數據庫基礎
本章導航：
- 了解什么是數據庫
- 掌握什么是表、數據類型和主鍵
- 熟悉數據庫的技術構成
- 熟悉什么是 MySQL
- 掌握常見的 MySQL 工具
- 了解如何學習 MySQL
數據庫由一批數據構成有序的集合，這些數據被存放在結構化的數據表里。數據表之間相互關聯，反映了客觀事物間的本質聯系。
數據庫系統提供對數據的安全控制和完整性控制。
1.1、什么是數據庫
數據庫的概念誕生於 60 年前，隨着信息技術和市場的快速發展，數據庫技術層出不窮，隨着應用的擴展和深入，數據庫的數量和規模越來也大，其誕生和發展給計算機信息管理帶來了一場巨大的革命。
數據庫的發展大致划分為如下幾個階段：人工管理階段、文件系統階段、數據庫系統階段、高級數據庫階段。其種類大概有 3 種：層次式數據庫、網絡式數據庫和關系型數據庫。不同種類的數據庫按不同的數據結構來聯系和組織。
對於數據庫的概念，沒有一個完全固定的定義，隨着數據庫歷史的發展，定義的內容也有很大的差異，其中一種比較普遍的觀點認為，數據庫（DataBase，DB）是一個長期存儲在計算機內的、有組織的、有共享的、統一管理的數據集合。它是一個按數據結構來存儲和管理的計算機軟件系統。數據庫包含兩層含義：保管數據的“倉庫”，以及數據管理的方法和技術。
數據庫的特點是：實現數據共享，減少數據冗余；采用特定的數據類型；具有較高的數據獨立性；具有統一的數據控制功能。
1.2、表
在關系數據庫中，數據庫表示一系列二維數組的集合，用來存儲和操作數據的邏輯結構。它由縱向的列和橫向的行組成。行被稱為記錄，是組織數據的單位；列被稱為字段，每一列表示記錄的一個屬性，有相應的描述信息，如數據類型、數據寬度等。
例如，一個有關作者信息的名為 authors 的表中，每列包含作者某個特定類型的信息，比如 "姓名"，而每行則包含了某個特定作者的所有信息（編號、姓名、性別、專業）：
1.3、數據類型
數據類型決定了數據在計算機中的存儲格式，代表不同的信息類型。常用的數據類型有整數數據類型、浮點數數據類型、精確小數類型、二進制數據類型、日期/時間數據類型、字符串數據類型。
表中的每一個字段就是某種指定數據類型。比如圖中 "編號" 字段為整數數據，"性別" 字段為字符型數據。
1.4 主鍵
主鍵（Primary Key）又稱主碼，用於唯一地標識表中的每一條記錄。可以定義表中的一列或多列為主鍵，主鍵列上既不能有兩行相同的值，也不能為空值。假如，定義 authors 表，該表給每一個作者分配一個 "作者編號"，該編號作為數據表的主鍵。如果出現相同的值，將提示錯誤，系統不能確定查詢的究竟是哪一條記錄；如果把作者的 “姓名” 作為主鍵，則不能出現重復的名字，這與現實中的情況不符，因此 "姓名" 字段不適合作為主鍵。
2.1 數據庫技術構成
數據庫系統由硬件部分和軟件部分共同構成。硬件主要用於存儲數據庫中的數據，包括計算機、存儲設備等。軟件部分主要包括 DBMS、支持 DBMS 運行的操作系統，以及支持多種語言進行應用開發的訪問技術等。
數據庫系統有 3 個主要的組成部分：
- 數據庫：用於存儲數據的地方。
- 數據庫管理系統：用於管理數據庫的軟件。
- 數據庫應用程序：為了提高數據庫系統的處理能力所使用的管理數據庫軟件補充。
數據庫系統（Database System）提供了一個存儲空間，用以存儲各種數據，可以將數據視為一個存儲數據的容器。一個數據庫可能包含許多文件，一個數據庫系統中通常包含許多數據庫。
數據庫管理系統（Database Management System，DBMS）是用戶創建、管理和維護數據庫時候所使用的軟件，位於用戶與操作系統之間，對數據庫進行統一管理。DBMS 能定義數據存儲結構，提供數據的操作機制，維護數據庫的安全性、完整性和可靠性。
數據庫應用程序（DatatBaseApplication）雖然已經有了 DBMS，但是在很多情況下，DBMS 無法滿足對數據管理的要求。數據庫應用程序的使用可以滿足對數據管理的更高要求，還可以使數據管理過程更加直觀和友好。數據庫應用程序負責與 DBMS 進行通信，訪問和管理 DBMS 中存儲的數據，允許用戶插入、修改、刪除 DB 中的數據。
數據庫系統如下圖所示：
2.2 SQL語言
對數據庫進行查詢和修改操作的語言叫做 SQL。SQL 的含義是結構化查詢語言（Structured Query Language）。SQL 有許多不同的類型，有 3 個主要的標准：ANSI（美國國家標准機構）SQL；對 ANSI SQL 修改后在 1992 年采納的標准，成為 SQL-92 或 SQL2；最近的 SQL-99 標准，從 SQL2 擴充而來，並增加了對象關系特征和許多其他新功能。各大數據庫廠商提供不同版本的 SQL，這些版本的 SQL 不但能包括原始的 ANSI 標准，而且在很大程度上支持 SQL-92 標准。
SQL 語言包含以下 4 部分：
（1）數據定義語言（DDL）：DROP、CREATE、ALTER 等語句。
（2）數據操作語言（DML）：INSERT(插入)、UPDATE(修改)、DELETE(刪除) 語句。
（3）數據查詢語言（DQL）：SELECT 語句。
（4）數據控制語言（DCL）：GRANT、REVOKE、COMMIT、ROLLABCK 等語句。
2.3 數據庫訪問接口
不同的程序設計語言會有各自不同的數據庫訪問接口，程序語言通過這些幾口執行 SQL 語句，進行數據庫管理。主要的數據庫訪問接口有 ODBC、JDBC、ADO.NET 和 PDO。
1、ODBC
ODBC（Open Database Connectivity，開放數據庫連接）技術為訪問不同的 SQL 數據庫提供了一個共同的接口。ODBC 使用 SQL 作為訪問數據的標准。這一接口提供了最大限度的互操作性：一個應用程序可以通過共同的一組代碼訪問不同的 SQL 數據庫管理系統（DBMS）。
2、JDBC
JDBC（Java Data Base Connectivity，Java 數據庫連接）用於 Java 應用程序連接數據庫的標准方法，是一種用於執行 SQL 語句的 Java API，可以為多種關系數據庫提供統一訪問，由一組用 JAVA 語言編寫的類和接口組成。
3、ADO.NET
ADO.NET 是微軟在 .NET 框架下開發設計的一組用於和數據源進行交互的面向對象類庫。
4、PDO
PID（PHP Data Object）為PHP 訪問數據庫定義了一個輕量級的、一致性的接口，提供了一個數據訪問抽象層。這樣，無論使用什么數據庫，都可以通過一致的函數執行查詢和獲取數據。
針對不同的程序語言，在 MySQL 提供了不同數據庫訪問連接驅動，讀者可以在下載頁面（https://dev/MySQL.com/downloads/）下載相關驅動。
3.1 什么是 MySQL
MySQL 是一個小型關系數據庫管理系統。與其他大型數據庫管理系統（例如 Oracle、DB2、SQL Server 等）相比，MySQL 規模小、功能有限，但是它體積小、速度快、成本低，並且提供的功能對稍微復雜的應用來說已經夠用，這些特性使得 MySQL 成為世界上最受歡迎的開放源代碼數據庫。
3.2 客戶端/服務器軟件
主從式架構（Client-Server Model）或客戶端/服務器（Client/Server）結構（簡稱 C/S 結構），是一種網絡架構，通常在該網絡架構下的軟件可分為客戶端（Client）和服務器（Server）。
3.3 MySQL 版本
針對不同用戶，MySQL 分為兩個不同的版本：
-
- MySQL Community Server（社區版服務器）：該版本完全免費，但是官方不提供技術支持。
- MySQL Enterprise Server（企業版服務器）：能夠以很高的性價比為企業提供數據倉庫應用，支持 ACID 事務處理，提供完成的提交、回滾、崩潰恢復和行級鎖定功能。但是該版本需要付費使用，官方提供電話技術支持。
- MySQL Cluster 主要用於架設集群服務器，需要在社區版或企業版基礎上使用。
MySQL 的命名機制由 3 個數字和 1 個后綴組成，例如：MySQL-8.0.13 版本。
（1）第 1 個數字（8）是主版本號，描述了文件格式，所有版本 8 的發行版都有相同的文件格式。
（2）第 2個數字（0）是發行級別，主版本號和發行級別組合在一起便構成了發行序列號。
（3）第 3 個數字（13）是在此發行系列的版本號，隨每次新分發版本遞增。通常選擇已經發行的最新版本。
在 MySQL 開發過程中，同時存在多個發布系列，每個發布處在成熟度的不同階段。
（1）MySQL 8.0 是最新開發的穩定（GA）發布系列，是將執行新功能的系列，目前已經可以正常使用。
（2）MySQL 8.0 是比較穩定(GA)發布系列。只針對漏洞修復重新發布，沒有增加會影響穩定性的新功能。
（3）MySQL 5.7 是前一穩定（產品質量）發布系列。只針對嚴重漏洞修復和安全修復重新發布，沒有增加會影響該系列的重要功能。
3.4 MySQL 的優勢
（1）速度：運行速度快。
（2）價格：MySQL 對多數個人來說是免費的。
（3）容易使用：與其他大型數據庫的設置和管理相比，其復雜程度較低，易於學習。
（4）可移植性：能夠工作在眾多不同的系統平台上，例如 Linux、Windows、mac 等。
（5）豐富的接口：提供了用於 C、C++、Java、Python、Ruby等語言的API。
（6）支持查詢語言：MySQL 可以利用標准 SQL 語法和支持 ODBC 的應用程序。
（7）安全性和連接性：十分靈活和安全的權限和密碼系統，允許基於主機的驗證。連接到服務器時，所有的密碼傳輸均采用加密形式，從而保證了密碼安全。由於 MySQL 是網絡化的，因此可以在因特網上的任何地方訪問，提高數據共享的效率。
4.1 MySQL 工具
MySQL 數據庫管理系統提供了許多命令行工具，這些工具可以用來管理 MySQL 服務器、對數據庫進行訪問控制、管理 MySQL 用戶以及數據庫備份和恢復工具等。
MySQL 命令行使用程序：
MySQL 服務器端實用工具程序如下：
(1) mysqld：SQL 后台程序（MySQL 服務器進程）。必須在該程序運行之后，客戶端才能通過連接服務器來訪問數據庫。
(2) mysqld_safe：服務器啟動腳本。在 UNIX 和 NetWare 中推薦使用 mysqld_safe 來啟動 mysqld 服務器。mysqld_safe 增加了一些安全特性，例如當出現錯誤時重啟服務器並向錯誤日志文件寫入運行時間信息。
(3) mysql.server：服務器啟動腳本。該腳本用於使用包含為特定級別的、運行啟動服務的腳本的、運行目錄的系統。它調用 mysqld_safe 來啟動 MySQL 服務器。
(4) mysql_multi：服務器啟動腳本，可以啟動或停止系統上安裝的多個服務器。
(5) myisamchk：用來描述、檢查、優化和維護 MyISAM 表的實用工具。
(6) mysqlbug：MySQL 缺陷報告腳本。它可以用來向 MySQL 郵件系統發送缺陷報告。
(7) mysql_install_db：該腳本用默認權限創建 MySQL 授權表。通常只是在系統上首次安全 MySQL 時執行一次。
MySQL 客戶端實用工具程序如下：
(1) myisampack：壓縮 MyISAM 表，以產生更小的只讀表的一個工具。
(2) mysql：交互式輸入 SQL 語句或從文件以批處理模式執行它們的命令行工具。
(3) mysqlaccess：檢查訪問主機名、用戶名和數據庫組合的權限的腳本。
(4) mysqladmin：執行管理操作的客戶程序，例如創建和刪除數據庫、重載授權表、將表刷新到硬盤上以及重新打開日志文件。mysqladmin 還可以用來檢索版本、進程，以及服務器的狀態信息。
(5) mysqlbinlog：從二進制日志讀取語句的工具。在二進制日志文件中包含執行過的語句，可用來幫助系統從崩潰中恢復。
(6) mysqlcheck：檢查、修復、分析以及優化表的表維護客戶程序。
(7) mysqldump：將 MySQL 數據庫轉儲到一個文件（例如 SQL 語句或 tab 分隔符文本文件）的客戶程序。
(8) mysqlhotcopy：當服務器在運行時，快速備份 MyISAM 或 ISAM 表的工具。
(9) mysqlimport：使用 LOAD DATA INFILE 將文本文件導入相關表的客戶程序。
(10) mysqlshow：顯示數據庫、表、列以及索引相關信息的客戶程序。
(11) perror：顯示系統或 MySQL 錯誤代碼含義的工具。
4.2 MySQL Workbench
MySQL Workbench 是下一代可視化數據庫設計軟件，為數據庫管理員和開發人員提供了一整套可視化數據庫操作環境，主要功能有：
- 數據庫設計和模型建立。
- SQL 開發（取代 MySQL Query Browser）。
- 數據庫管理（取代 MySQL Administrator）。
MySQL Workbench 有兩個版本：
- MySQL Workbench Community Edition（也叫 MySQL Workbench OSS，社區版），是在 GPL 證書下發布的開源社區版本。
- MySQL Workbench Standard Edition（也叫 MySQL Workbench SE，商業版），是按年收費的商業版本。
5.1 如何學習 MySQL
官網yyds（https://www.mysql.com/）