SQLite: Возможности, Архитектура, Особенности и Примеры Реализации

SQLite — это легковесная встраиваемая база данных, которая обладает следующими возможностями:

1. Возможности SQLite

• Встроенная база данных — не требует отдельного сервера, работает как библиотека, подключаемая к приложению.

• Поддержка SQL — реализует стандарт SQL-92 с дополнительными возможностями.

• Хранение данных в одном файле — все данные (таблицы, индексы, схемы) хранятся в одном .sqlite или .db файле.

• ACID-свойства — транзакции обеспечивают атомарность, целостность, изолированность и долговечность.

• Поддержка BLOB-данных — можно хранить бинарные файлы (изображения, документы и т. д.).

• Многоплатформенность — работает на Windows, Linux, macOS, Android, iOS.

• Минимальный размер — занимает около 500 КБ встраиваемого кода.

• Поддержка индексов и триггеров — улучшает производительность и гибкость работы с данными.

• Совместимость с различными языками — доступно множество библиотек для Python, C/C++, Java, Go и других языков.

• Поддержка JSON — встроенные функции для работы с JSON-данными.

• Поддержка виртуальных таблиц — позволяет интегрировать данные из внешних источников.

• Защита с помощью шифрования (через расширения, например, SQLCipher).

---

2. Архитектура SQLite

SQLite работает как встраиваемая библиотека, без клиент-серверной архитектуры.

Компоненты архитектуры:

1. Ядро SQLite — выполняет SQL-запросы, управляет транзакциями и блокировками.

2. Парсер SQL — анализирует SQL-команды, преобразуя их во внутреннее представление.

3. Оптимизатор запросов — строит наиболее эффективные планы выполнения SQL-запросов.

4. Движок выполнения — интерпретирует и выполняет подготовленные SQL-запросы.

5. Менеджер хранилища — управляет файлами базы данных и страницами памяти.

6. Журнал транзакций — используется для обеспечения надежности и отката операций.

Файловая структура базы SQLite:
SQLite-файл содержит:

• Заголовок базы

• Таблицы и индексы

• Страницы данных

• Журнал транзакций (если включен режим WAL)

---

3. Особенности SQLite

Преимущества:

✔ Простота использования — не требует настройки сервера.
✔ Малый вес — занимает минимум места.
✔ Высокая скорость на чтение.
✔ Кроссплатформенность.
✔ Автономность (все данные в одном файле).

Ограничения:

✘ Не предназначена для высоконагруженных многопользовательских систем.
✘ Отсутствует полноценная поддержка прав пользователей.
✘ Отсутствуют фоновые процессы и управление памятью (в отличие от серверных СУБД).
✘ Одновременно только одна запись в базу (из-за блокировок на уровне файла).

---

4. Примеры реализации

Создание базы данных и таблицы

python
---

import sqlite3

# Подключение к базе данных (если файла нет, он создастся)
conn = sqlite3.connect("example.db")
cursor = conn.cursor()

# Создание таблицы
cursor.execute('''
CREATE TABLE IF NOT EXISTS users (
    id INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT,
    name TEXT NOT NULL,
    age INTEGER
)
''')

# Сохранение изменений и закрытие соединения
conn.commit()
conn.close()

---

Добавление данных

python
---

conn = sqlite3.connect("example.db")
cursor = conn.cursor()

cursor.execute("INSERT INTO users (name, age) VALUES (?, ?)", ("Иван", 30))

conn.commit()
conn.close()

---

Чтение данных

python
---

conn = sqlite3.connect("example.db")
cursor = conn.cursor()

cursor.execute("SELECT * FROM users")
rows = cursor.fetchall()

for row in rows:
    print(row)

conn.close()

---

Обновление данных

python
---

conn = sqlite3.connect("example.db")
cursor = conn.cursor()

cursor.execute("UPDATE users SET age = ? WHERE name = ?", (35, "Иван"))

conn.commit()
conn.close()

---

Удаление данных

python
---

conn = sqlite3.connect("example.db")
cursor = conn.cursor()

cursor.execute("DELETE FROM users WHERE name = ?", ("Иван",))

conn.commit()
conn.close()

---

SQLite — это мощная и удобная встраиваемая СУБД, подходящая для мобильных приложений, десктопных программ и небольших веб-систем. Она удобна для хранения локальных данных, кэша и конфигураций, но не предназначена для больших многопользовательских систем.

История версий SQLite, их отличия и особенности

SQLite развивается с начала 2000-х годов, постоянно улучшаясь и дополняясь новыми возможностями. Ниже представлен обзор ключевых версий и их особенностей.

---

1. Версия 1.x (2000—2001) — Первоначальная реализация

📌 Дата релиза: 17 августа 2000 года
📌 Основные особенности:

• Самый первый релиз SQLite.

• Минимальный набор SQL-команд: SELECT, INSERT, UPDATE, DELETE, CREATE TABLE.

• Не поддерживались индексы, транзакции, триггеры.

• Хранил данные в одном файле, что стало фирменной особенностью.

• Код был написан на C и занимал всего несколько сотен килобайт.

---

2. Версия 2.x (2001—2004) — Улучшенная совместимость и транзакции

📌 Дата релиза: 2001 год
📌 Основные улучшения:

• Введение поддержки транзакций с ACID-свойствами.

• Добавлены индексы, что улучшило производительность.

• Введена поддержка целочисленного типа PRIMARY KEY.

• Улучшена обработка SQL-запросов и поддержка JOIN.

• Появились API-функции для работы с базой через язык C.

📌 Ограничения:

• Отсутствовала поддержка ALTER TABLE.

• В некоторых случаях приходилось вручную управлять кешированием.

---

3. Версия 3.x (2004—настоящее время) — Современный стандарт

📌 Дата релиза: 18 июня 2004 года
📌 Ключевые нововведения:

• Новый формат хранения данных (не совместим с SQLite 2.x).

• Поддержка Unicode (кодировка UTF-8 и UTF-16).

• Типизация данных по столбцам, но без строгой проверки типов (динамическая типизация).

• Добавлена поддержка BLOB (бинарных данных).

• Улучшенная система индексов (включая UNIQUE и PRIMARY KEY).

• Добавлена команда ALTER TABLE (но с ограничениями).

• Поддержка TRIGGER и VIEW.

• Улучшена совместимость с SQL-стандартом.

• Значительное улучшение производительности.

---

4. Развитие SQLite 3.x (основные версии)

📌 SQLite 3.6.x (2008)

• Введен Write-Ahead Logging (WAL), обеспечивающий лучшую производительность при одновременной записи.

• Добавлена поддержка Virtual Table (виртуальных таблиц).

• Оптимизирован движок выполнения SQL.

📌 SQLite 3.7.x (2010)

• Включена поддержка WAL по умолчанию.

• Улучшена поддержка FTS (Full-Text Search).

• Введены функции управления памятью, улучшена многопоточность.

📌 SQLite 3.8.x (2013)

• Поддержка Common Table Expressions (CTE, рекурсивные запросы).

• Улучшенная оптимизация запросов.

• Введена поддержка WITHOUT ROWID для экономии памяти.

📌 SQLite 3.9.x (2015)

• Добавлена поддержка JSON1 (работа с JSON-форматом).

• Оптимизировано хранение индексов.

📌 SQLite 3.10.x (2016)

• Улучшена поддержка больших запросов (количество параметров увеличено с 999 до 32766).

📌 SQLite 3.11.x (2016)

• Оптимизирована производительность работы с VACUUM и PRAGMA.

📌 SQLite 3.18.x (2017)

• Улучшена безопасность, исправлены уязвимости.

📌 SQLite 3.25.x (2018)

• Полная поддержка ALTER TABLE ADD COLUMN.

• Добавлена поддержка UPSERT (аналог INSERT ON CONFLICT UPDATE).

📌 SQLite 3.31.x (2020)

• Введена поддержка generated columns (виртуальные столбцы, хранимые вычисления).

📌 SQLite 3.35.x (2021)

• Поддержка RETURNING в INSERT, UPDATE, DELETE.

• Введение более эффективного алгоритма сжатия индексов.

📌 SQLite 3.38.x (2022)

• Поддержка STRICT-режима для жесткой типизации столбцов.

📌 SQLite 3.41.x (2023)

• Улучшена оптимизация выполнения SQL-запросов.

• Улучшена производительность при работе с индексами.

---

5. Вывод: как менялся SQLite

• 1.x — первая реализация (без индексов, простые SQL-команды).

• 2.x — индексы, транзакции, улучшенный SQL.

• 3.x — современный формат хранения, JSON, WAL, CTE, строгая типизация, UPSERT, RETURNING.

• Постепенное улучшение производительности, безопасности, совместимости с SQL.

SQLite продолжает развиваться, сохраняя простоту и высокую производительность, оставаясь одной из самых популярных встраиваемых баз данных в мире. 🚀

​Официальный сайт SQLite: https://www.sqlite.org/.