iOSDC Japan 2026 - Swiftで作って学ぼう！データベース自作入門

Transcript

1. Swift で作って学ぼう！データベース自作入門 iOSDC Japan 2026 @kentkaseda kaseken kaseken 1
2. スライド1)・原稿2)は公開済み 1) https://speakerdeck.com/kaseken/iosdc2026 2) https://github.com/kaseken/db.swift/blob/main/docs/iosdc2026.md 2
3. データベースを “使った” ことがある人 󰢧 3
4. データベースを “作った” ことがある人 󰢨 4
5. 本日の目標 この場にいる全員に データベースの自作をトライさせること 5
6. なぜデータベースの自作をオススメするのか？ 6
7. なぜデータベースの自作をオススメするのか？ ① 技術領域によらない 7
8. なぜデータベースの自作をオススメするのか？ ② 時代によらない 8
9. 以下のプロンプトを実行！ 󰳕 > https://cstack.github.io/db_tutorial の内容をSwiftで実装してください ただし、クエリの形式はSQLに準拠してください Thanks to @cstack for this great tutorial! 9
10. AIを使うのはずるくない？🤔 10
11. これなら全員できますよね？🤗 11
12. 私の場合... チャプターごとにAIで実装 生成されたコードをレビュー 次のチャプターへ 腑に落ちるまで AIに質問 & リファクタリング Ref) https://github.com/kaseken/db.swift 12
18. こちらのやり方を紹介しました データベースを自作する！ データベースの仕組みを理解する！ 18
19. データベースを自作する！ データベースの仕組みを理解する！ これから説明 19
20. アーキテクチャ SQL SQLパーサー 命令 B+Tree データの取得・更新 ページャー データの取得・永続化 ファイル 20
21. アーキテクチャ SQL SQLパーサー 命令 B+Tree データの取得・更新 ページャー データの取得・永続化 👉 ファイル 21
22. ファイル ページ 0 ページ 1 ページ 2 ページ 3 4096バイト 22
23. ファイル ページ 0 ページ 1 ページ 2 ページ 3 レコード 0 レコード 1 レコード 2 レコード 3 23
24. ファイル ページ 0 ページ 1 ページ 2 ページ 3 レコード 0 レコード 1 レコード 2 レコード 3 カラム1 (id) カラム2 (name) カラム3 (email) 24
25. SwiftDataでもファイルに保存される 25
26. 👇 データベースのファイル 26
27. 行指向DB (e.g. MySQL) カラム ① カラム ② カラム ① カラム ② 列指向DB (e.g. BigQuery) カラム ① カラム ① カラム ① カラム ① ︙ カラム ① カラム ② カラム ① カラム ② ︙ カラム ② カラム ② カラム ② カラム ② ︙ 27
28. アーキテクチャ SQL SQLパーサー 命令 B+Tree データの取得・更新 👉 ページャー データの取得・永続化 ✅ ファイル 28
29. B+Tree ページ ページャー メモリ ディスク ページ ファイル 29
30. B+Tree ページ ページャー メモリ ページ ディスク ファイル 30
31. キャッシュ ページ 0 ページ 1 nil nil 31
32. B+Tree ページ2ください ページャー キャッシュ ページ 0 ページ 1 nil nil ページ2ください ファイル ページ 0 ページ 1 ページ 2 ページ 3 32
33. B+Tree ページ 2 ページャー キャッシュ ページ 0 ページ 1 ページ 2 nil ページ 2 ファイル ページ 0 ページ 1 ページ 2 ページ 3 33
34. B+Tree ページ 2 ページャー キャッシュ ページ 0 ページ 1 ページ 2 nil ページ 0 ページ 1 ページ 2 ページ 3 ファイル 34
35. B+Tree ページャー キャッシュ ページ 0 ページ 1 ページ 2 nil flush ファイル ページ 0 ページ 1 ページ 2 ページ 3 35
36. アーキテクチャ SQL SQLパーサー 命令 👉 B+Tree データの取得・更新 ✅ ページャー データの取得・永続化 ✅ ファイル 36
37. B+Treeは、内部ノード・リーフノードの 2種類のノードを持つ 内部ノード 内部ノード リーフノード リーフノード 内部ノード リーフノード リーフノード リーフノード 37
38. 各ノードは、一ページ分のデータを持つ リーフノード 内部ノード ？ ？ 38
39. B+Tree ページ ページャー メモリ ディスク ページ ファイル 39
40. B+Treeのノード ページ ページ ページャー メモリ ディスク ページ ファイル 40
41. 各ノードは、一ページ分のデータを持つ リーフノード 内部ノード ？ ？ 41
42. リーフノードは、レコード一覧を保持 ページ キー レコード キー レコード キー レコード 42
43. キーによってソートされている ページ 2 レコード 5 レコード 8 レコード 43
44. 内部ノードは、子ノードへのポインタとキーの最大値を保持 ページ #1 子ノード #1 #1の最大キー #2 子ノード #2 #2の最大キー #3 子ノード #3 44
45. 子ノードに含まれるキーの最大値が、親の内部ノードに保持される #1 10 #1の最大キー レコード 13 #2 レコード 17 #3 17 レコード 45
46. 子ノードに含まれるキーの最大値が、親の内部ノードに保持される #1 #1の最大キー #2 35 #3 #3に含まれる キーの最大値 #1 8 #2 17 #3 46
47. キーの最大値はソートされている #1 子ノード #1 8 #2 子ノード #2 17 #3 子ノード #3 47
48. 19 21 22 #1 17 #2 35 #3 #1 22 #2 29 #3 24 26 29 30 31 35 48
49. 子ノードに含まれるキーの最大値が、親の内部ノードに保持される 19 21 22 #1 17 #2 35 #3 #1 22 #2 29 #3 24 26 29 30 31 35 49
50. #1 8 #2 17 #3 子ノード #1 子ノード #2 子ノード #3 8以下 9以上・17以下 18以上 50
51. キーが12のレコードを検索する場合 ... #1 子ノード #1 8 #2 子ノード #2 17 #3 子ノード #3 9以上・17以下 51
52. 内部ノードは、 1ページ内で大量の子ノードを管理 ページ #1 12 #2 31 #3 47 #4 67 #5 78 #6 91 #7 103 #8 123 #9 140 #10 159 #11 171 #12 192 #13 213 #14 244 #15 265 #16 287 #17 302 #18 330 52
53. アーキテクチャ 👉 SQL SQLパーサー 命令 ✅ B+Tree データの取得・更新 ✅ ページャー データの取得・永続化 ✅ ファイル 53
54. SELECT * FROM users WHERE id = 24 SQLパーサー id = 24のレコードを検索 B+Tree 54
55. id = 24のレコードを検索 B+Tree #1 17 #2 35 #3 ルートノードのページを取得 ページャー (未キャッシュの場合) ページを取得 ファイル 55
56. id = 24のレコードを検索 B+Tree #1 17 #2 35 #3 #2に含まれる (18以上・35以下) 56
57. id = 24のレコードを検索 B+Tree #1 17 #2 35 #3 #1 22 #2 29 #3 ノードのページを取得 ページャー (未キャッシュの場合) ページを取得 ファイル 57
58. id = 24のレコードを検索 B+Tree #1 17 #2 35 #3 #1 22 #2 29 #3 #2に含まれる (23以上・29以下) 58
59. id = 24のレコードを検索 B+Tree 24 #1 17 #2 35 #3 #1 22 #2 29 #3 レコード 26 レコード 29 レコード ノードのページを取得 ページャー 59
60. id = 24のレコードを検索 B+Tree 検索結果 24 #1 17 #2 35 #3 #1 22 #2 29 #3 レコード 26 レコード 29 レコード 60
61. INSERT INTO users (id,username,email) VALUES (27,'foo','foo@example.com') SQLパーサー id = 27のレコードを追加 B+Tree 61
62. id = 27のレコードを追加 B+Tree 24 #1 17 #2 35 #3 #1 22 #2 29 #3 レコード 26 レコード 29 レコード ここに追加すべき 62
63. id = 27のレコードを追加 B+Tree 24 レコード #1 17 #2 35 #3 #1 22 #2 29 #3 26 レコード 27 レコード 29 レコード 追加された 63
64. アーキテクチャ ✅ SQL SQLパーサー 命令 ✅ B+Tree データの取得・更新 ✅ ページャー データの取得・永続化 ✅ ファイル 64
65. データベースを自作する！ データベースの仕組みを理解する！ 65
66. データベースを自作する！ データベースの仕組みを理解する！ もっと学びたい方にはCMUの講義1)がおすすめ 1) カーネギーメロン大学の有名講義『 Intro to Database Systems』を全てのプログラマに見てほしい 66
67. 皆さんへの宿題です！ データベースを自作する！ データベースの仕組みを理解する！ 67
68. ぜひDBの自作に挑戦してみてください！ > https://cstack.github.io/db_tutorial の内容をSwiftで実装してください ただし、クエリの形式はSQLに準拠してください Thanks to @cstack for this great tutorial! 68