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MySQL8.0数据库基础教程(二) - 理解"关系"

1 SQL 的哲学

形如 Linux 哲学一切都是文件,在 SQL 领域也有这样一条至理名言

一切都是关系

2 关系数据库

所谓关系数据库(Relational database)是创建在关系模型基础上的数据库,借助于集合代数等数学概念和方法来处理数据库中的数据。

现实世界中的各种实体以及实体之间的各种联系均用关系模型表示。现如今虽然对此模型有一些批评意见,但它还是数据存储的传统标准。标准数据查询语言SQL就是一种基于关系数据库的语言,这种语言执行对关系数据库中数据的检索和操作。

关系模型由关系数据结构、关系操作集合、关系完整性约束三部分组成。

2.1 数据结构

  • 表(关系Relation) 以列(值组Tuple)和行(属性Attribute)的形式组织起来的数据的集合。一个数据库包括一个或多个表(关系Relation)。例如,可能有一个有关作者信息的名为authors的表(关系Relation)。每行(属性Attribute)都包含特定类型的信息,如作者的姓氏。每列(值组Tuple)都包含有关特定作者的所有信息:姓、名、住址等等。在关系型数据库当中一个表(关系Relation)就是一个关系,一个关系数据库可以包含多个表(关系Relation)
  • 行 也称为记录(Record),代表了关系中的单个实体。
  • 列 也称为字段(Field),表示实体的某个属性。表中的每个列都有一个对应的数据类型,常见的数据类型包括字符类型、数字类型、日期时间类型等。 2.2 操作集合 关系模块中常用的操作包括:
  • 增加(Create)
  • 查询(Retrieve)
  • 更新(Update)
  • 删除(Delete)

其中,使用最多、也最复杂的操作就是数据查询,具体来说包括

  • 选择(Selection)
  • 投影(Projection)
  • 并集(Union)
  • 交集(Interp)
  • 差集(exception)
  • 笛卡儿积(Cartesian product)
  • ...

2.3 完整性约束

完整性约束包括

2.3.1 实体完整性(Entity integrity)

实体完整性(是关系模型中数据库完整性三项规则的其中之一。实体完整性这项规则要求每个数据表都必须有主键,而作为主键的所有栏位,其属性必须是独一及非空值。

在关系数据库中,唯一标识每一行数据的字段称为主键(Primary Key),主键字段不能为空。每个表有且只能有一个主键。

2.3.2 参照完整性

又称引用完整性,是数据的属性,用以表明引用的有效。参照的完整性不允许关系中有不存在的实体引用。参照完整性与实体完整性二者,皆是关系模型必须满足的完整性约束条件,其目的在于保证数据的一致性。

外键的参照完整性。

  • 外键(Foreign Key)代表了两个表之间的关联关系 比如员工属于某个部门;因此员工表中存在部门编号字段,引用了部门表中的部门编号字段。对于外键引用,被引用的数据必须存在,员工不可能属于一个不存在的部门;删除某个部门之前,也需要对部门中的员工进行相应的处理。

2.3.3 用户定义完整性

基于业务需要自定义的约束。

  • 非空约束(NOT NULL) 确保了相应的字段不会出现空值,例如员工一定要有姓名
  • 唯一约束(UNIQUE) 用于确保字段中的值不会重复,每个员工的电子邮箱必须唯一
  • 检查约束(CHECK) 可以定义更多的业务规则,例如,薪水必须大于 0 ,字符必须大写等
  • 默认值(DEFAULT) 用于向字段中插入默认的数据。

MySQL 中只有 InnoDB 存储引擎支持外键约束;MySQL 8.0.16 增加了对检查约束的支持。因此我们强大的 MySQL 支持以上所有约束。

从 MySQL 5.5 开始默认使用 InnoDB 存储引擎,支持事务处理(ACID)、行级锁定、故障恢复、多版本并发控制(MVCC)以及外键约束等

3 SQL:面向集合编程

3.1 语法特性

SQL 是一种声明性的编程语言,语法接近于自然语言(英语)。通过几个简单的英文单词,例如 SELECT、INSERT、UPDATE、CREATE、DROP 等,完成大部分的数据库操作。

  • 简单的查询示例

可以看出,SQL 简单直观。

  • 以上查询中的 SELECT、FROM 等称为关键字(也称为子句),一般大写
  • 表名、列名等内容一般小写
  • 分号(;)表示语句的结束

SQL 语句不区分大小写,但是遵循一定的规则可以让代码更容易阅读。

SQL 是一种声明式的语言,声明式语言的主要思想是告诉计算机想要什么结果(what),但不指定具体怎么做。这类语言还包括 HTML、正则表达式以及函数式编程等。

3.2 面向集合

对于 SQL 语句而言,它所操作的对象是一个集合(表),操作的结果也是一个集合(表)。例如以下查询:

SELECT emp_id, emp_name, salary
  FROM employee;

其中 employee 是一个表,它是该语句查询的对象;同时,查询的结果也是一个表。所以,我们可以继续扩展该查询:

SELECT emp_id, emp_name, salary
  FROM (
       SELECT emp_id, emp_name, salary
         FROM employee
       ) dt;

我们将括号中的查询结果(取名为 dt)作为输入值,传递给了外面的查询;最终整个语句的结果仍然是一个表。

SQL 中的查询可以完成各种数据操作,例如过滤转换、分组汇总、排序显示等;但是它们本质上都是针对表的操作,结果也是表。

不仅仅是查询语句,SQL 中的插入、更新和删除都以集合为操作对象。我们再看一个插入数据的示例:

CREATE TABLE t(id INTEGER);

-- 适用于 MySQL、SQL Server 以及 PostgreSQL
INSERT INTO t(id)
VALUES (1), (2), (3);

我们首先使用 CREATE TABLE 语句创建了一个表,然后使用 INSERT INTO 语句插入数据。在执行插入操作之前,会在内存中创建一个包含 3 条数据的临时集合(表),然后将该集合插入目标表中。由于我们通常一次插入一条数据,以为是按照数据行进行插入;实际上,一条数据也是一个集合,只不过它只有一个元素而已。

UNION ALL 是 SQL 中的并集运算,用于将两个集合组成一个更大的集合。此外,SQL 还支持交集运算(INTERSECT)、差集运算(EXCEPT)以及笛卡儿积(Cartesian product)

4 数据库案例

包含 3 个表:员工表(employee)、部门表(department)和职位表(job)。

  • 结构图,也称为实体-关系图(Entity-Relational Diagram)

5 总结 关系模型中定义了一个简单的数据结构,即关系(表),用于存储数据。SQL 是关系数据库的通用标准语言,通过声明的方式执行数据定义、数据操作、访问控制等。记住,对于 SQL,一切都是关系(表)。

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