MySQL：关系模型的基本理论

脑子慢且灵2025-05-14 12:47

系列文章目录

1.关系模型的基本概念

2.数据库的完整性

文章目录

  • 系列文章目录
  • 前言
  • 一、关系模型的基本概念
  • 1.基本术语：
  • 2.关系的特征
  • 二、数据库的完整性
    • 1.常见用例：
    • 2.三类完整性原则
    • 3.MySQL提供的约束
  • 三、触发器
  • 1.触发器的定义
  • 2.触发器的类型
  • 3.触发器的应用场景
  • 总结

前言

对于我们来说为什么要学习和了解关系模型的基本理论呢，我在一开始学习这点的时候就不是很清楚，不知道其重要性，但是学习关系模型对于数据库开发和设计是至关重要的，它提供了一个系统化和结构化的方式来组织，管理和访问数据，关系模型是基于集合论和逻辑推理的，通过关系（通常表现为表）来表达数据及其之间的关系。我们要明白数据之间的关系，相信很多毕业答辩的同学经常会被问到主键和外键和参照完整性原则，下面我们就来看看这到底是个怎么事！

一、关系模型的基本概念

1.基本术语

（1）关系：用于描述数据的一张二维表，组成表的行称为元组，组成表的列称为属性。例如学生信息表的关系模式为学生信息表（学号，姓名，性别，出生日期），则它包括4个属性。

（2）域：指列（或属性）的取值范围。例如，"学生信息表"中的性别列，该列的域为（男，女，NULL）。

（3）候选键（Candidate Key）：也称为候选码。它能唯一地标识关系中每一个元组地最小属性集。一个关系可能有多个候选键，例如"学生信息表"，在没有重名的前提下，候选键有两个，分别是学号和姓名；如果有重名，但重名学生的性别不同，则候选键也有两个，分别是学号和性别+姓名。

举个例子：

假设有一个学生表，包含如下字段：

  • 学号（Student_ID）
  • 姓名（Name）
  • 电话号码（Phone_Number）

在这种情况下：

  • 学号可以唯一标识学生。
  • 电话号码在理想情况下也是唯一的（假设每个学生的电话都不相同）。
  • 学号+电话也可以唯一标识一个学生，但这并不是最小的标识符，因为如果学号就能唯一标识学生，电话号码就不是必须的。

因此，这个表有两个候选键：

  1. 学号（Student_ID）
  2. 电话号码（Phone_Number）

（4）主键：也称为主码。它是一个唯一识别关系中元组的最小属性集合。用户可以从关系的候选键中指定一个作为关系的主键。一个关系最多只能指定一个主键。作为主键的列不允许取NULL值，例如，在"学生信息表"中指定学号作为该关系的主键。

举个主键与候选键例子：

假设我们有一个名为"学生表"的数据库表，其中包含以下字段：

学号 (Student_ID) 姓名 (Name) 电话号码 (Phone_Number)
1001 张三 13800138000
1002 李四 13800138001
1003 王五 13800138002

在这个例子中，我们可以看到：

  1. 候选键：
  • 学号 (Student_ID)：每个学生的学号都是唯一的，所以学号可以作为候选键。
  • 电话号码 (Phone_Number)：假设每个学生的电话号码也都是唯一的，那么电话号码也是一个候选键。

这两个字段都可以唯一标识表中的每一条记录，因此它们都是候选键。

  1. 主键：

虽然表中有多个候选键，但只能选取其中一个作为主键 。主键是用来唯一标识表中每一行数据的，且不能包含空值（NULL）。通常情况下，我们选择学号作为主键，因为：

  • 学号通常是学生的唯一标识符，且它更具标识性。
  • 电话号码虽然也是唯一的，但不太常用作标识符，而且电话号码可能发生变化（例如学生换号），而学号一般不会改变。

因此，学号 (Student_ID) 成为该表的主键。

最终结果：

学号 (Student_ID) 姓名 (Name) 电话号码 (Phone_Number)
1001 张三 13800138000
1002 李四 13800138001
1003 王五 13800138002
  • 候选键：学号 (Student_ID)，电话号码 (Phone_Number)
  • 主键：学号 (Student_ID)

总结：

  • 候选键：是可以唯一标识数据的字段，可以有多个。
  • 主键：是从候选键中选出的一个，用来唯一标识表中的记录，并且主键的值不能为NULL。

（5）主属性：

主属性是指那些属于候选键或主键的属性。换句话说，主属性是用于唯一标识记录的字段中的一部分。

举例：

  • 假设我们有一个"学生表"：
学号 (Student_ID) 姓名 (Name) 电话号码 (Phone_Number)
1001 张三 13800138000
1002 李四 13800138001

在这个表中，学号 (Student_ID) 和 电话号码 (Phone_Number) 都是候选键，可以唯一标识每个学生。假设我们将 学号 (Student_ID) 作为主键，那么 学号 就是一个主属性。

关键点：

  • 主属性属于主键或者候选键。
  • 它是用来唯一标识表中记录的字段。

（6）非主属性：

非主属性是指那些不属于候选键和主键的属性。也就是说，它们不能用于唯一标识记录，通常用于存储其他描述性的或附加的信息。

举例：

  • 在上述表格中，姓名 (Name) 就是一个非主属性，因为它不用于唯一标识一个学生，多个学生可以有相同的姓名。

关键点：

  • 非主属性不参与主键的选择，通常是一些描述性字段。
  • 它们包含了与记录相关的额外信息，但不用于唯一标识该记录。

（7）全码：全码通常是指某个候选键的完整属性集合。当我们说一个候选键的全码时，我们指的是它包含的所有属性。

举例

假设有一个学生表（Students）：

学号 (Student_ID) 姓名 (Name) 手机号 (Phone_Number)
1001 张三 13800138000
1002 李四 13800138001

在这个表中：

  • 学号 (Student_ID) 和 手机号 (Phone_Number) 都可以唯一标识学生，因此它们可以是候选键。
  • 假设我们选 学号 (Student_ID) 作为主键，那么 学号 (Student_ID) 就是一个候选键的全码。
  • 如果我们选择 学号 (Student_ID) 和 手机号 (Phone_Number) 的组合作为候选键，那么这两个属性的集合就是一个候选键的全码。

（8）外键：关系R中的某个属性K是另一个关系S中的主键，则称该属性K是关系R的外键。通过外键可以建立两表间的联系。

举例：

假设有两个表，一个是学生表 （Students），另一个是成绩表 （Scores）。

学生表（Students）：

学号 (Student_ID) 姓名 (Name)
1001 张三
1002 李四

成绩表（Scores）：

成绩ID (Score_ID) 学号 (Student_ID) 课程 (Course) 成绩 (Score)
1 1001 数学 95
2 1002 英语 88

在这个例子中，成绩表 中的学号 （Student_ID）是一个外键，它引用了学生表 中的学号 （Student_ID）主键。这个外键确保每条成绩记录都对应一个有效的学生。如果你试图在成绩表中插入一个不存在的学号（如 1003），数据库会拒绝插入，从而确保数据的一致性。

外键的实现：

在创建成绩表时，可以定义外键约束：

java 复制代码 
CREATE TABLE Scores (
    Score_ID INT PRIMARY KEY,
    Student_ID INT,
    Course VARCHAR(50),
    Score INT,
    FOREIGN KEY (Student_ID) REFERENCES Students(Student_ID)
);

这里，FOREIGN KEY (Student_ID) 就是定义外键，它指向了学生表 中的 Student_ID 字段。

2.关系的特征：

表是一个关系 ，表的行存储关于实体的数据，表的列存储关于这些实体的特征。在关系中，一列的所有取值具有相同的数据类型，每一列的名字是唯一的，在同一关系中没有两列具有相同的名字。

各列的顺序在理论上是无序的，即列的次序可以任意互换。

任意两个元组的候选码不能相同。

二、数据库完整性

1.常见用例：

数据库完整性是指数据的正确性和相容性，利用完整性约束，DBMS可帮助用户阻止非法数据的输入。

例如，学生的学号必须是唯一的；本科学生年龄的取值为14--50的整数；学生所选课程必须是学校开设的课程，学生所在院系必须是学校已成立的院系等。

2.三类完整性原则：

1.实体完整性原则：

实体完整性规则规定：每个关系中的每个元组（行）都必须有一个唯一的标识符，这个标识符通常是主键。主键的值不能为空，并且每个元组必须具有唯一的主键值。

规则要求：

  • 每个表必须有一个主键（Primary Key）。
  • 主键的值不能重复，每个元组都必须有一个唯一的主键。
  • 主键值不能为空（不能为NULL）。

示例： 假设有一个"学生"表，包含学生的学号、姓名、年龄等信息。学号作为主键用于唯一标识每个学生：

学号 姓名 年龄
20230001 张三 20
20230002 李四 21
20230003 王五 22

在这个例子中，"学号"是主键，它必须是唯一的，不能有重复值。比如，两个学生不能有相同的学号。同时，"学号"字段的值不能为NULL，因为一个学生必须有一个有效的学号。

2.参照完整性原则：

参照完整性规则要求：一个表中的外键（Foreign Key）必须在另一个表中有对应的主键值。外键用于建立不同表之间的关系，并确保数据的一致性和有效性。

规则要求：

  • 外键指向的值必须存在于主键所在的表中。
  • 外键的值可以是NULL（如果允许），但不能随意删除或更改指向的主键值。

示例： 假设有两个表："学生"表和"选课"表：

  1. 学生表：
学号 姓名 年龄
20230001 张三 20
20230002 李四 21
20230003 王五 22
  1. 选课表：
课程编号 学号 课程名称
001 20230001 数据库课程
002 20230002 操作系统课程
003 20230001 计算机网络

在选课表中，"学号"是外键，指向学生表中的"学号"。参照完整性规则要求，"选课"表中的"学号"必须在"学生"表中存在。如果学生表没有学号为20230001的记录，那么选课表中也不能出现该学号。

如果你试图删除学生表中学号为20230001的记录，系统会阻止你删除，除非先删除选课表中相关记录（这可以通过外键约束设置为级联删除）。

定义：设F是关系R的一个或一组属性（但F不是R的主键），K是关系S的主键。如果K与F相对应，则称F是关系R的外键，并称关系R为参照关系，关系S为被参照关系。关系R和关系S可以是同一个关系。

规则：外键或者取空值（要求外键的每个属性均为空值），或者等于被参照关系中的主键的某个值。

3.用户定义完整性规则：

每个字段的值必须来自于一个有效的域（数据类型和值的范围）。域完整性保证了数据的类型、格式和范围的正确性，避免了无效或不合理的数据输入。

规则要求：

  • 每个属性必须定义数据类型（如整型、字符型、日期型等），且只能接受该数据类型范围内的值。
  • 可以设定一些额外的约束条件，如值的范围、格式等。

示例： 假设有一个"员工"表，其中包含"员工ID"、"姓名"和"工资"字段：

员工ID 姓名 工资
1001 张三 5000
1002 李四 6000
1003 王五 7000

对于"工资"字段，用户定义完整性规则要求：

  • "工资"字段的类型应为数字，且值应该大于等于0。
  • 不能输入负数或非数字字符。如果用户试图插入一个负数或字符串作为工资，数据库会拒绝该操作。

如果我们为"工资"设置一个范围约束，例如"工资必须大于等于3000"，则任何工资低于3000的记录都会违反用户定义完整性规则。

3.MySQL提供的约束：

1.主键约束

必须满足的条件：（1）值唯一（2）不能为空值。

若指定了表中的主键约束，也指定了该表的主键。一张表只能指定一个主键约束，因为一张表只能允许有一个主键。

主键约束分为列级和表级两种定义方式。列级针对表中的一列，而表级针对同一表中的一列或多列。

java 复制代码 
CREATE TABLE users (
    id INT PRIMARY KEY,  -- 直接在列级定义主键
    name VARCHAR(100)
);
java 复制代码 
CREATE TABLE users (
    id INT,
    name VARCHAR(100),
    CONSTRAINT pk_no PRIMARY KEY (id)  -- 在表级定义主键
);

修改主键约束示例：

删除主键约束：

java 复制代码 
ALTER TABLE employee
  DROP PRIMARY KEY;

创建表后添加主键约束：

java 复制代码 
ALTER TABLE employee
  ADD CONSTRAINT pk_no PRIMARY KEY(empno);
2.唯一约束

唯一约束主要针对的是候选键，以保证候选键的值的完整性。

满足条件：值唯一 可有一个且仅有一个空值。 对于候选键，由于它是一种键，也能唯一地识别关系中的每一个元组，但其中只能有一个作为主键，该主键可用主键约束来保证其值的完整，其他的候选键也应有相应的约束来保证其值的唯一，这就是唯一约束。因此，表中的候选键可设定为唯一约束，反过来说，设定为唯一约束的属性或属性组就是该表的候选键。一张表可以指定多个唯一约束，因为一张表允许有多个候选键。

3.外键约束

外键约束涉及两个表，即主表和从表。从表是指外键所在的表，主表是指外键在另一张表中作为主键的表。

外键约束要求：被定义为外键的字段，其取值只能为主表中引用字段的值或NULL值。

1. 增操作（Insert）

当你向主表中插入一行数据时，如果从表中有外键引用该主键的列，插入操作不会立即影响从表，除非从表中已有相关数据。外键约束会确保从表的数据一致性。

2. 删操作（Delete）

如果你删除主表中的某一行数据，而从表中有外键列引用该主键，就会出现问题。根据外键约束的不同设置（ON DELETE CASCADE、ON DELETE SET NULL、ON DELETE RESTRICT等），删除操作的影响会不同：

  • ON DELETE CASCADE：当删除主表中的行时，从表中所有引用该主键的行也会被删除。
  • ON DELETE SET NULL ：当删除主表中的行时，从表中所有引用该主键的行会被设置为NULL。
  • ON DELETE RESTRICT：如果从表中有相关数据，删除主表的行会失败。
3. 改操作（Update）

当你更新主表中的主键值时，从表中引用该主键的外键会受到影响。更新的行为会依据外键约束进行处理：

  • ON UPDATE CASCADE：当主表的主键被更新时，从表中的外键值也会被更新。
  • ON UPDATE SET NULL ：当主表的主键被更新时，从表中的外键值会被设置为NULL。
  • ON UPDATE RESTRICT：如果从表中有相关数据，更新主键值会失败。

举个例子：

java 复制代码 
-- 主表
CREATE TABLE orders (
    order_id INT PRIMARY KEY,
    customer_name VARCHAR(100)
);

-- 从表
CREATE TABLE order_items (
    item_id INT PRIMARY KEY,
    order_id INT,
    product_name VARCHAR(100),
    FOREIGN KEY (order_id) REFERENCES orders(order_id) ON DELETE CASCADE
);

删除主表中的数据

假设orders表中有一条数据，order_id = 1，并且order_items表中有多个条目与该order_id关联。如果我们删除orders表中的order_id = 1，由于外键的ON DELETE CASCADE约束，从表order_items中所有引用order_id = 1的行都会被自动删除。

java 复制代码 
DELETE FROM orders WHERE order_id = 1;

更新主表中的主键值

假设orders表中的order_id = 1，并且我们希望更新该主键为order_id = 2。如果外键约束是ON UPDATE CASCADE，则在更新主表时，从表中所有引用order_id = 1的外键值也会自动更新为order_id = 2。

java 复制代码 
UPDATE orders SET order_id = 2 WHERE order_id = 1;
4.检查约束：

检查约束是通过检查输入表中的数据来维护用户定义的完整性的，及检查输入的每一个数据，只有符合条件的数据才允许输入表中。

在检查约束的表达式中，必须引用表中的一个或多个字段。检查约束也分为列级和表级两种定义方式。

java 复制代码 
CREATE TABLE employee（
   empno  DECIMAL(2) Primary KEY,
   name varchar(8),
   age  DECIMAL(3),
   phone VARCHAR(12) UNIQUE,
   CONSTRAINT age_CK CHECK(age>20 AND age<60)
);

三、触发器

1. 触发器的定义

触发器是一种特殊的存储过程，当对数据库表执行某些特定的操作（如插入、删除、更新）时，会自动执行。触发器通常用于对表中的数据进行自动检查、记录日志、更新其他表等。

2. 触发器的类型

触发器的类型可以根据触发的时机和事件的类型来分类：

  • 触发时机：

    • BEFORE 触发器：在执行数据库操作（如插入、更新、删除）之前触发。
    • AFTER 触发器：在执行数据库操作后触发。

  • 触发事件：

    • INSERT：当对表执行插入操作时触发。
    • UPDATE：当对表执行更新操作时触发。
    • DELETE：当对表执行删除操作时触发。

  • 触发器类型示例：

    • INSERT 触发器：在插入数据时触发。
    • UPDATE 触发器：在更新数据时触发。
    • DELETE 触发器：在删除数据时触发。

3. 触发器的应用场景

  • 自动更新日志：记录数据库的操作历史，如记录用户对表的插入、更新、删除操作。
  • 数据验证：在数据插入或更新时验证数据的有效性或一致性。
  • 数据同步：在某些情况下，触发器用于将数据同步到其他表或系统中。
  • 维护数据完整性：确保数据的一致性和完整性，比如防止非法删除或更新。

示例代码：

sql 复制代码 
CREATE TRIGGER trigger_name
trigger_time trigger_event
ON table_name
FOR EACH ROW
trigger_body;

典型样例：

sql 复制代码 
-- 创建一个插入触发器
CREATE TRIGGER after_insert_order
AFTER INSERT ON orders
FOR EACH ROW
BEGIN
  -- 执行某些操作，例如插入日志或更新其他表
  INSERT INTO order_logs (order_id, log_message)
  VALUES (NEW.order_id, 'Order inserted successfully');
END;

删除：

sql 复制代码 
DROP TRIGGER 触发器名

总结

这就是我今天要讲的内容，讲了关系模型的基本理论，包括基本术语呀，数据库的完整性呀，MySQL具体提供的约束呀，还有触发器，这些我感觉都是为后面自己做数据库打下坚实的基础，所以一定要加深理解，我会持续更新内容的，谢谢大家。

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