数据库基础

目录

一、什么是数据库

二、登录mysql

三、服务器，数据库和表关系

[1. 数据库服务器（Database Server）](#1. 数据库服务器（Database Server）)

[2. 数据库（Database）](#2. 数据库（Database）)

[3. 表（Table）](#3. 表（Table）)

4、关系

[三、MySQL 的架构](#三、MySQL 的架构)

1、组成部分

[2、MySQL 的架构特点：](#2、MySQL 的架构特点：)

四、SQL结构化查询语言

五、存储引擎

1、存储引擎的作用

[2、MySQL 中的常见存储引擎](#2、MySQL 中的常见存储引擎)

3、如何选择存储引擎

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一、什么是数据库

数据库是一个系统化的方法来存储、组织和管理数据，它允许用户高效地访问、更新和维护数据。尽管简单的文件系统可以用来存储数据，但随着数据量的增长和复杂性的增加，文件系统开始暴露出其局限性。以下是一些关键因素，解释了为何在现代应用中，数据库成为了优选的数据管理方案：

1. 安全性：文件系统通常缺乏内置的安全特性，如权限管理和加密，这使得数据容易受到未授权访问或恶意攻击。数据库系统提供了多层次的安全机制，包括用户认证、权限控制和数据加密，从而保护敏感信息免受安全威胁。

2. 数据查询和管理：文件系统的查询能力有限，对于复杂的查询需求，文件搜索可能变得非常低效且耗时。数据库则提供了强大的查询语言（如SQL），允许进行复杂的数据检索、排序和过滤，从而简化了数据管理任务。

3. 海量数据存储：随着数据量的急剧增长，文件系统可能会遇到性能瓶颈，尤其是在需要频繁读写操作的情况下。数据库设计有优化的数据存储和索引策略，能够处理大量的数据并保持良好的响应速度。

4. 程序控制：在文件系统中，应用程序必须直接管理数据的存储和检索，这增加了编程的复杂性和错误的可能性。数据库通过抽象数据层，简化了应用程序的开发，减少了代码量，并提高了数据操作的准确性和一致性。

5. 数据完整性：数据库系统提供了事务处理机制，确保数据操作的原子性、一致性、隔离性和持久性（ACID属性）。这保证了即使在并发操作和系统故障情况下，数据也能保持一致性和准确性。

6. 并发访问：数据库管理系统支持多用户同时访问和修改数据，而不会导致数据冲突或损坏。通过锁机制和并发控制策略，数据库能够协调多用户操作，避免数据竞争。

7. 数据恢复：数据库通常配备有备份和恢复机制，可以在数据丢失或系统崩溃时迅速恢复数据，降低了数据丢失的风险。

8. 数据共享：数据库促进了数据的集中管理和共享，多个应用程序可以通过网络同时访问同一数据集，提高了数据的利用率和一致性。

9. 扩展性：数据库系统可以横向或纵向扩展，以适应不断变化的数据需求，无论是增加硬件资源还是分布数据跨多个服务器。

鉴于以上优势，数据库已经成为现代软件开发不可或缺的一部分，对于处理和管理复杂数据环境至关重要。掌握数据库技术不仅提升了程序员的专业技能，也成为了评价其技术水平的关键标准之一。

二、登录mysql

mysql 是一个命令行客户端工具，用于与 MySQL 数据库管理系统进行交互。当你需要通过命令行登录到 MySQL 数据库时，可以使用以下格式的命令：

mysql -h [hostname] -P [port] -u [username] -p[password]

这里的参数解释如下：

• -h [hostname]：指定 MySQL 数据库服务器的主机名或 IP 地址。如果省略此参数，默认值是本地主机 127.0.0.1 或 localhost。
• -P [port]：指定 MySQL 数据库服务器监听的端口号。默认端口号通常是 3306。注意 -P 是大写的 P。
• -u [username]：指定用于登录数据库的用户名。
• -p[password]：指定用户的密码。如果直接跟在 -p 后面，则不包含空格，整个字符串会被视为密码；如果 -p 和密码之间有空格，则会提示输入密码。

因此，命令 mysql -h 127.0.0.1 -P 3306 -u root -p 将尝试连接到运行在本地主机上的 MySQL 服务器，使用 root 用户名，并且会提示你输入密码。

示例

假设你想要登录到本地 MySQL 数据库，使用 root 用户，并且你的密码是 mysecretpassword，则可以使用下面的命令：

mysql -h 127.0.0.1 -P 3306 -u root -pmysecretpassword

或者，如果你不想直接在命令行上显示密码，可以这样：

mysql -h 127.0.0.1 -P 3306 -u root -p

然后当执行上述命令后，系统会提示你输入密码：

Enter password:

三、服务器，数据库和表关系

数据库服务器、数据库和表之间的关系构成了数据库系统的基本层次结构，每一层都有其特定的功能和作用。下面详细解释这些概念以及它们之间的关系：

1. 数据库服务器（Database Server）

数据库服务器是指运行数据库管理系统（Database Management System, DBMS）的计算机系统。数据库管理系统是一种软件，用于创建、维护和访问数据库。常见的数据库服务器有 MySQL、Oracle、Microsoft SQL Server、PostgreSQL 等。

数据库服务器的主要职责包括：

• 存储和组织数据。
• 提供数据访问接口，允许应用程序或用户通过SQL（Structured Query Language）或其他API与数据交互。
• 管理并发访问，确保多个用户同时访问数据时数据的一致性和完整性。
• 执行备份和恢复，以防止数据丢失。
• 执行安全性措施，包括身份验证和授权，以保护数据免受未授权访问。

2. 数据库（Database）

数据库是在数据库服务器上创建的逻辑容器，用于存储和管理特定类型的数据集合。一个数据库服务器可以托管多个数据库，每个数据库可以服务于不同的应用程序或业务需求。

数据库的主要特性包括：

• 它们独立于其他数据库，具有自己的数据结构和访问权限。
• 数据库可以包含多个表、视图、存储过程、触发器等数据库对象。
• 数据库提供了事务管理能力，确保数据操作的原子性、一致性、隔离性和持久性（ACID属性）。

3. 表（Table）

表是数据库中最基本的数据存储单元，它由行（记录）和列（字段）组成，类似于电子表格。每个表都有一个唯一的名称，并且每一列都有一个数据类型，如整数、浮点数、字符串或日期时间等。

表的主要功能是：

• 存储数据。每个表代表一种数据实体，如客户、订单或产品等。
• 定义数据结构。通过列名和数据类型来描述实体的属性。
• 支持索引，提高数据检索速度。
• 允许通过主键和外键来建立与其他表的关系，从而实现数据的关联和参照完整性。

4、关系

• 数据库服务器 管理着一个或多个 数据库，每个数据库独立地存储着相关联的数据。
• 数据库 内部则包含一个或多个 表，这些表存储着具体的数据，并通过定义的结构和关系相互连接。
• 表 是数据存储的基本单位，它直接与应用程序交互，提供数据的增删改查等操作。

这种层次结构的设计使得数据库系统能够高效、安全地管理和组织大量复杂的数据，同时为不同应用程序提供定制化的数据服务。

三、MySQL 的架构

1、组成部分

MySQL 的架构设计是其能够高效、可靠地处理大量数据和并发请求的关键。MySQL 被设计成一个模块化的系统，主要由几个层次组成，这些层次分别负责不同的功能。以下是 MySQL 架构的主要：

1. 连接层（Connection Layer）: 这一层处理客户端的连接和断开，管理线程池，以及解码和编码客户端发送的查询。

2. SQL 接口（SQL Interface）: 它包括了诸如查询缓存（虽然在较新版本中已被弃用，但在一些环境中可能仍然存在）、分析器、优化器和执行器等功能。这一层接收 SQL 查询，解析查询语句，优化查询计划，并执行查询。

3. 缓存: MySQL 包含多种缓存机制，如查询缓存、表定义缓存和键缓冲等，以加速数据的读取和写入。

4. 存储引擎层（Storage Engine Layer）: 存储引擎是 MySQL 架构的核心组件之一，负责数据的存储和检索。MySQL 支持多种存储引擎，例如 InnoDB、MyISAM、MEMORY 和 ARCHIVE 等。每个存储引擎都有自己的特性，如事务支持、行级锁定、压缩等。

5. 事务管理、日志和恢复: 这一部分主要由 InnoDB 存储引擎处理，提供事务的 ACID 特性、行级锁定、死锁检测、重做日志和撤销日志等功能。

6. 系统目录: MySQL 使用系统表来存储元数据，如数据库和表的定义。

7. 文件系统接口: 这一层与操作系统交互，处理文件读写和管理。

8. 网络接口: 处理网络通信，使 MySQL 能够接收来自远程客户端的请求。

2、MySQL 的架构特点：

• 模块化设计：MySQL 的架构允许替换和添加新的存储引擎，这提供了极大的灵活性和可扩展性。

• 多线程：MySQL 利用多线程来处理并发请求，每个连接通常对应一个独立的线程。

• 跨平台兼容性：MySQL 在多种操作系统上运行时，能够保持核心功能和行为的一致性，这得益于其良好的设计和底层抽象。

• 插件式存储引擎：存储引擎的设计使得 MySQL 可以根据具体的应用场景选择最合适的存储方式。

• 高性能和可靠性：通过优化的查询处理、缓存机制和事务管理，MySQL 能够提供高吞吐量和数据完整性。

了解 MySQL 的架构对于优化数据库性能、解决性能瓶颈和设计高效的应用程序至关重要。

四、SQL结构化查询语言

SQL（Structured Query Language，结构化查询语言）是一种用于管理关系型数据库的标准语言，它被分为几个主要类别，每类都有特定的功能和用途。下面是 SQL 分类的详细介绍：

DDL（Data Definition Language，数据定义语言）

DDL 用于定义数据库的结构，包括创建、修改和删除数据库对象（如数据库、表、视图、索引等）。DDL 命令主要有：

• CREATE：用于创建新的数据库、表、索引、视图等。
• ALTER：用于修改现有数据库对象的结构，如增加或删除列、更改数据类型等。
• DROP：用于删除数据库、表、索引、视图等。

DML（Data Manipulation Language，数据操作语言）

DML 用于对数据库中的数据进行操作，包括插入、更新和删除数据。DML 命令主要包括：

• INSERT：用于向表中插入新的记录。
• UPDATE：用于更新表中已有的记录。
• DELETE：用于从表中删除记录。

DQL（Data Query Language，数据查询语言）

DQL 主要指的是 SELECT 命令，用于从数据库中检索数据。虽然 DQL 有时被视为 DML 的一部分，但它专门用于数据查询，因此有时被单独分类。SELECT 命令可以非常简单，如查询所有数据，也可以很复杂，涉及多个表的连接、子查询、聚合函数等。

DCL（Data Control Language，数据控制语言）

DCL 用于控制数据库的访问权限和数据完整性，主要关注于数据库的安全性和事务管理。DCL 命令包括：

• GRANT：用于授予用户对数据库对象的访问权限。
• REVOKE：用于撤销之前授予的权限。
• COMMIT：用于提交事务，确认所有事务内的操作都被永久保存到数据库。
• ROLLBACK：用于回滚事务，取消事务内进行的所有更改。

此外，还有一些与事务管理相关的命令，如 BEGIN TRANSACTION、SAVEPOINT 和 RELEASE SAVEPOINT，它们也属于 DCL 的范畴。

理解这些 SQL 分类及其命令对于有效地管理数据库和数据至关重要。每个分类的命令都针对数据库管理的不同方面，熟练掌握它们可以帮助你更高效地完成数据库相关的任务。

五、存储引擎

存储引擎是数据库管理系统的一个关键组件，它负责数据的存储、检索、更新和索引等底层操作。在 MySQL 中，存储引擎的概念尤其重要，因为 MySQL 采用了插件式的存储引擎架构，这意味着它允许使用不同的存储引擎来满足不同的应用需求。这种设计极大地增强了 MySQL 的灵活性和适用性。

1、存储引擎的作用

• 数据存储：存储引擎决定了数据如何被存储在磁盘上。
• 索引类型：不同的存储引擎支持不同类型的索引，比如 B-Tree、哈希、全文索引等。
• 事务处理：有些存储引擎支持事务，提供 ACID 特性，确保数据操作的完整性和一致性。
• 并发控制：存储引擎还影响数据库的并发处理能力，包括锁定机制和隔离级别。
• 数据恢复：部分存储引擎提供了数据恢复的能力，能够在系统崩溃后恢复数据。

2、MySQL 中的常见存储引擎

1. InnoDB： InnoDB 是 MySQL 最常用的存储引擎之一，自 MySQL 5.5 版本起成为默认存储引擎。它支持事务、行级锁定、外键约束和 MVCC（多版本并发控制），适用于需要事务处理和高并发读写的应用场景。

2. MyISAM： MyISAM 是早期 MySQL 的默认存储引擎，不支持事务，使用表级锁定，但提供了快速的读取速度和较高的压缩率。适合于读密集型的应用场景。

3. MEMORY（或 HEAP）： MEMORY 存储引擎将数据存储在内存中，提供极快的访问速度，但数据在服务器重启后会丢失。适合于临时表和高速缓存。

4. ARCHIVE： ARCHIVE 引擎主要用于归档数据，提供高压缩比和单行插入/查询速度。不支持事务和索引，适用于只读的大规模数据存储。

5. NDBCluster： NDBCluster 是 MySQL 的集群存储引擎，提供了高可用性和数据复制功能，适合于需要高可用和分布式处理的场景。

6. BLACKHOLE： BLACKHOLE 存储引擎用于测试，它会丢弃所有写入的数据而不返回错误，适用于模拟数据写入负载。

7. FEDERATED： FEDERATED 引擎用于访问其他 MySQL 服务器上的数据，允许跨服务器查询，但存在一定的安全风险。

3、如何选择存储引擎

选择存储引擎时，应考虑应用程序的需求，包括事务支持、并发控制、性能要求、数据安全性和数据量等因素。例如，如果需要事务支持和行级锁定，InnoDB 是首选；如果主要是读取操作，MyISAM 可能更适合；而对于需要高速缓存的场景，MEMORY 引擎则是理想的选择。

总之，MySQL 的插件式存储引擎架构为开发者提供了丰富的选择，可以根据具体的应用场景灵活选择最合适的存储引擎，以达到最佳的性能和功能平衡。