关系数据库概述

因为应用程序需要保存用户的数据,比如Word需要把用户文档保存起来,以便下次继续编辑或者拷贝到另一台电脑。

要保存用户的数据,一个最简单的方法是把用户数据写入文件。例如,要保存一个班级所有学生的信息,可以向文件中写入一个CSV文件:

如果要保存学校所有班级的信息,可以写入另一个CSV文件。

但是,随着应用程序的功能越来越复杂,数据量越来越大,如何管理这些数据就成了大问题:

  • 读写文件并解析出数据需要大量重复代码;
  • 从成千上万的数据中快速查询出指定数据需要复杂的逻辑。

如果每个应用程序都各自写自己的读写数据的代码,一方面效率低,容易出错,另一方面,每个应用程序访问数据的接口都不相同,数据难以复用。

所以,数据库作为一种专门管理数据的软件就出现了。应用程序不需要自己管理数据,而是通过数据库软件提供的接口来读写数据。至于数据本身如何存储到文件,那是数据库软件的事情,应用程序自己并不关心:

这样一来,编写应用程序的时候,数据读写的功能就被大大地简化了。

数据库按照数据结构来组织、存储和管理数据,实际上,数据库一共有三种模型:

  • 层次模型
  • 关系模型

层次模型就是以“上下级”的层次关系来组织数据的一种方式,层次模型的数据结构看起来就像一颗树:

网状模型把每个数据节点和其他很多节点都连接起来,它的数据结构看起来就像很多城市之间的路网:

关系模型把数据看作是一个二维表格,任何数据都可以通过行号+列号来唯一确定,它的数据模型看起来就是一个Excel表:

为什么关系数据库获得了最广泛的应用?

因为相比层次模型和网状模型,关系模型理解和使用起来最简单。

关系数据库的关系模型是基于数学理论建立的。我们把域(Domain)定义为一组具有相同数据类型的值的集合,给定一组域D1,D2,…,Dn,它们的笛卡尔集定义为D1×D2×……×Dn={(d1,d2,…,dn)|di∈Di,i=1,2,…,n},而D1×D2×……×Dn的子集叫作在域D1,D2,…,Dn上的关系,表示为R(D1,D2,…,Dn),这里的R表示$#%&^@!&$#;!~%¥%:(……算了,根本讲不明白,大家也不用理解。

基于数学理论的关系模型虽然讲起来挺复杂,但是,基于日常生活的关系模型却十分容易理解。我们以学校班级为例,一个班级的学生就可以用一个表格存起来,并且定义如下:

其中,班级ID对应着另一个班级表:

通过给定一个班级名称,可以查到一条班级记录,根据班级ID,又可以查到多条学生记录,这样,二维表之间就通过ID映射建立了“一对多”关系。

数据类型

对于一个关系表,除了定义每一列的名称外,还需要定义每一列的数据类型。关系数据库支持的标准数据类型包括数值、字符串、时间等:

上面的表中列举了最常用的数据类型。很多数据类型还有别名,例如,又可以写成FLOAT(24)。还有一些不常用的数据类型,例如,(范围在0~255)。各数据库厂商还会支持特定的数据类型,例如JSON

选择数据类型的时候,要根据业务规则选择合适的类型。通常来说,能满足整数存储的需求,VARCHAR(N)能满足字符串存储的需求,这两种类型是使用最广泛的。

目前,主流的关系数据库主要分为以下几类:

  • 商用数据库,例如:Oracle,,DB2等;
  • 开源数据库,例如:,PostgreSQL等;
  • 桌面数据库,以微软为代表,适合桌面应用程序使用;

SQL

什么是SQL?SQL是结构化查询语言的缩写,用来访问和操作数据库系统。SQL语句既可以查询数据库中的数据,也可以添加、更新和删除数据库中的数据,还可以对数据库进行管理和维护操作。不同的数据库,都支持SQL,这样,我们通过学习SQL这一种语言,就可以操作各种不同的数据库。

现实情况是,如果我们只使用标准SQL的核心功能,那么所有数据库通常都可以执行。不常用的SQL功能,不同的数据库支持的程度都不一样。而各个数据库支持的各自扩展的功能,通常我们把它们称之为“方言”。

总的来说,SQL语言定义了这么几种操作数据库的能力:

DDL:Data Definition Language

DDL允许用户定义数据,也就是创建表、删除表、修改表结构这些操作。通常,DDL由数据库管理员执行。

DML:Data Manipulation Language

DML为用户提供添加、删除、更新数据的能力,这些是应用程序对数据库的日常操作。

DQL:Data Query Language

DQL允许用户查询数据,这也是通常最频繁的数据库日常操作。

SQL语言关键字不区分大小写!!!但是,针对不同的数据库,对于表名和列名,有的数据库区分大小写,有的数据库不区分大小写。同一个数据库,有的在Linux上区分大小写,有的在Windows上不区分大小写。

所以,本教程约定:SQL关键字总是大写,以示突出,表名和列名均使用小写。

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