数据库基础

一、数据库概念

1、数据库基本概念

（1）数据库(DataBase:DB)

• 数据库（database）是用来组织、存储和管理数据的仓库（文件）。
• 当今世界是一个充满着数据的互联网世界，充斥着大量的数据。数据的来源有很多，比如出行记录、消费记录、浏览的网页、发送的消息等等。除了文本类型的数据，图像、音乐、声音都是数据。

（2）数据库管理系统（Database Management System:DBMS）

• 数据库管理系统是专门用于管理数据库的计算机系统软件。
• 数据库管理系统能够为数据库提供数据的定义、建立、维护、查询和统计等操作功能，并完成对数据完整性、安全性进行控制的功能。
• ==注意：我们一般说的数据库，就是指的DBMS==

（3）管理信息系统（Management Information System：MIS）

• 是一个以人为主导，利用计算机硬件，软件、网络通信设备以及其他办公设备，进行信息的收集、传输、加工、储存、更新、拓展和维护的系统。
• 数据库管理系统DBMS是管理信息系统MIS用来存储数据的一部分。

2、数据库技术发展历程

（1）层次数据库和网状数据库技术阶段

• 使用指针来表示数据之间的联系。

（2）关系型数据库技术阶段

• 经典的里程碑阶段，代表的DBMS有：Oracle、DB2、MySQL、SQL Server、SyBase等。

（3）后关系型数据库技术阶段

• 由于关系型数据库中存在数据模型、性能、拓展伸缩性差的缺点，所以出现了ORDBMS（面向对象数据库技术），NoSQL（结构化数据库技术）。

3、常见关系型数据库

• Oracle：运行稳定，可移植性高，功能齐全，性能超群。适用于大型企业领域。
• DB2：速度快、可靠性好，适于海量数据，恢复性极强。适用于大中型企业领域。
• SQL Server：全面，效率高，界面友好，操作容易，但是不跨平台。适用于中小型企业领域。
• MySQL：开源，体积小，速度快。适用于中小型企业领域。

4、常见NoSQL数据库

• 键值存储数据库：Oracle BDB、Redis、BeansDB
• 列式储数数据库：HBase、Cassandra、Riak
• 文档型数据库：MongoDB、CouchDB
• 图形数据库：Neo4J、InfoGrid、Infinite Graph

5、关系型数据库数据组织结构

• 数据的组织结构：指的就是数据以什么样的结构进行存储。
• 传统型数据库的数据组织结构，与 Excel 中数据的组织结构比较类似。
• 因此，我们可以对比着 Excel 来了解和学习传统型数据库的数据组织结构。

（1）Excel 的数据组织结构

• 每个 Excel 中，数据的组织结构分别为工作簿、工作表、数据行、列这 4 大部分组成。
  • 整个 Excel 叫做工作簿
  • users 和 books 是工作表
  • users 工作表中有 3 行数据
  • 每行数据由 6 列信息组成
  • 每列信息都有对应的数据类型

（2）关系型数据库的数据组织结构

• 在传统型数据库中，数据的组织结构分为数据库(database)、数据表(table)、数据行(row)、字段(field)这 4 大部分组成。
  • 数据库类似于 Excel 的工作簿
  • 数据表类似于 Excel 的工作表
  • 数据行类似于 Excel 的每一行数据
  • 字段类似于 Excel 的列
  • 每个字段都有对应的数据类型

（3）实际开发中库、表、行、字段的关系

• 在实际项目开发中，一般情况下，每个项目都对应独立的数据库。
• 不同的数据，要存储到数据库的不同表中，例如：用户数据存储到 users 表中，图书数据存储到 books 表中。
• 每个表中具体存储哪些信息，由字段来决定，例如：我们可以为 users 表设计 id、username、password 这 3 个字段。
• 表中的行，代表每一条具体的数据。

6、结构化查询语言(SQL)

• Structured Query Language，即SQL，SQL是关系型数据库标准语言，其特点：简单，灵活，功能强大。SQL包含6个部分：

（1）数据查询语言（DQL）

• 数据查询语言DQL，也称为“数据检索语句”，用以从表中获得数据，确定数据怎样在应用程序给出。
• 保留字SELECT是DQL语言用得最多的动词，其他DQL常用的保留字有WHERE，ORDER BY，GROUP BY和HAVING。这些DQL保留字常与其他类型的SQL语句一起使用。

（2）数据操作语言（DML）

• 数据操作语言DML，也称为动作查询语言。用于添加，修改和删除表中的行。
• DML语句包括动词INSERT，UPDATE和DELETE。

（3）事务处理语言（TPL）

• 事务处理语言TPL，能确保被DML语句影响的表的所有行及时得以更新。
• TPL语句包括BEGIN TRANSACTION，COMMIT和ROLLBACK。

（4）数据控制语言（DCL）

• 数据控制语言DCL，通过GRANT或REVOKE获得许可，确定单个用户和用户组对数据库对象的访问。某些RDBMS可用GRANT或REVOKE控制对表单个列的访问。

（5）数据定义语言（DDL）

• 数据定义语言DDL，包括动词CREATE和DROP。在数据库中创建新表或删除表（CREAT TABLE 或 DROP TABLE），为表加入索引等。
• DDL包括许多数据库目录中获得数据有关的保留字。它也是动作查询的一部分。

（6）指针控制语言（CCL）

• 指针控制语言CCL，像DECLARE CURSOR，FETCH INTO和UPDATE WHERE CURRENT用于对一个或多个表单独行的操作。

二、数据库设计

1、设计的重要性

（1）提高开发效率

（2）节省空间，硬件资源

（3）直接关乎到数据库的性能

2、设计的流程

（1）确定需求

（2）创建E-R图，可视化数据展示

• ER图一般用来表达数据库表的关系

（3）数据库字段的设计

• 数据库字段的设计可以用PowerDesigner

3、PowerDesigner实操

（1）PowerDesigner16.5下载安装

• 链接：pan.baidu.com/s/1y65sOlVh… 提取码：1234

（2）PD生成SQL脚本

建议先画E-R图，再生成数据库

创建项目，填写项目名称，选择保存目录

创建模型文件

创建表，添加字段

可以显示字段说明

生成物理数据模型

生成SQL脚本

（3）PD从数据库生成模型

创建模型，选择数据库类型

配置数据库连接导出模型

（4）PD数据类型说明

Standard data type	DBMS-specific physical data type	Content	Length
Integer	int / INTEGER	32-bit integer	—
Short Integer	smallint / SMALLINT	16-bit integer	—
Long Integer	int / INTEGER	32-bit integer	—
Byte	tinyint / SMALLINT	256 values	—
Number	numeric / NUMBER	Numbers with a fixed decimal point	Fixed
Decimal	decimal / NUMBER	Numbers with a fixed decimal point	Fixed
Float	float / FLOAT	32-bit floating point numbers	Fixed
Short Float	real / FLOAT	Less than 32-bit point decimal number	—
Long Float	double precision / BINARY DOUBLE	64-bit floating point numbers	—
Money	money / NUMBER	Numbers with a fixed decimal point	Fixed
Serial	numeric / NUMBER	Automatically incremented numbers	Fixed
Boolean	bit / SMALLINT	Two opposing values (true/false; yes/no; 1/0)	—

Standard data type	DBMS-specific physical data type	Content	Length
Characters	char / CHAR	Character strings	Fixed
Variable Characters	varchar / VARCHAR2	Character strings	Maximum
Long Characters	varchar / CLOB	Character strings	Maximum
Long Var Characters	text / CLOB	Character strings	Maximum
Text	text / CLOB	Character strings	Maximum
Multibyte	nchar / NCHAR	Multibyte character strings	Fixed
Variable Multibyte	nvarchar / NVARCHAR2	Multibyte character strings	Maximum

Standard data type	DBMS-specific physical data type	Content	Length
Date	date / DATE	Day, month, year	—
Time	time / DATE	Hour, minute, and second	—
Date & Time	datetime / DATE	Date and time	—
Timestamp	timestamp / TIMESTAMP	System date and time	—

Standard data type	DBMS-specific physical data type	Content	Length
Binary	binary / RAW	Binary strings	Maximum
Long Binary	image / BLOB	Binary strings	Maximum
Bitmap	image / BLOB	Images in bitmap format (BMP)	Maximum
Image	image / BLOB	Images	Maximum
OLE	image / BLOB	OLE links	Maximum
Other	—	User-defined data type	—
Undefined	undefined	Undefined. Replaced by the default data type at generation.	—

4、数据库范式

• 设计关系数据库时，遵从不同的规范要求，设计出合理的关系型数据库，这些不同的规范要求被称为不同的范式，各种范式呈递次规范，越高的范式数据库冗余越小。

（1）第一范式（1NF）属性不可再分

• 数据库表的每一列都是不可分割的原子数据项，而不能是集合，数组，记录等非原子数据项。
• 即实体中的某个属性有多个值时，必须拆分为不同的属性。

（2）第二范式（2NF）非主属性完全依赖于主键

• 满足第二范式（2NF）必须先满足第一范式（1NF）。
• 数据库表中的每个实例或记录必须可以被唯一地区分。为实现区分通常需要为表加上一个列，以存储各个实例的惟一标识。这个惟一属性列被称为主键。
• 实体的属性完全依赖于主关键字，是指不能存在仅依赖主关键字一部分的属性，如果存在，那么这个属性和主关键字的这一部分应该分离出来形成一个新的实体，新实体与原实体之间是一对多的关系。

（3）第三范式（3NF）非主属性不依赖于其它非主属性

• 满足第三范式（3NF）必须先满足第二范式（2NF）。
• 任何非主属性不依赖于其它非主属性，也就是说任何非主属性不得传递依赖于主属性，要求一个关系中不包含已在其它关系已包含的非主关键字信息。
• 比如Student表（学号，姓名，年龄，性别，所在院校，院校地址，院校电话）应该拆解成两张表（学号，姓名，年龄，性别，所在院校）+（所在院校，院校地址，院校电话）

（4）巴斯-科德范式（BCNF）主属性不依赖于其它非主属性

• 满足巴斯-科德范式（BCNF）必须先满足第三范式（3NF）。
• 任何主属性不依赖于其它非主属性，也就是说任何主属性不得传递依赖于主属性。
• 比如仓库管理关系表为(仓库ID, 存储物品ID, 管理员ID, 数量)，只有数量是非主属性，满足第三范式，但是主属性之间有传递依赖，应该拆解成 仓库管理表(仓库ID, 管理员ID)+仓库表(仓库ID, 存储物品ID, 数量)。

（5）四种范氏之间的关系

（6）平衡范式与冗余

• 冗余是以存储换取性能，范式是以性能换取存储。
• 模型设计时，这两方面的具体的权衡，首先要以企业提供的计算能力和存储资源为基础。其次，建模也是以需求驱动的，因此冗余和范式的权衡需要符合需求。

5、表和表关系

（1）一对一

• 单个表存储
• 两个表存储：两个表之间，数据记录是一对一的关系，通过同一个主键来约束

（2）一对多

• 单个表存储
• 两个表存储：（推荐）主表的一条记录对应从表中的多条记录，通过主外键关系来关联存储

（3）多对多

• 单个表存储
• 两个表存储
• 三个表存储：（推荐）两个数据主要保存数据，关系表保存关系数据

6、设计习惯

• 以公司为单位，定制的一些内部的规范，统一的习惯对这个团队来说，会有促进作用

（1）命名规范

• 驼峰命名法: 指当变量名和方法名称是由二个或二个以上单词连结在一起，首个单词首字母小写，其他单词首字母大写，而构成的唯一识别字时，用以增加变量和函式的可读性。
• 帕斯卡命名法：指当变量名和方法名称是由二个或二个以上单词连结在一起，每个单词首字母大写。而构成的唯一识别字时，用以增加变量和函式的可读性。
• 坚决抵制中文，提倡使用英文单词，建议不要用汉语拼音 ，坚决抵制使用拼音首字母，建议不要太长，意思明确

（2）常用公共字段

• ID：表的物理ID
• CreateBy：行记录创建人
• CreateTime：行记录创建时间
• UpdateBy：行记录更新人
• UpdateTime：行记录更新时间
• UserIP：操作人IP
• TS：时间戳，版本号，乐观锁更新用
• IsDel：假删除标识