SQLが第4世代言語と言われる理由とその特徴について

SQLは、コンピュータの動作を意識せずに複雑なデータ検索処理が書ける、最も普及した第4世代言語です。しかし、その分、プログラミング言語に慣れた方にとっては扱いにくく、書き方によっては処理に時間がかかることもあります。

今回は、そのようなSQLが、第4世代言語と呼ばれる理由と、言語としての特徴について紹介します。

SQLとはどんな言語なのか

プログラミング言語を学んだ方の中には、データ取得に使うSQLが難しいと感じる方が多いのではないでしょうか。SQLは、テーブルや列のデータをまとめて処理できる分、複雑な処理を簡潔に記述できます。

しかし、具体的な処理手順を記述できない分、制限が多くて使いにくいと感じる方が多いかもしれません。では、SQLとはどんな言語なのでしょうか。次からSQLの言語としての特徴について解説します。

SQLは最も普及した第4世代言語

今使われている多くのプログラミング言語は、高水準言語または第3世代言語と呼ばれます。これは、コンピュータが普及しはじめた1950年代に登場したFORTRANやCOBOLなどを指す言葉でした。

それに対して、SQLは、第4世代言語に分類されます。なお第4世代言語とは、先ほどの第3世代言語の次の世代、ということで、計算機の動作を考えずに、解決したい課題により専念できる、自然言語に近い形のプログラミング言語です。

なお、第1世代言語はCPUの命令コードそのもの、第2世代はその命令コードを人が読み易くしたニーモニックを指します。そのため、それらの言語に比べて高水準な言語にという意味であり、人が話す言語のようにプログラムが組める、という意味ではありません。

また、第4世代言語は、昔から幾つか提案されていますが、その汎用性の高さから今も使われているJavaやC++などの第3世代言語ほど普及していません。そして、そのような第4世代言語の中で、最も普及しているのがSQLです。

SQLは計算機の動作を記述できない

先ほど紹介したように、第4世代言語の特徴は、プログラムを組む際に、計算機の動作を考えなくても良い点です。そして、この計算機の動作を考えなくてもプログラムを組める点は、SQLの大きな特徴の1つです。

例えば、SQLで使われることの多いSELECT文を見てください。SELECT文では、どのテーブルから、どんな条件で、どのデータを抽出するかを記述します。しかし、どうやってデータを抽出するかといったアルゴリズムや処理フローを記述できません。

そのため、SQLでは、短い記述で高機能なデータ抽出処理を作れます。しかし、処理フローを作ることに慣れたプログラミング経験者にとっては、使いにくいと感じる点とも言えます。

SQLを使いこなすには

これまで紹介したように、SQLは、計算機の動作を考えなくても、簡単な記述で検索プログラムが組めるプログラミング言語です。

しかし、実際には、データベース管理ソフトの内部でSQLが解析され、そこから処理スケジュールを自動的に作り、それを基に動作します。そして、SQLの書き方によって、この処理スケジュールをコントロールできます。

そのため、このスケジュールの仕組みを理解していれば、効率的に動作するSQLが書けるようになり、SQLの処理速度の改善が可能です。SQLのスキルアップを目指すなら、データベース管理ソフトの内部処理についても理解してください。

SQLのSELECT文とデータ処理の関係

SQLでよく使われるの処理は、データの追加や修正、そして検索です。中でも検索機能のSELECT文は、最も多く使われる処理と言えるでしょう。しかし、SQLのSELECT文は、一般的なプログラム言語のように書かれている順に実行される訳ではありません。

次から、SELECT文に使われるステートメントと、データ処理順序について解説します。

SELECT文の記述順序

SQLは、一般的なプログラム言語と比較すると、一見シンプルだと思われるかもしれません。しかし、1つの文に記述できるステートメントの数が多く、副次問い合わせを組み合わせると、かなり複雑なSQLも書けます。次に、SELECT文に記述するステートメントとその順序を紹介します。

なお、SELECT文に、上記の全てのステートメントが使われている訳ではありません。例えば、SELECTとFROM、WHEREの3つだけでも検索は可能です。上記のステートメントは、次の評価順序と比較するために、処理に影響のあるステートメントを選んで、その順序を紹介しています。

SELECT文の評価順序

先ほどSELECT文に記述するステートメントとその順序を紹介しましたが、その順序どおりに評価される訳ではありません。次に、ステートメント別のSELECT文の評価順序を紹介します。

このように、記述されている順序で評価される訳ではありません。また、評価される順序を考えずにSQLを作ってしまうと、予想したとおり動作しなかったり、検索に時間がかかることもあります。

SQLの中間データの考え方

プログラミング言語では、複数のファイルを結合して1つのファイルに書き出す場合、複数のファイルから読み込んだデータを一旦変数に格納し、計算などの処理を実施し、書き出すデータを専用の変数に格納して、それをファイルに書き出すのが一般的です。

これはSQLでも同じです。例えば、複数のテーブルを結合するケースでは、内部で処理するための一時的なテーブルを作成します。

なお、多くのデータベースは、膨大なデータを管理しており、巨大なテーブル同志の結合には、かなりの時間がかかるのが普通です。そして、一時的なテーブルに関しても、そのデータの量でSQLの処理時間に大きな差が生じます。

そのため、SELECT文のパフォーマンスを改善する場合、扱うデータ量に応じて、どのような中間テーブルを作れば効率的かを検討すると良いでしょう。

JOIN句とWHERE句の評価順序がポイント

先ほどのSELECT文の評価順序で解説したとおり、テーブルを結合するJOINを実行し、その後に検索条件を指定するWHEREを実行します。そのため、検索のパフォーマンスを優先するなら、JOINで結合してできるテーブルを、できるだけ小さく作るのがポイントです。

ソフトによる違いもある

データベース管理ソフトがJOIN句でテーブルを結合する場合、通常は3種類のアルゴリズムから最適な方法を選んで実行します。しかし、データベース管理ソフトによって、その実現方法が違っており、使用するソフトの差が出やすい処理です。

例えば、MySQLは、3種類のあるアルゴリズムのうち、1つしか組み込まれていません。そのため、ケースによってはかなり時間がかかります。そのため、MySQLを使う場合は、できるだけ単純な処理を繰り返すといった工夫が必要です。

エキスパートは評価エンジンに合わせたSQLを作る

先ほど、SQLは計算機の動作を考えずに、解決したい課題により専念できる、第4世代言語のプログラム言語と紹介しました。

しかし、パフォーマンスを改善するには、これまで紹介したように、SQLがどのように評価され、実行されるかに合わせて、SQLを作らなければなりません。

そのため、SQLのエキスパートと呼ばれるエンジニアは、データべース管理ソフトの評価エンジンの動作を理解しており、それに合わせてSQLを作ります。また、SQLを修正する場合も、評価エンジンの動作に合わせた修正が欠かせません。

まとめ

これまで紹介したように、SQLは、計算機の動作を考えずに複雑なデータ検索処理を短い記述で書ける、第4世代言語と呼ばれるプログラム言語です。しかし、多くのSQLは、そのパフォーマンスがよくありません。

それは、自動で処理されることで、意図せずに大量のデータが処理されているためです。そのため、SQLの書き方を工夫して扱うデータを減らすことが、SQLのパフォーマンスを改善します。

そして、SQLの書き方を工夫するには、データベース管理ソフトの内部でどのようにSQLが評価され、処理しているかを考えなければなりません。ぜひ、データベース管理ソフトの内部の特徴などを学び、スキルアップに結び付けましょう。