数据库知识【第1期】-- 数据库基础

本篇是数据库系列的第1篇，数据库分为关系型数据库和非关系型数据库，今天我们先开始梳理数据库的基础部分。

1.数据管理发展阶段

数据库简单理解就是数据管理的仓库。而数据管理指的就是对各种数据进行分类、组织、编码、查询和维护，主要经历了 3 个阶段，即人工管理阶段、文件系统阶段和数据库系统阶段。每一个阶段都是以减小数据冗余、增强数据独立性和方便操作数据为目的进行发展。

数据冗余是指数据之间的重复，也可以说是同一数据存储在不同数据文件中的现象。

人工管理阶段

在计算机出现之前，人们主要利用纸张和计算工具（如算盘和计算尺）来进行数据的记录和计算，依靠大脑来管理和利用数据。也就是说，在人工管理阶段，数据主要存储在纸带、磁带等介质上，或者直接通过手工来记录。

人工管理阶段的特点如下：
- 数据不能长期保存
- 不便于查询数据
- 数据不能共享，冗余度大
- 数据不具有独立性
文件系统阶段

在 20 世纪 50 年代后期到 20 世纪 60 年代中期，计算机中的磁盘和磁鼓等直接存取设备开始普及。这时，可以将数据存储在计算机的磁盘上。这些数据都以文件的形式存储，然后通过文件系统来管理这些文件。

相对于人工管理阶段而言，文件系统使数据管理变得简单，不用再为了一个文件而翻箱倒柜的查找。但是，这些文件中的数据没有进行结构化管理，查询起来还是不方便。

文件系统阶段的特点如下：
- 数据可以长期保存
- 数据由文件系统来管理
- 数据冗余大，共享性差
- 数据独立性差
- 无法应对突发事故（文件误删，磁盘故障等）
数据库系统阶段

在 20 世纪 60 年代后期，随着网络技术的发展，计算机软/硬件的进步，出现了数据库技术，该阶段就是所谓的数据库系统阶段。

数据库系统阶段使用专门的数据库来管理数据，用户可以在数据库系统中建立数据库，然后在数据库中建立表，最后将数据存储在这些表中。用户可以直接通过数据库管理系统来查询表中的数据。

相对于文件系统来说，数据库系统实现了数据结构化。在文件系统中，独立文件内部的数据一般是有结构的，但文件之间不存在联系，因此整体来说是没有结构的。数据库系统虽然也常常分成许多单独的数据文件，但是它更注意同一数据库中各数据文件之间的相互联系。

数据库系统阶段的特点如下：

数据粒度是数据库中数据的细化程度。细化程度越高，粒度越小；细化程度越低，粒度越大。
- 数据由数据库管理系统统一管理和控制
- 数据共享性高，冗余度低
- 数据独立性强
- 数据粒度小

数据管理经历的各个阶段都有自己的背景及特点，数据管理技术也在发展中不断地完善，其 3 个阶段的比较如下表所示。

数据管理的3个阶段	人工管理（20 世纪 50 年代中期）	文件系统（50 年代末至 60 年代中期）	数据库系统（60 年代后期）
应用背景	科学计算	科学计算、管理	大规模数据、分布数据的管理
硬件背景	无直接存取存储设备	磁带、磁盘、磁鼓	大容量磁盘、可擦写光盘、按需增容磁带机等
软件背景	无专门管理的软件	利用操作系统的文件系统	由 DBMS 支撑
数据处理方式	批处理	联机实时处理、批处理	联机实时处理、批处理、分布处理
数据的管理者	用户/程序管理	文件系统代理	DBMS 管理
数据应用及其扩充	面向某一应用程序难以扩充	面向某一应用系统、不易扩充	面向多种应用系统、容易扩充
数据的共享性	无共享、冗余度极大	共享性差、冗余度大	共享性好、冗余度小
数据的独立性	数据的独立性差	物理独立性好、逻辑独立性差	具有高度的物理独立性、具有较好的逻辑独立性
数据的结构化	数据无结构	记录内有结构、整体无结构	统一数据模型、整体结构化
数据的安全性	应用程序保护	文件系统保护	由 DBMS 提供完善的安全保护

2.数据库概述

在学习数据库之前，应该先理解什么是数据。描述事物的符号称为数据。数据有多种表现形式，可以是数字，也可以是文字、图形、图像、声音、语言等。在数据库中数据表示记录，例如，在学生管理数据库中，记录学生的信息包括学号、姓名、性别、年龄、籍贯和联系电话等，这些信息就是数据。

数据库（Database）指长期存储在计算机内的、有组织的、可共享的数据集合。通俗的讲，数据库就是存储数据的地方，就像冰箱是存储食物的地方一样。数据库实际上就是一个文件集合，是一个存储数据的仓库，本质就是一个文件系统，数据库是按照特定的格式把数据存储起来，用户可以对存储的数据进行增删改查操作。

数据库管理系统（DBMS）是数据库系统的核心软件之一，是位于用户与操作系统之间的数据管理软件，用于建立，使用和维护数据库。它的主要功能包括数据定义、数据操作、数据库的运行管理、数据库的建立和维护等几个方面。

数据库有两种类型，分别是关系型数据库和非关系型数据库。

关系型数据库

关系型数据库是建立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。简单说，关系型数据库是由多张能互相连接的表组成的数据库。

优点

都是使用表结构，格式一致，易于维护。
使用通用的 SQL 语言操作，使用方便，可用于复杂查询。
数据存储在磁盘中，安全。

缺点

读写性能比较差，不能满足海量数据的高效率读写。
不节省空间。因为建立在关系模型上，就要遵循某些规则，比如数据中某字段值即使为空仍要分配空间。
固定的表结构，灵活度较低。

常见的关系型数据库有 Oracle、DB2、PostgreSQL、Microsoft SQL Server、Microsoft Access 和 MySQL 等。

非关系型数据库

非关系型数据库又被称为 NoSQL（Not Only SQL )，意为不仅仅是 SQL。通常指数据以对象的形式存储在数据库中，而对象之间的关系通过每个对象自身的属性来决定。

优点

非关系型数据库存储数据的格式可以是 key-value 形式、文档形式、图片形式等。使用灵活，应用场景广泛，而关系型数据库则只支持基础类型。
速度快，效率高。NoSQL 可以使用硬盘或者随机存储器作为载体，而关系型数据库只能使用硬盘。
海量数据的维护和处理非常轻松。
非关系型数据库具有扩展简单、高并发、高稳定性、成本低廉的优势。
可以实现数据的分布式处理。

缺点

非关系型数据库暂时不提供 SQL 支持，学习和使用成本较高。
非关系数据库没有事务处理，没有保证数据的完整性和安全性。适合处理海量数据，但是不一定安全。
功能没有关系型数据库完善。

3.MySQL概述

MySQL 是最流行的数据库之一，是一个免费开源的关系型数据库管理系统，但也不意味着该数据库是完全免费的。MySQL 由瑞典 MySQL AB 公司开发，目前属于 Oracle 公司。MySQL 适合中小型软件，被个人用户以及中小企业青睐。

针对不同的用户，MySQL 分为两个版本：

MySQL Community Server（社区版）：该版本是自由下载且完全免费的，但是官方不提供技术支持。
MySQL Enterprise Server（企业版）：该版本是收费的，而且不能下载，但是该版本拥有完善的技术支持（官方提供电话技术支持）。

MySQL 的命名机制由 3 个数字和 1 个后缀组成，例如 mysql-5.7.20：

第 1 个数字“5”是主版本号，用于描述文件的格式，所有版本 5 的发行版都有相同的文件夹格式。
第 2 个数字“7”是发行级别，主版本号和发行级别组合在一起便构成了发行序列号。
第 3 个数字“20”是在此发行系列的版本号，随每次新发行的版本递增。通常选择已经发行的最新版本。

MySQL的特点、优势

MySQL 数据库管理系统具有很多的优势，下面总结了其中几种。

MySQL 是开放源代码的数据库

MySQL 是开放源代码的数据库，任何人都可以获取该数据库的源代码。这就使得任何人都可以修正 MySQL 的缺陷，并且任何人都能以任何目的来使用该数据库。MySQL 是一款可以自由使用的数据库。
MySQL 的跨平台性

MySQL 不仅可以在 Windows 系列的操作系统上运行，还可以在 UNIX、Linux 和 Mac OS 等操作系统上运行。因为很多网站都选择 UNIX、Linux 作为网站的服务器，所以 MySQL 的跨平台性保证了其在 Web 应用方面的优势。虽然微软公司的 SQL Server 数据库是一款很优秀的商业数据库，但是其只能在 Windows 系列的操作系统上运行。因此，MySQL 数据库的跨平台性是一个很大的优势。
价格优势

MySQL 数据库是一个自由软件，任何人都可以从 MySQL 的官方网站上下载该软件，这些社区版本的 MySQL 都是免费试用的，即使是需要付费的附加功能，其价格也是很便宜的。相对于 Oracle、DB2 和 SQL Server 这些价格昂贵的商业软件，MySQL 具有绝对的价格优势。
功能强大且使用方便

MySQL 是一个真正的多用户、多线程 SQL 数据库服务器。它能够快速、有效和安全的处理大量的数据。相对于 Oracle 等数据库来说，MySQL 的使用是非常简单的。MySQL 主要目标是快速、健壮和易用。

MySQL 与常用的主流数据库 Oracle、SQL Server 相比，主要特点就是免费，并且在任何平台上都能使用，占用的空间相对较小。但是，MySQL 也有一些不足，比如对于大型项目来说，MySQL 的容量和安全性就略逊于 Oracle 数据库。

4.SQL概述

SQL 是一种操作数据库的语言，包括创建数据库、删除数据库、查询记录、修改记录、添加字段等。SQL 虽然是一种被 ANSI 标准化的语言，但是它有很多不同的实现版本。

ANSI 是 American National Standards Institute 的缩写，中文译为“美国国家标准协会”。

SQL 是 Structured Query Language 的缩写，中文译为“结构化查询语言”。SQL 是一种计算机语言，用来存储、检索和修改关系型数据库中存储的数据。

SQL 是关系型数据库的标准语言，所有的关系型数据库管理系统（RDBMS），比如 MySQL、Oracle、SQL Server、MS Access、Sybase、Informix、Postgres 等，都将 SQL 作为其标准处理语言。

此外，SQL 也有一些变种，就像中文有很多方言，比如：

微软的 SQL Server 使用 T-SQL；
Oracle 使用 PL/SQL；
微软 Access 版本的 SQL 被称为 JET SQL（本地格式）。

SQL 的用途

SQL 之所以广受欢迎，是因为它具有以下用途：

允许用户访问关系型数据库系统中的数据；
允许用户描述数据；
允许用户定义数据库中的数据，并处理该数据；
允许将 SQL 模块、库或者预处理器嵌入到其它编程语言中；
允许用户创建和删除数据库、表、数据项（记录）；
允许用户在数据库中创建视图、存储过程、函数；
允许用户设置对表、存储过程和视图的权限。

5.RDBMS关系型数据库管理系统

RDBMS 是 Relational Database Management System 的缩写，中文译为“关系数据库管理系统”，它是 SQL 语言以及所有现代数据库系统（例如 SQL Server、DB2、Oracle、MySQL 和 Microsoft Access）的基础。

RDBMS 即关系数据库管理系统(Relational Database Management System)的特点：

1.数据以表格的形式出现
2.每行为各种记录名称
3.每列为记录名称所对应的数据域
4.许多的行和列组成一张表单
5.若干的表单组成database

RDBMS 术语

RDBMS的常见术语：

数据库: 数据库是一些关联表的集合。
数据表: 表是数据的矩阵。在一个数据库中的表看起来像一个简单的电子表格。
列: 一列(数据元素) 包含了相同类型的数据, 例如邮政编码的数据。
行：一行（=元组，或记录）是一组相关的数据，例如一条用户订阅的数据。
冗余：存储两倍数据，冗余降低了性能，但提高了数据的安全性。
主键：主键是唯一的。一个数据表中只能包含一个主键。你可以使用主键来查询数据。
外键：外键用于关联两个表。
复合键：复合键（组合键）将多个列作为一个索引键，一般用于复合索引。
索引：使用索引可快速访问数据库表中的特定信息。索引是对数据库表中一列或多列的值进行排序的一种结构。类似于书籍的目录。
参照完整性: 参照的完整性要求关系中不允许引用不存在的实体。与实体完整性是关系模型必须满足的完整性约束条件，目的是保证数据的一致性。

6.常用数据库

常用数据库：

排名	数据库	类型
1	Oracle	关系型数据库
2	MySQL	关系型数据库
3	Microsoft SQL Server	关系型数据库
4	PostgreSQL	关系型数据库
5	MongoDB	文档数据库
6	IBM Db2	关系型数据库
7	Redis	键值对（Key-value）数据库
8	Elasticsearch	搜索和数据分析引擎
9	SQLite	关系型数据库
10	Microsoft Access	关系型数据库