技术大牛成长课,从0到1带你手写一个数据库系统

从零开始手写一个简单的数据库系统

在这篇文章中，我们将探讨如何从零开始手写一个简单的数据库系统。数据库系统是计算机科学中非常重要的组成部分，它们用于存储和管理数据，为应用程序提供持久化存储和高效的数据访问能力。

第一步：设计数据库的数据结构

数据库系统的核心是数据结构。我们首先需要设计能够存储数据的数据结构。在这个简单的示例中，我们选择使用哈希表来存储数据，这是一种快速查找和插入数据的数据结构。

pythonclass Database:
    def __init__(self):
        self.data = {}

    def set(self, key, value):
        self.data[key] = value

    def get(self, key):
        return self.data.get(key, None)

    def delete(self, key):
        if key in self.data:
            del self.data[key]

在上面的代码中，我们定义了一个简单的 Database 类，它使用一个 Python 字典 self.data 来存储键值对数据。我们实现了三个基本操作：

set(key, value): 将键值对存储到数据库中。
get(key): 根据键获取对应的值。
delete(key): 删除指定键的数据。

第二步：实现持久化存储

现实世界中的数据库需要能够将数据持久化存储在磁盘上，以便在程序重新启动时数据不会丢失。在这个简化的例子中，我们可以通过文件来模拟持久化存储。

pythonimport pickle

class Database:
    def __init__(self, filename='database.db'):
        self.filename = filename
        try:
            with open(self.filename, 'rb') as f:
                self.data = pickle.load(f)
        except FileNotFoundError:
            self.data = {}

    def set(self, key, value):
        self.data[key] = value
        self._save()

    def get(self, key):
        return self.data.get(key, None)

    def delete(self, key):
        if key in self.data:
            del self.data[key]
            self._save()

    def _save(self):
        with open(self.filename, 'wb') as f:
            pickle.dump(self.data, f)

在上述代码中，我们添加了 _save() 方法，用于将数据以 pickle 格式保存到指定的文件 database.db 中。每次修改数据（set 和 delete 操作）后，都会调用 _save() 方法来更新持久化文件。

第三步：测试数据库系统

为了验证我们的简单数据库系统是否正常工作，可以编写一些简单的测试代码。

pythonif __name__ == "__main__":
    db = Database()

    # 设置键值对
    db.set('name', 'Alice')
    db.set('age', 30)

    # 获取键对应的值
    print("Name:", db.get('name'))  # Output: Alice
    print("Age:", db.get('age'))    # Output: 30

    # 删除一个键值对
    db.delete('age')
    print("Age after deletion:", db.get('age'))  # Output: None

这段测试代码展示了如何使用我们实现的简单数据库系统来存储、获取和删除数据。

总结

通过以上步骤，我们从零开始手写了一个简单的数据库系统。尽管这个数据库系统非常基础和简化，但它展示了数据库系统的核心思想和实现方式：使用合适的数据结构存储数据，并且能够将数据持久化保存。实际的数据库系统要复杂得多，包括并发控制、索引优化、事务支持等功能，但这个简单的例子为理解数据库系统的基本原理提供了一个良好的起点。