第01章数据库概述

news/2025/3/16 23:22:32/文章来源:https://www.cnblogs.com/kokoa/p/18775956

第01章数据库概述

1. 为什么要使用数据库

持久化 (Persistence): 把数据保存到可掉电式存储设备中以供之后使用。大多数情况下，特别是企业级应用，数据持久化意味着将内存中的数据保存到硬盘上加以“固化”，而持久化的实现过程大多通过各种关系数据库来完成。
持久化的主要作用: 将内存中的数据存储在关系型数据库中，当然也可以存储在磁盘文件、XML数据文件中。

2. 数据库与数据库管理系统

2.1 数据库的相关概念

DB (Database): 即存储数据的“仓库”，其本质是一个文件系统。它保存了一系列有组织的数据。
DBMS (Database Management System): 是一种操纵和管理数据库的大型软件，用于建立、使用和维护数据库，对数据库进行统一管理和控制。用户通过数据库管理系统访问数据库中表内的数据。
SQL (Structured Query Language): 专门用来与数据库通信的语言。

2.2 数据库与数据库管理系统的关系

数据库管理系统 (DBMS) 可以管理多个数据库，一般开发人员会针对每一个应用创建一个数据库。为保存应用中实体的数据，一般会在数据库创建多个表，以保存程序中实体用户的数据。

2.3 常见的数据库管理系统排名 (DBMS)

目前互联网上常见的数据库管理软件有 Oracle、MySQL、MS SQL Server、DB2、PostgreSQL、Access、Sybase、Informix 这几种。以下是 2021 年 DB-Engines Ranking 对各数据库受欢迎程度进行调查后的统计结果：

Oracle
MySQL
Microsoft SQL Server
PostgreSQL
MongoDB
Redis
IBM Db2
Elasticsearch
SQLite
Cassandra

2.4 常见的数据库介绍

Oracle

1979 年，Oracle 2 诞生，它是第一个商用的 RDBMS（关系型数据库管理系统）。
2007 年，总计 85 亿美金收购 BEA Systems。
2009 年，总计 74 亿美金收购 SUN。此前的 2008 年，SUN 以 10 亿美金收购 MySQL。意味着 Oracle 同时拥有了 MySQL 的管理权，至此 Oracle 在数据库领域中成为绝对的领导者。

SQL Server

SQL Server 是微软开发的大型商业数据库，诞生于 1989 年。C#、.net 等语言常使用，与 WinNT 完全集成，也可以很好地与 Microsoft BackOffice 产品集成。

DB2

IBM 公司的数据库产品，收费的。常应用在银行系统中。

PostgreSQL

PostgreSQL 的稳定性极强，最符合 SQL 标准，开放源码，具备商业级 DBMS 质量。PG 对数据量大的文本以及 SQL 处理较快。

SQLite

嵌入式的小型数据库，应用在手机端。零配置，SQLite3 不用安装，不用配置，不用启动，关闭或者配置数据库实例。当系统崩溃后不用做任何恢复操作，再下次使用数据库的时候自动恢复。

Informix

IBM 公司出品，取自 Information 和 Unix 的结合，它是第一个被移植到 Linux 上的商业数据库产品。仅运行于 unix/linux 平台，命令行操作。性能较高，支持集群，适应于安全性要求极高的系统，尤其是银行，证券系统的应用。

3. MySQL 介绍

3.1 概述

MySQL 是一个开放源代码的关系型数据库管理系统，由瑞典 MySQL AB（创始人 Michael Widenius）公司 1995 年开发，迅速成为开源数据库的 No.1。
2008 被 Sun 收购（10 亿美金），2009 年 Sun 被 Oracle 收购。MariaDB 应运而生。（MySQL 的创造者担心 MySQL 有闭源的风险，因此创建了 MySQL 的分支项目 MariaDB）
MySQL 版本之后分为社区版和商业版。
MySQL 是一种关联数据库管理系统，将数据保存在不同的表中，而不是将所有数据放在一个大仓库内，这样就增加了速度并提高了灵活性。
MySQL 是开源的，所以你不需要支付额外的费用。
MySQL 是可以定制的，采用了 GPL（GNU General Public License）协议，你可以修改源码来开发自己的 MySQL 系统。
MySQL 支持大型的数据库。可以处理拥有上千万条记录的大型数据库。
MySQL 支持大型数据库，支持 5000 万条记录的数据库仓库，32 位系统文件最大可支持 4GB，64 位系统支持最大的表文件为 8TB。
MySQL 使用标准的 SQL 数据语言形式。
MySQL 可以允许运行多个系统上，并且支持多种语言。这些编程语言包括 C、C++、Python、Java、Perl、PHP 和 Ruby 等。

3.2 MySQL 发展史重大事件

1979 年: Michael Widenius 用 BASIC 设计了一个报表工具 Unireg，这是一个简单而简单的表格的存储引擎，是存储引擎解决的服务，但不支持 SQL。
1996 年: Michael Widenius 和 David Axmark 一起协作，写出 MySQL 的第一个版本，此时还只是小范围使用，几个月后直接发布了 3.11 版本。
1999 年: MySQL 与 Sleepycat 公司合作，MySQL 提供了支持事务的 BerkeleyDB 存储引擎。后来由于这个引擎的许多问题，MySQL 5.1 以后不再被介绍到其他地方了。
2001 年: MySQL 开始集成 InnoDB 存储引擎。
2005 年: MySQL 5.0 发布，这是一个里程碑的版本，实现了许多功能特性。同年 5 月，Oracle 收购了开发 InnoDB 存储引擎的 Innobase Oy 公司，预示着不久后对 MySQL 的收购。
2009 年: Oracle 公司以 74 亿美元收购 Sun 公司，自此 MySQL 数据库进入 Oracle 时代。
2015 年: MySQL 5.6 GA 版本发布。
2016 年 9 月: MySQL 发布里程碑版本 MySQL 8.0.0。
2018 年 4 月: MySQL 8.0.11 GA 版本正式发布。

3.3 关于 MySQL 8.0

MySQL 从 5.7 版本直接跳跃发布了 8.0 版本，可见这是一个令人兴奋的里程碑版本。MySQL 8 版本在功能上做了显著的改进与增强，开发者对 MySQL 的源代码进行了重构，最突出的一点是对 MySQL Optimizer 优化器进行了改进。不仅在速度上得到了改善，还为用户带来了更好的性能和更棒的体验。

3.4 为什么选择 MySQL？

开放源代码，使用成本低。
性能卓越，服务稳定。
软件体积小，使用简单，并且易于维护。
历史悠久，社区用户非常活跃，遇到问题可以寻求帮助。
许多互联网公司在用，经过了时间的验证。

3.5 Oracle vs MySQL

Oracle: 更适合大型跨国企业的使用，因为他们对费用不敏感，但是对性能要求以及安全性有更高的要求。
MySQL: 由于其体积小、速度快、总体拥有成本低，可处理上千万条记录的大型数据库，尤其是开放源码这一特点，使得很多互联网公司、中小型网站选择了 MySQL 作为网站数据库（Facebook, Twitter, YouTube, 阿里巴巴/蚂蚁金服, 去哪儿, 美团外卖, 腾讯）。

4. RDBMS 与非 RDBMS

4.1 关系型数据库 (RDBMS)

4.1.1 实质

这种类型的数据库是最古老的数据库类型，关系型数据库模型是把复杂的数据结构归结为简单的二元关系（即二维表格形式）。
关系型数据库以行（row）和列（column）的形式存储数据，以便于用户理解。这一系列的行和列被称为表。

4.1.2 优势

复杂查询: 可以用 SQL 语句方便的在一个表以及多个表之间做非常复杂的数据查询。
事务支持: 使得对于安全性能很高的数据访问要求得以实现。

4.2 非关系型数据库 (非 RDBMS)

4.2.1 介绍

非关系型数据库，可看成传统关系型数据库的功能简化版本，基于键值对存储数据，不需要经过 SQL 层的解析，性能非常高。同时，通过减少不常用的功能，进一步提高性能。
目前基本上大部分主流的非关系型数据库都是免费的。

4.2.2 非关系型数据库的分类

键值型数据库: 通过 Key-Value 键值的方式来存储数据，其中 Key 和 Value 可以是简单的对象，也可以是复杂的对象。典型产品：Redis。
文档型数据库: 可存放并获取文档，可以是 XML、JSON 等格式。典型产品：MongoDB。
搜索引擎数据库: 应用在搜索引擎领域的数据存储形式，核心原理是“倒排索引”。典型产品：Solr、Elasticsearch。
列式数据库: 将数据按照列存储到数据库中，适合于分布式文件系统。典型产品：HBase。
图形数据库: 存储图形关系的数据库，利用图这种数据结构存储了实体（对象）之间的关系。典型产品：Neo4J。

4.2.3 NoSQL 的演变

NoSQL 对 SQL 做出了很好的补充，比如实际开发中，有很多业务需求，其实并不需要完整的关系型数据库功能，非关系型数据库的功能就足够使用了。这种情况下，使用性能更高、成本更低的非关系型数据库当然是最明显的选择。比如：日志收集、排行榜、定时器等。

4.3 小结

NoSQL 的分类很多，即便如此，在 DBMS 排名中，还是 SQL 阵营的比重更大，影响力前 5 的 DBMS 中有 4 个是关系型数据库，而排名前 20 的 DBMS 中也有 12 个是关系型数据库。所以说，掌握 SQL 是非常有必要的。

5. 关系型数据库设计规则

5.1 表、记录、字段

E-R（entity-relationship，实体-联系）模型中有三个主要概念是： 实体集、属性、 联系集。

一个实体集（class）对应于数据库中的一个表（table），

一个实体（instance）则对应于数据库表中的一行（row），也称为一条记录（record）。

一个属性（attribute）对应于数据库表中的一列（column），也称为一个字段（field）。

表 (Table): 一个数据库中可以有多个表，每个表都有一个名字，用来标识自己。表名具有唯一性。
记录 (Record): 表中的一行数据，也称为一条记录。
字段 (Field): 表中的一列数据，也称为一个字段。

ORM 思想 (Object Relational Mapping) 体现：

数据库中的一个表 <---> Java 或 Python 中的一个类

表中的一条数据 <---> 类中的一个对象（或实体）

表中的一个列 <---> 类中的一个字段、属性 (field)

5.2 表的关联关系

一对一关联 (one-to-one): 在实际的开发中应用不多，因为一对一可以创建成一张表。
- 举例：设计学生表：学号、姓名、手机号码、班级、系别、身份证号码、家庭住址、籍贯、紧急联系人、...
  - 拆为两个表：两个表的记录是一一对应关系。
  - 基础信息表（常用信息）：学号、姓名、手机号码、班级、系别
  - 档案信息表（不常用信息）：学号、身份证号码、家庭住址、籍贯、紧急联系人、...
- 两种建表原则：
  - 外键唯一：主表的主键和从表的外键（唯一），形成主外键关系，外键唯一。
  - 外键是主键：主表的主键和从表的主键，形成主外键关系。
一对多关联 (one-to-many): 常见实例场景：客户表和订单表，分类表和商品表，部门表和员工表。
- 举例：
  - 员工表：编号、姓名、...、所属部门
  - 部门表：编号、名称、简介
- 一对多建表原则：在从表(多方)创建一个字段，字段作为外键指向主表(一方)的主键
多对多关联 (many-to-many): 要表示多对多关系，必须创建第三个表，该表通常称为联接表，它将多对多关系划分为两个一对多关系。

举例1：学生-课程学生信息表：一行代表一个学生的信息（学号、姓名、手机号码、班级、系别...）
自我引用 (Self reference): 表中的某个字段引用同一表中的另一个字段。