第01章_數(shù)據(jù)庫概述

1.1為什么要使用數(shù)據(jù)庫

• 持久化（persistence）：把數(shù)據(jù)庫保存到可掉電式存儲設備中以供以后使用。大多數(shù)情況下，特別是企業(yè)級應用，數(shù)據(jù)持久化意味著將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)保存到硬盤上加以“固化”，而持久化的實現(xiàn)過程大多數(shù)通過各種關系數(shù)據(jù)庫來完成。
• 持久化的主要作用是將內(nèi)存中的數(shù)據(jù)在關系型數(shù)據(jù)庫中，當然也可以存儲在磁盤文件，XML數(shù)據(jù)文件中。

在內(nèi)存中使用高電平，低電平表示1和0，一旦斷電，內(nèi)存中的數(shù)據(jù)就會丟失。

生活中的例子：

QQ注冊，登陸后，清除掉軟件進程，可以直接登錄，不需要再次注冊。顯然，祖冊后，你的登錄賬號數(shù)據(jù)就被做了持久化。

斷網(wǎng)后，你也可以對有的數(shù)據(jù)進行訪問（看到加載的聊天記錄），也說明對數(shù)據(jù)做了持久化。

2.數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

2.1數(shù)據(jù)庫的相關概念

DB：數(shù)據(jù)庫（Database）

? 即存儲數(shù)據(jù)的”倉庫“，其本質(zhì)是一個文件系統(tǒng)。它保存了一系列有組織的數(shù)據(jù)。

DBMS：數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（Database Management System）

? 是一種操縱和管理數(shù)據(jù)庫的大型軟件，用于建立、使用和維護數(shù)據(jù)庫，對數(shù)據(jù)庫進行統(tǒng)一管理和控制。用戶通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)訪問數(shù)據(jù)庫中表格內(nèi)的數(shù)據(jù)。

SQL：結構化查詢語言（Structure Query Language）

? 專門用來與數(shù)據(jù)庫通信的語言。

2.2數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的關系

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）可以管理多個數(shù)據(jù)庫，一般開發(fā)人員會針對每一個應用創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)庫。為保存應用中實體的數(shù)據(jù)，一i版會在數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建多個表，以保存程序中實體用戶的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫和表的關系如圖所示：

2.3常見的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)排名（DMS）

目前互聯(lián)網(wǎng)上常見的數(shù)據(jù)庫管理軟件有Oracle，MySQL，MS SQL Server，DB2，PostgreSQL，Access，Sybase，Informix這幾種。一下是20210年DB-Engines Ranking對各數(shù)據(jù)庫受歡迎程度進行調(diào)查后的統(tǒng)計結果：（查看數(shù)據(jù)庫最新排名：http://db-engines.com/en/ranking）

對應的走勢圖：（https://db-engines.com/en/ranking_trend）

2.4常見的數(shù)據(jù)庫介紹

Oracle

1979年，Oracle 2誕生，他是第一個商用的RDBMS（關系型數(shù)據(jù)庫管理體統(tǒng)）。隨著Oracle軟件的名氣越來越大，公司也改名叫Oracle公司。

2007年，總計85億美元收購BEA Systems。

2009年，總計74億美元收購SUN，此前的2008年，SUN公司以10億美元收購MySQL。意味著Oracle同時擁有了MySQL的管理權，至此Oracle在數(shù)據(jù)庫領域中成為絕對的領導者。

2013年，甲骨文超越IBM，成為即Microsoft后全球第二大軟件公司。

如今Oracle的年收入達到了400億美元，足以證明商用（收費）數(shù)據(jù)庫軟件的價值。

SQL Server

SQL Servcer 是微軟開發(fā)的大型商業(yè)數(shù)據(jù)庫，誕生于1989年。C#、.net等語言常使用，與WinNT完全集成，也可以很好的與Microsoft BackOffic產(chǎn)品集成。

DB2

IBM公司的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品，收費的。常應用在銀行系統(tǒng)中。

PostgreSQL

PostgreSQL的穩(wěn)定性極強，最符合SQL標準，開房源碼，具備商業(yè)及DBMS質(zhì)量。PG對數(shù)據(jù)量打的文本以及SQL處理較快。

SyBase

已經(jīng)淡出歷史舞臺。提供了一個非常專業(yè)數(shù)據(jù)建模的工具PowerDesigner。

SQLite

嵌入式的小型數(shù)據(jù)庫，應用在手機端。零配置，SQLite3不用安裝，不用配置，不用啟動，關閉或者配置數(shù)據(jù)庫實例。當系統(tǒng)崩潰后不用做任何恢復操作，在下次使用數(shù)據(jù)庫的時候自動恢復。

Informix

IBM公司出品，取自Information和Unix的結合，它是第一個被移植到Linux上的商業(yè)數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品。進運行與unix/linux平臺，命令行操作。性能較高支持集群適應于安全性要求極高的系統(tǒng)，尤其是銀行，證券系統(tǒng)的應用。

3.MySQL介紹

3.1概述

• MySQL是一個開放源代碼的關系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，由瑞典MySQL AB（創(chuàng)始人Michael Widenius）公司1995年開發(fā)，迅速成為開源數(shù)據(jù)庫的NO.1.

• 2008年被Sun收購（10億美金），2009年SUN公司被Oracle收購。Maria DB應運而生。（MySQL的常見這擔心MySQL有閉源的風險，因此常見了MySQL的認知項目Maria DB）

• MySQL 6.x版本之后分為社區(qū)版和商業(yè)版。

• MySQL是一種關聯(lián)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)保存在不同表中的，而不是將所有數(shù)據(jù)放在一個大倉庫內(nèi)，這樣就增加了速度并提高了靈活性。

• MySQL是開源的，所以你不需要支付額外的費用。

• MySQL是可以定制的，采用GPL（GUN General Public License）協(xié)議，你可以修改源代碼開開發(fā)自己de MySQL系統(tǒng)。

• MySQL支持大型的數(shù)據(jù)庫，可以處理擁有上千萬條記錄的大型數(shù)據(jù)庫。

• MySQL支持大型數(shù)據(jù)庫，支持5000萬條記錄的數(shù)據(jù)倉庫，32位系統(tǒng)表文件最大支持4 G，64位系統(tǒng) 支持最大的表文件為8 TB。

• MySQL使用標準的SQL數(shù)據(jù)語言形式

• MySQL可以允許運行多個系統(tǒng)之上，并且支持多種語言。這些變成語言包括C，C++，Python，Perl，PHP，Ruby等。

3.2MySQL發(fā)展史重大事件

? MySQL的歷史就是整個互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展史。互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務從社交領域、電商領域、再到金融領域的發(fā)展，推動者應用對數(shù)據(jù)可的需求提升，對傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫服務能力提出了挑戰(zhàn)。高并發(fā)，高可用，易維護，易擴展的需求，促進了MySQL的長足發(fā)展。

3.3關于MySQL 8.0

MySQL從5.7版主直接跳躍發(fā)布了8.0版本，可見這是一個令人興奮的里程碑版本。MySQL 8版本在功能上做了顯著的改進與增強，開發(fā)者對MySQL的源代碼進行了重構，最突出的一點就是對MySQL Optimizer優(yōu)化器進行了改進重構，不僅在速度上得到了改善，還為用戶帶來了更好的性能和更棒的體驗。

3.4Why choose MySQL？

為什么如此多的廠商要選用MySQL？大概總結的原因主要有以下幾點？

1. 開放源代碼，使用成本低
2. 性能能卓越，服務穩(wěn)定。
3. 軟件體積小，使用簡單，并且易于維護。
4. 歷史悠久，社區(qū)用戶非常活躍，遇到問題可以尋求幫助。
5. 許多互聯(lián)網(wǎng)公司在用，經(jīng)過了時間的驗證。

3.5Oracle VS MySQL

? Oracle更適合大型跨國企業(yè)的使用，因為他們對費用不敏感，但是對性能要求以及安全性有更高的要求。

? MySQL由于其體積小，速度快，總體擁有成本低，可處理上千萬條記錄的大型數(shù)據(jù)庫，尤其是開房源碼這一特點，是的互聯(lián)網(wǎng)公司，中小型網(wǎng)站選擇了MySQL作為網(wǎng)站數(shù)據(jù)庫（Facebook，Twitter，You Tube，阿里巴巴/螞蟻金服，去哪兒，美團外賣，騰訊）。

4.RDBMS和非RDBMS

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? 從排名中我們 能看出來，關系型數(shù)據(jù)庫絕對是DBMS的主流，其中使用最多的是DBMS分別是Oracle、MySQL和SQL Server。這些都是關系型數(shù)據(jù)庫（RDBMS）。

4.1關系型數(shù)據(jù)庫（RDBMS）

4.1.1實質(zhì)

• 這種類型的數(shù)據(jù)是最古老的數(shù)據(jù)庫類型，關系型熟即可模型是把復雜的數(shù)據(jù)結構歸結為簡單的二元關系（即二維表格數(shù)據(jù)形式）。

• 關系性數(shù)據(jù)庫以行（row）和列（column）的形式存儲數(shù)據(jù)，以便于用戶理解。這一塊系列的行和列被稱為表（table），一組表組成了一個庫（database）。

  例子：

• 表和表之間的數(shù)據(jù)記錄有關系（relationship）。實現(xiàn)世界中的各種實體以及實體之間的各種聯(lián)系均用關系模型來表示。關系型數(shù)據(jù)庫，就是建立在關系模型基礎上的數(shù)據(jù)庫。

• SQL就是關系型數(shù)據(jù)庫的查詢語言。

4.1.2優(yōu)勢

• 復雜查詢

  可以用SQL語句方便的在一個表以及多個表之間做非常復雜的數(shù)據(jù)查詢。

• 事務支持

  使得對于安全性能很高得數(shù)據(jù)訪問要求得以實現(xiàn)。

4.2非關系型數(shù)據(jù)庫（非RDBMS）

4.2.1介紹

? 非關系型數(shù)據(jù)庫，可以看成傳統(tǒng)關系型數(shù)據(jù)庫的閹割版本，基于鍵值對存儲數(shù)據(jù)，不需要經(jīng)過SQL層的解析，性能非常高。同時，通過減少不常用的功能，進一步提高性能。

? 目前基本上大部分主流的非關系型數(shù)據(jù)庫都是免費的。

4.2.2有哪些非關系型數(shù)據(jù)庫

? 相比于SQL，NoSQL泛指非關系型數(shù)據(jù)庫，包括了榜單上的簡直數(shù)據(jù)庫、文檔型數(shù)據(jù)庫、搜索引擎和列存儲等，除此之外還包括圖形數(shù)據(jù)庫，也只有用NoSQL一詞才能將這些技術囊括進來。

鍵值型數(shù)據(jù)庫

? 鍵值型數(shù)據(jù)庫通過Key-Value鍵值的方式來存儲數(shù)據(jù)，其中Key和Value可以是簡單的對象，也可以是復雜的對象。Key作為唯一的標識符，有點事查找速度快，在這方面明顯優(yōu)于關系型數(shù)據(jù)庫，缺點是無法像關系型數(shù)據(jù)庫一樣使用條件過濾（比如WHERE），如果你不知道去哪里找數(shù)據(jù)，就要遍歷所有的鍵，這就會消耗大量的計算。鍵值型數(shù)據(jù)庫典型的使用場景就是作為內(nèi)存緩存。Redis是最流行的鍵值型數(shù)據(jù)庫。

文檔型數(shù)據(jù)庫

? 此類數(shù)據(jù)庫可存放并獲取文檔，可以是XML，JSON等格式。在數(shù)據(jù)庫中文檔作為梳理信息的基本單位，一個文檔就相當于一條記錄。文檔數(shù)據(jù)庫所存放文檔，就相當于建筑數(shù)據(jù)所存放的‘’值‘。MangoDB是最流行的文檔型數(shù)據(jù)庫。此外。還有CouchDB等。

搜索引擎數(shù)據(jù)庫

雖然關系型數(shù)據(jù)庫采用了索引提升檢索效率，但是針對全文索引效率卻較低。搜索引擎數(shù)據(jù)庫是應用在搜索引擎領域的數(shù)存儲形式。由于搜索引擎會爬取大量的數(shù)據(jù)，并以特定格式進行存儲，這樣在檢索的時候才能保證性能最優(yōu)。核心原理是”倒排索引“

典型產(chǎn)品：Solr、Elasticsearch，、Splunk等

列式數(shù)據(jù)庫

? 列示數(shù)據(jù)庫是相對于行式存儲的數(shù)據(jù)庫，Oracle、MySQL、SQL server等數(shù)據(jù)庫都是擦啟用的行式存儲（Row-based），而列式存儲是將數(shù)據(jù)按照列存儲到數(shù)據(jù)庫中，這樣做的好處就是可以大量降低系統(tǒng)的I/O，適合于分布式文件系統(tǒng)，不足在于功能相對有限。典型產(chǎn)品：HBase等。

? 數(shù)據(jù)庫常用的操作就是查詢操作，行式存儲要把每一行的數(shù)據(jù)都要加載到內(nèi)存中，加載了大量的冗余字段，加載到內(nèi)存中的字段越多，它占用的內(nèi)存就越多，占用的內(nèi)存越多，就意味著我們在加載的無用數(shù)據(jù)就越多，就意味著我們進行了比較多的I/O操作。

圖形數(shù)據(jù)庫

? 圖形數(shù)據(jù)庫，利用了圖這種數(shù)據(jù)結構存儲了實體（對象）之間的關系。圖形數(shù)據(jù)庫最典型的例子就是社交網(wǎng)絡中人與人的關系，數(shù)據(jù)模型主要是以節(jié)點和邊（關系）來實現(xiàn)，特點在于能高效地解決復雜的關系問題。

? 圖形數(shù)據(jù)庫，顧名思義，就是一種存儲圖形關系的數(shù)據(jù)庫。它利用了圖這種數(shù)據(jù)結構存儲了實體（對象）之間的關系。關系型數(shù)據(jù)庫用于存儲明確關系的數(shù)據(jù)，但對于復雜關系的數(shù)據(jù)存儲卻有些力不從心。如社交網(wǎng)絡中任務之間的關系，如果用關系型數(shù)據(jù)庫則非常復雜，用圖形數(shù)據(jù)庫將非常簡單。典型產(chǎn)品：Neo4J、InfoGrid等。

4.2.3非關系型數(shù)據(jù)庫的演變

? 由于SQL一直稱霸DBMS，因此許多人在思考是否有一種數(shù)據(jù)庫技術能遠離SQL，于是NoSQL誕生了。但是隨著發(fā)展卻發(fā)現(xiàn)越來越離不開SQL。到目前為止NoSQL陣營中的DBMS都會有實現(xiàn)類似的SQL的功能。下面是“NoSQL”這個名詞在不同時期的詮釋，從這些釋義的變化中可以看出NoSQL功能的演變：

1970 ： NoSQL = We have no SQL

1980 ： NoSQL = Know SQL

2000 ： NoSQL = No SQL！

2005 ： NoSQL = Not only SQL

2013 ： NoSQL = No，SQL！

? NoSQL對SQL做出了很好的補充，比如實際開發(fā)中，很多業(yè)務需求，其實并不需要完整的關系型數(shù)據(jù)庫功能，非關系型數(shù)據(jù)庫的功能就足夠使用了。這種情況下，使用性能更高，成本更低的非關系型數(shù)據(jù)庫當然是更明智的選擇。比如：日志收集，排行榜，定時器等。

4.3小結

NoSQL的分類很多，即便如此，在DBMS排名中，還是SQL陣營的比重更大，影響力前5的DBMS中有4個是關系型數(shù)據(jù)庫，而排名前20的DBMS中也有12個是關系型數(shù)據(jù)庫。所以說，掌握SQL是非常有必要的。整套課程將圍繞SQL展開。

5.關系型數(shù)據(jù)庫設計規(guī)則

• 關系型數(shù)據(jù)庫的典型數(shù)據(jù)結構就是數(shù)據(jù)表，這些數(shù)據(jù)表的組成都是結構化的（Strucked）。
• 將數(shù)據(jù)放到表中，表在放到庫中。
• 一個數(shù)據(jù)庫中可以有多個表，每個表中都有一個名字，用來表示自己。表名具有唯一性。
• 表具有一些特性，這些特性定義了數(shù)據(jù)在表中如何存儲，類四Java和Python中“類”的設計

5.1表、記錄、字段

• E-R（entity-relationship 實體聯(lián)系）模型中有三個主要的概念是：實體集、屬性、聯(lián)系集。
• 一個實體集（class）對應于數(shù)據(jù)庫中的一個表（table），一個實體（instance）則對應于數(shù)據(jù)庫中的一行（row），也稱為一條記錄（record）。一個屬性（attribute）對應于數(shù)據(jù)庫表中的一列（column），也稱為一個字段（field）。

ORM思想（object Relational Mapping）
數(shù)據(jù)庫中的一個表 <----> Java或Python中的一個類
表中的一行數(shù)據(jù) <---->  類中的一個對象（或?qū)嶓w）
表中的一個列 <---->  類中的一個字段、屬性（field）

5.2表的關聯(lián)關系

• 表與表之間的數(shù)據(jù)記錄有關系（relationship）。現(xiàn)實世界中的各種實體以及實體之間的各種聯(lián)系各種關系模型來表示。
• 四種：一對一關聯(lián)，一對多關聯(lián)，多對多關聯(lián)，自我引用。

5.2.1一對一關聯(lián)（one-to-one）

• 在實際的開房中應用不多，因為一對一可以創(chuàng)建成一張表。

• 舉例：設計學生表：學號、姓名、手機號碼、班級、系別、身份賬號、家庭住址、籍貫、緊急聯(lián)系人......

  • 拆為兩個表：兩個表的記錄是一一對應關系
  • 基礎信息表（常用信息）：學號、姓名、手機號碼、班級、系別
  • 檔案信息表（不常用信息）：學號、身份證號碼、家庭住址，籍貫，緊急聯(lián)系人、...

• 兩種建表原則

  • 外鍵唯一：主表的主鍵和從表的外鍵（唯一），形成外逐漸關系，外鍵唯一。
  • 外鍵是主鍵：主表的主鍵和從表的主鍵，形成主外鍵關系。

5.2.2一對多關系（one-to-many）

• 常見實例場景：客戶表和訂單表，分類表和商品表，部門表和員工表。

• 距離：

  • 員工表：編號、姓名、...、所屬部門
  • 部門表：編號、名稱、簡介

• 一對多建表原則：在從表（多方）創(chuàng)建一個字段，字段作為外鍵只想主表（一方）的主鍵

5.2.3多對多（many-to-many）

? 要表示多對多關系，必須創(chuàng)建第三個表，該表通常稱為聯(lián)接表，它將多對多關系劃分為兩個一對多關系。將這兩個表的主鍵都插入到第三個表中。

• 舉例1：學生-課程
  • 學生信息表：一行代表一個學生的信息（學號、姓名、手機號碼、班級、系別...）
  • 課程信息表：一行代表一個課程的信息（課程編號、授課老師、簡介...）
  • 選課信息表：一個學生可以選多門課，一門課可以被多個學生選擇

學號        課程編號
1			1001
2			1001
1			1002

• 舉例2：產(chǎn)品-訂單

  “訂單”表和”產(chǎn)品“表有一種多對多的關系，這種關系是通過于“訂單明細”表戰(zhàn)力兩個一對多關系來定義的。一個訂單可以有多個產(chǎn)品，每個產(chǎn)品可以出現(xiàn)在多個訂單中。

  • 產(chǎn)品表：”產(chǎn)品“表中的每條記錄表示一個產(chǎn)品。
  • 訂單表：”訂單“表中的每條記錄表示一個訂單
  • 訂單明細表：每個產(chǎn)品可以與”訂單“表中的多條記錄對應，即出現(xiàn)多個訂單中。一個訂單可以與”產(chǎn)品“表中的多條記錄對應。即包含多個產(chǎn)品。

• 舉例三：用戶-角色

• 多對多關系建表原則：需要創(chuàng)建第三張表，中間表中至少兩個字段，這兩個字段分別作為外鍵指向各自一方的主鍵。

5.3.4自我引用（Self reference）