy');

print(l_person);

END;

Назначение записей PL/SQL:

считывание в записи PL/SQL строк результирующих выборок SQL-запросов (при объявлении записей PL/SQL на основе таблиц и курсоров с помощью атрибута %ROWTYPE);

объединение в одну структуру нескольких параметров процедур и функций (вместо большого числа параметров скалярных типов удобнее передавать в процедуры и функции один параметр составного типа).

Компактность и расширяемость исходного кода – основное преимущество от использования записей PL/SQL. Сравните два варианта вызова процедуры печати сведений о человеке – с одним параметром-записью PL/SQL и с несколькими параметрами скалярных типов данных:

print(l_person) и print(l_name, l_secname, l_surname, l_born)

Первый вариант вызова выглядит более компактным. Кроме того, если появится необходимость обрабатывать новые сведения о человеке, например, ИНН и СНИЛС, то для второго варианта во все вызовы процедуры print по всему коду понадобится дописать по два новых параметра. Если же передавать описание человека в виде записи PL/SQL, то потребуется только добавить новые атрибуты в объявление типа t_person. Вносить изменения в заголовок функции print и в ее вызовы по исходному коду не потребуется. Тем самым с помощью использования записей PL/SQL обеспечивается расширяемость исходного кода.

Приведем основные правила работы с записями PL/SQL:

в определении атрибутов записей могут быть указаны ограничения NOT NULL и заданы значения атрибутов по умолчанию;

присвоение записи NULL присваивает NULL всем ее атрибутам;

чтобы сравнить две записи на равенство или неравенство нужно последовательно попарно сравнить значения всех атрибутов.

Так как записи PL/SQL похожи на строки таблиц, то особенно выпукло преимущества их использования для обеспечения компактности и расширяемости кода проявляются при выполнении предложений SQL в PL/SQL. Одна строка таблицы – одна запись PL/SQL. Строки таблиц «живут» в базе данных, записи PL/SQL «живут» в программах. Строку таблицы можно одной командой считать в запись PL/SQL, запись PL/SQL можно одной командой вставить как строку таблицы, то есть обеспечивается движение данных в обоих направлениях. В PL/SQL также есть специальные языковые конструкции, которые позволяют перемещать между базой данных и программой PL/SQL не отдельные записи PL/SQL и строки таблиц, а их множества. И все это делается очень компактно – одной-двумя строками кода PL/SQL.

Объявление переменных с привязкой

Так как язык PL/SQL предназначен для обработки данных, которые находятся в таблицах базы данных Oracle, то в нем предусмотрена возможность объявления переменных с привязкой к схемам этих таблиц. Например, если какая-то переменная используется для считывания в нее значений столбца surname таблицы person, то логично было бы указать при объявлении этой переменной тип данных, совпадающий с типом данных столбца.

Существует два вида привязки переменных:

скалярная привязка (c помощью атрибута %TYPE переменная объявляется с типом данных указанного столбца таблицы);

привязка к записи (с помощью атрибута %ROWTYPE объявляется переменная-запись PL/SQL с атрибутами по числу столбцов указанной таблицы или курсора).

Рассмотрим пример. Пусть в базе данных имеется таблица tab1 со столбцами at1 типа DATE и at2 типа VARCHAR2(20). Тогда в коде PL/SQL можно объявить переменные следующим образом:

l_tab1 tab1%ROWTYPE;

l_at1 tab1.at1%TYPE;

Переменная l_tab1 будет являться записью PL/SQL с двумя атрибутами at1, at2, типы данных которых будут такими же, как типы данных столбцов at1, at2 таблицы tab1, то есть DATE и VARCHAR2(20) соответственно. Переменная l_at1 будет иметь тип данных, такой же, как у столбца at1, то есть date.

Преимущества объявления переменных с привязкой:

автоматически выполняется синхронизация со схемами таблиц;

компактный расширяемый код для считывания строк результирующих выборок SQL-запросов без перечисления столбцов.

Автоматическая синхронизация объявлений переменных в программах PL/SQL и схем таблиц базы данных делает программы PL/SQL устойчивыми к возможным в будущем изменениям, таким как добавление, удаление или переименование столбцов таблиц, изменениям их типов данных. На практике такие изменения схем таблиц происходят довольно часто.