第01章_数据库概述

1.为什么要使用数据库

防止断电丢失数据（持久化）

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。
持久化的主要作用是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

2.2 数据库与数据库管理系统的关系

DBMS管理多个DB

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。
数据库管理系统、数据库和表的关系如图所示：

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）
MySQL6.x 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5000万条记录的数据仓库，32位系统表文件最大可支持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可以允许运行于多个系统上，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 关于MySQL 8.0

性能和体验变好了

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。

4. RDBMS 与非RDBMS

4.1 关系型数据库(RDBMS)

4.1.1 实质

RDBMS把复杂的数据结构归结为简单的二元关系（表）

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(table) ，一组表组成了一个库(database)。
表与表之间的数据记录有关系(relationship)。现实世界中的各种实体以及实体之间的各种联系均用
关系模型来表示。关系型数据库，就是建立在关系模型基础上的数据库。
SQL 就是关系型数据库的查询语言。

4.1.2 优势

RDBMS优势是可以做很复杂的查询，以及安全

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

不需SQL层解析，性能非常高

非关系型数据库，可看成传统关系型数据库的功能阉割版本，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。

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
库当然是更明智的选择。比如：日志收集、排行榜、定时器等。

4.2.2 有哪些非关系型数据库 NoSQL

相比于 SQL，NoSQL 泛指非关系型数据库，包括了榜单上的键值型数据库、文档型数据库、搜索引擎和
列存储等，除此以外还包括图形数据库。也只有用 NoSQL 一词才能将这些技术囊括进来。

键值型数据库

优点：查找速度快
缺点：无法使用条件过滤
产品：Redis
场景：内存缓存

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。Key 作为唯一的标识符，优点是查找速度快，在这方面明显优于关系型数据库，缺点是无法
像关系型数据库一样使用条件过滤（比如 WHERE），如果你不知道去哪里找数据，就要遍历所有的键，
这就会消耗大量的计算。
键值型数据库典型的使用场景是作为内存缓存。Redis 是最流行的键值型数据库。

文档型数据库

产品：MongoDB

此类数据库可存放并获取文档，可以是XML、JSON等格式。在数据库中文档作为处理信息的基本单位，
一个文档就相当于一条记录。文档数据库所存放的文档，就相当于键值数据库所存放的“值”。MongoDB
是最流行的文档型数据库。此外，还有CouchDB等。

搜索引擎数据库

优点：搜索效率高

产品：Elasticsearch

虽然关系型数据库采用了索引提升检索效率，但是针对全文索引效率却较低。搜索引擎数据库是应用在
搜索引擎领域的数据存储形式，由于搜索引擎会爬取大量的数据，并以特定的格式进行存储，这样在检
索的时候才能保证性能最优。核心原理是“倒排索引”。
典型产品：Solr、Elasticsearch、Splunk 等。

列式数据库

优点：适合分布式文件系统
缺点：功能有限
产品：HBase

列式数据库是相对于行式存储的数据库，Oracle、MySQL、SQL Server 等数据库都是采用的行式存储
（Row-based），而列式数据库是将数据按照列存储到数据库中，这样做的好处是可以大量降低系统的
I/O，适合于分布式文件系统，不足在于功能相对有限。典型产品：HBase等。

图形数据库

优点：高效地解决复杂的关系

图形数据库，利用了图这种数据结构存储了实体（对象）之间的关系。图形数据库最典型的例子就是社
交网络中人与人的关系，数据模型主要是以节点和边（关系）来实现，特点在于能高效地解决复杂的关
系问题。
图形数据库顾名思义，就是一种存储图形关系的数据库。它利用了图这种数据结构存储了实体（对象）
之间的关系。关系型数据用于存储明确关系的数据，但对于复杂关系的数据存储却有些力不从心。如社
交网络中人物之间的关系，如果用关系型数据库则非常复杂，用图形数据库将非常简单。典型产品：
Neo4J、InfoGrid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。整套课程将围绕 SQL 展开。

5. 关系型数据库设计规则

关系型数据库的典型数据结构就是数据表，这些数据表的组成都是结构化的（Structured）。
将数据放到表中，表再放到库中。
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。
表具有一些特性，这些特性定义了数据在表中如何存储，类似Java和Python中 “类”的设计。

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）。

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

表与表之间的数据记录有关系(relationship)。现实世界中的各种实体以及实体之间的各种联系均用
关系模型来表示。
四种：一对一关联、一对多关联、多对多关联、自我引用

5.2.1 一对一关联（one-to-one）

可以把一张表分为两张表，需要主表的主键和从表的主键或外键关联

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。

5.2.2 一对多关系（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

一个课程有很多个学生的课程成绩，把一对多的一方的主键作为多方的外键

5.2.3 多对多（many-to-many）

要创建第三张表，这张表中需要放入其他两张表的主键作为外键

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。将这两个表的主键都插入到第三个表中。

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…）
课程信息表：一行代表一个课程的信息（课程编号、授课老师、简介…）
选课信息表：一个学生可以选多门课，一门课可以被多个学生选择

联接表

学号 	   课程编号
 1 		 1001
 2 		 1001
 1 		 1002

举例2：产品-订单

“订单”表和“产品”表有一种多对多的关系，这种关系是通过与“订单明细”表建立两个一对多关系来
定义的。一个订单可以有多个产品，每个产品可以出现在多个订单中。

产品表：“产品”表中的每条记录表示一个产品。
订单表：“订单”表中的每条记录表示一个订单。
订单明细表：每个产品可以与“订单”表中的多条记录对应，即出现在多个订单中。一个订单
可以与“产品”表中的多条记录对应，即包含多个产品。

举例3：用户-角色

多对多关系建表原则：需要创建第三张表，中间表中至少两个字段，这两个字段分别作为外键指向
各自一方的主键。

5.3.4 自我引用(Self reference)

6.练习

说说你了解的常见的数据库
Oracle、MySQl、SQL Server、DB2、PGSQL；Redis、MongoDB、ES…
谈谈你对MySQL历史、特点的理解
历史：
由瑞典的MySQL AB 公司创立，1995开发出的MySQL
2008年，MySQL被SUN公司收购
2009年，Oracle收购SUN公司，进而Oracle就获取了MySQL
2016年，MySQL8.0.0版本推出
特点：
开源的、关系型的数据库
支持千万级别数据量的存储，大型的数据库
说说你对DB、DBMS、SQL的理解
DB：database，看做是数据库文件。（类似于：.doc、.txt、.mp3、.avi、。。。）
DBMS：数据库管理系统。（类似于word工具、wps工具、记事本工具、qq影音播放器等）
MySQL数据库服务器中安装了MySQL DBMS,使用MySQL DBMS 来管理和操作DB，使用的是SQL语言。
你知道哪些非关系型数据库的类型呢？（了解）
键值型数据库：Redis
文档型数据库：MongoDB
搜索引擎数据库：ES、Solr
列式数据库：HBase
图形数据库：InfoGrid
表与表的记录之间存在哪些关联关系？
ORM思想。（了解）
表与表的记录之间的关系：一对一关系、一对多关系、多对多关系、自关联（了解）