MiniSQL

一个功能完整的关系型数据库管理系统，采用Python实现，支持标准SQL语法、事务管理、B+树索引、智能补全等企业级特性。

项目特性

核心功能

• 完整SQL支持 - DDL、DML、DCL语句全覆盖
• ACID事务 - 支持四种隔离级别和完整的事务管理
• B+树索引 - 高效的数据检索和范围查询
• 智能补全 - SQL关键字、表名、列名自动补全
• 用户权限管理 - 完整的认证授权体系
• 视图和触发器 - 支持虚拟表和事件驱动逻辑

架构特色

• 分层架构 - SQL处理、存储引擎、目录管理、接口层清晰分离
• LRU缓存 - 智能页面缓存管理，提升查询性能
• 语义分析 - 深度的SQL语义检查和类型推断
• 多接口支持 - 命令行界面和现代化Web界面

快速开始

环境要求

• Python 3.7+
• 依赖库：Flask>=2.0.0, prompt_toolkit

安装依赖

pip install -r requirements.txt

运行方式

1. 命令行交互模式

python main.py shell

启动交互式SQL命令行，支持：

• 智能SQL补全和语法高亮
• 多行SQL输入
• 事务状态实时显示
• 内置演示系统

2. Web管理界面

python main.py web

启动Web服务器（默认端口5000），提供：

• 现代化的数据库管理界面
• 实时SQL编辑器和执行
• 表数据浏览和管理
• 事务和会话管理
• 响应式设计，支持移动端

访问地址：http://localhost:5000

3. 其他运行模式

python main.py demo    # 运行功能演示
python main.py test    # 运行测试用例

系统架构

miniSQL/
├── main.py                    # 主程序入口
├── requirements.txt           # 依赖列表
├── README.md                 # 项目说明
├── storage/                   # 存储层
│   ├── __init__.py
│   ├── page_manager.py       # 页面管理
│   ├── buffer_manager.py     # 缓存管理
│   ├── record_manager.py     # 记录管理
│   └── btree.py             # B+树索引实现
├── catalog/                  # 系统目录层
│   ├── __init__.py
│   ├── data_types.py         # 列定义
│   ├── schema.py             # 表结构定义
│   ├── system_catalog.py     # 系统目录管理
│   └── index_manager.py      # 索引管理器
├── table/                    # 表管理层
│   ├── __init__.py
│   └── table_manager.py     # 表管理器
├── sql/                      # SQL处理层
│   ├── __init__.py
│   ├── lexer.py             # 词法分析
│   ├── parser.py            # 语法分析
│   ├── ast_nodes.py         # AST节点定义
│   ├── executor.py          # SQL执行器
│   ├── semantic.py          # 语义分析
│   ├── transaction_state.py # 事务管理
│   ├── planner.py           # 执行计划生成器
│   ├── plan_nodes.py        # 执行计划节点
│   └── execution_engine.py  # 执行引擎
├── interface/                # 接口层
│   ├── __init__.py
│   ├── database.py          # 数据库主接口
│   ├── shell.py             # 交互式Shell
│   ├── formatter.py         # 结果格式化
│   ├── planner_interface.py # 执行计划接口
│   └── web_api.py           # Flask Web API
└── db_logging/               # 日志系统
│   ├── __init__.py
│   ├── logger.py            # 核心日志器
│   └── log_manager.py       # 日志管理器
├── test/                    # 测试目录

支持的SQL语法

数据定义语言 (DDL)

-- 创建表
CREATE TABLE users (
    id INTEGER PRIMARY KEY,
    name VARCHAR(50) NOT NULL,
    email VARCHAR(100) UNIQUE,
    age INTEGER CHECK(age >= 0)
);

-- 创建索引
CREATE INDEX idx_user_name ON users(name);
CREATE UNIQUE INDEX idx_user_email ON users(email);

-- 创建视图
CREATE VIEW active_users AS 
SELECT * FROM users WHERE age >= 18;

-- 删除表/视图/索引
DROP TABLE users;
DROP VIEW active_users;
DROP INDEX idx_user_name;

数据操纵语言 (DML)

-- 插入数据
INSERT INTO users (name, email, age) 
VALUES ('张三', '[email protected]', 25);

-- 查询数据
SELECT * FROM users WHERE age > 20;

-- 更新数据
UPDATE users SET age = 26 WHERE name = '张三';

-- 删除数据
DELETE FROM users WHERE age < 18;
TRUNCATE TABLE users;  -- 快速清空表数据

数据控制语言 (DCL)

-- 用户管理
CREATE USER 'test_user' IDENTIFIED BY 'password';
DROP USER 'test_user';

-- 权限管理
GRANT SELECT, INSERT ON users TO 'test_user';
REVOKE INSERT ON users FROM 'test_user';

-- 查看权限
SHOW PRIVILEGES test_user;

事务控制

-- 事务操作
BEGIN;
UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1;
UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE id = 2;
COMMIT;

-- 设置隔离级别和自动提交
SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED;
SET AUTOCOMMIT = 0;

-- 查看事务状态
SHOW TRANSACTION STATUS;
SHOW AUTOCOMMIT;
SHOW ISOLATION LEVEL;

Shell命令帮助

系统命令

tables                         # 列出所有表
describe <table>               # 查看表结构
show <table>                   # 查看表数据
indexes [table_name]           # 查看索引信息
views                          # 列出所有视图
triggers                       # 列出所有触发器
stats                          # 显示数据库统计信息
users                          # 列出所有用户
whoami                         # 显示当前用户

会话管理

\session list                  # 列出所有会话
\session new                   # 新建会话
\session use <id>              # 切换会话
\session info                  # 显示当前会话信息

演示命令

demo views                     # 运行视图演示
demo constraints               # 运行约束演示
demo transactions              # 运行事务演示

日志命令

log level <LEVEL>              # 设置日志级别
log stats                      # 显示日志统计
cache stats                    # 显示缓存统计

支持的数据类型

类型	描述	示例
INTEGER	32位整数	123
BIGINT	64位整数	123456789012345
TINYINT	8位整数	255
FLOAT	浮点数	3.14159
DECIMAL(p,s)	精确小数	DECIMAL(10,2)
BOOLEAN	布尔值	TRUE, FALSE
CHAR(n)	定长字符串	CHAR(10)
VARCHAR(n)	变长字符串	VARCHAR(255)
TEXT	长文本	大段文本内容
DATE	日期	'2023-12-25'
TIME	时间	'14:30:00'
DATETIME	日期时间	'2023-12-25 14:30:00'

智能补全特性

SQL补全功能

• 关键字补全 - SELECT, INSERT, UPDATE, DELETE等
• 表名补全 - 自动提示已存在的表名
• 列名补全 - 基于表结构的列名提示
• 函数名补全 - COUNT, SUM, AVG等聚合函数

使用示例

-- 输入 "SEL" 后按Tab，自动补全为 "SELECT"
-- 输入 "FROM us" 后按Tab，自动补全为 "FROM users"
-- 在WHERE子句中会提示相应表的列名

事务管理特性

支持的隔离级别

• READ UNCOMMITTED - 读未提交（最低隔离级别）
• READ COMMITTED - 读已提交（默认隔离级别）
• REPEATABLE READ - 可重复读（快照隔离）
• SERIALIZABLE - 串行化（最高隔离级别）

事务控制命令

-- 基本事务操作
BEGIN | START TRANSACTION;
COMMIT;
ROLLBACK;

-- 自动提交控制
SET AUTOCOMMIT = 0|1;
SHOW AUTOCOMMIT;

-- 隔离级别设置
SET SESSION TRANSACTION ISOLATION LEVEL READ COMMITTED;
SHOW ISOLATION LEVEL;

-- 事务状态查看
SHOW TRANSACTION STATUS;

Web界面特性

现代化设计

• 响应式布局，适配桌面和移动设备
• 现代配色方案和字体设计
• 直观的标签页式管理界面

实时交互

• SQL编辑器支持语法高亮
• Ctrl+Enter快速执行SQL
• 实时显示执行结果和错误信息
• 事务状态和会话信息实时更新

完整功能

• 表数据浏览和编辑
• 索引和视图管理
• 用户权限管理
• 查询历史记录
• 数据库统计信息

性能特性

• B+树索引 - O(log n)的查询复杂度
• LRU缓存 - 智能页面缓存，减少磁盘I/O
• 查询优化 - 基于成本的执行计划生成
• 批量操作 - 支持批量插入和更新
• 分页查询 - 高效的大数据集处理

开发与扩展

添加新的数据类型

在catalog/data_types.py中扩展DataType枚举和相应的验证逻辑。

扩展SQL语法

1. 在sql/lexer.py中添加新的Token类型
2. 在sql/parser.py中扩展语法规则
3. 在sql/executor.py中实现执行逻辑

自定义存储格式

继承storage/record_manager.py中的RecordManager类，实现自定义的序列化逻辑。

许可证

本项目采用MIT许可证 - 查看LICENSE文件了解详情。

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