Web后端基础：数据库

一、数据库基本概念

1. 数据库类型

关系型数据库（RDBMS）
- 基于关系模型（二维表），支持SQL，如MySQL、Oracle、PostgreSQL。
- 特点：数据结构化、支持事务、强一致性。
非关系型数据库（NoSQL）
- 基于键值、文档、列族或图结构，如Redis（键值）、MongoDB（文档）、Cassandra（列族）。
- 特点：灵活 schema、高扩展性、弱一致性。

2. SQL分类

DDL（数据定义语言） ：CREATE、ALTER、DROP。
DML（数据操作语言） ：INSERT、UPDATE、DELETE。
DQL（数据查询语言） ：SELECT。
DCL（数据控制语言） ：GRANT、REVOKE。

二、MySQL基础操作

1. 创建数据库与表

sql 复制代码

-- 创建数据库
CREATE DATABASE IF NOT EXISTS mydb CHARACTER SET utf8mb4;

-- 使用数据库
USE mydb;

-- 创建表
CREATE TABLE users (
    id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    username VARCHAR(50) NOT NULL UNIQUE,
    password VARCHAR(100) NOT NULL,
    email VARCHAR(100) UNIQUE,
    created_at TIMESTAMP DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP
);

2. 增删改查（CRUD）

sql 复制代码

-- 插入数据
INSERT INTO users (username, password, email) VALUES 
('Alice', '123456', '[email protected]'),
('Bob', 'abcdef', '[email protected]');

-- 查询数据
SELECT * FROM users WHERE username = 'Alice';

-- 更新数据
UPDATE users SET password = 'newpass' WHERE id = 1;

-- 删除数据
DELETE FROM users WHERE id = 2;

3. 表关联查询

sql 复制代码

-- 创建订单表
CREATE TABLE orders (
    order_id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    user_id INT,
    amount DECIMAL(10, 2),
    FOREIGN KEY (user_id) REFERENCES users(id)
);

-- 多表查询
SELECT u.username, o.amount 
FROM users u 
JOIN orders o ON u.id = o.user_id;

三、JDBC（Java Database Connectivity）

1. 核心组件

DriverManager：管理数据库驱动。
Connection：数据库连接对象。
Statement ：SQL执行对象（含PreparedStatement、CallableStatement）。
ResultSet：结果集对象。

2. JDBC操作步骤

java 复制代码

import java.sql.*;

public class JdbcExample {
    public static void main(String[] args) {
        String url = "jdbc:mysql://localhost:3306/mydb";
        String username = "root";
        String password = "123456";
        
        try (Connection conn = DriverManager.getConnection(url, username, password);
             Statement stmt = conn.createStatement();
             ResultSet rs = stmt.executeQuery("SELECT * FROM users")) {
            
            while (rs.next()) {
                System.out.println(rs.getInt("id") + ", " + 
                                   rs.getString("username"));
            }
        } catch (SQLException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

3. PreparedStatement 防止SQL注入

java 复制代码

String sql = "SELECT * FROM users WHERE username = ? AND password = ?";
try (Connection conn = DriverManager.getConnection(url, username, password);
     PreparedStatement pstmt = conn.prepareStatement(sql)) {
    
    pstmt.setString(1, "Alice");
    pstmt.setString(2, "123456");
    
    try (ResultSet rs = pstmt.executeQuery()) {
        if (rs.next()) {
            System.out.println("登录成功");
        }
    }
}

四、数据库设计原则

1. 三范式

第一范式（1NF）：字段原子性，不可再分。
第二范式（2NF）：消除部分依赖，非主键字段完全依赖主键。
第三范式（3NF）：消除传递依赖，非主键字段不依赖其他非主键字段。

2. 索引优化

适用场景：高频查询的字段（如WHERE条件、JOIN关联字段）。
避免滥用：索引会降低写操作性能，占用额外存储空间。

3. 事务管理

ACID特性：原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔离性（Isolation）、持久性（Durability）。

示例：

java 复制代码

try (Connection conn = DriverManager.getConnection(url, username, password)) {
    conn.setAutoCommit(false); // 开启事务
    
    try (Statement stmt = conn.createStatement()) {
        stmt.executeUpdate("UPDATE accounts SET balance = balance - 100 WHERE id = 1");
        stmt.executeUpdate("UPDATE accounts SET balance = balance + 100 WHERE id = 2");
        conn.commit(); // 提交事务
    } catch (SQLException e) {
        conn.rollback(); // 回滚事务
        throw e;
    }
}

五、数据库连接池

1. 常用连接池

HikariCP：高性能连接池，Spring Boot默认选择。
Druid：阿里巴巴开源，支持监控和SQL防火墙。
C3P0：老牌连接池，配置灵活。

2. HikariCP配置示例

java 复制代码

HikariConfig config = new HikariConfig();
config.setJdbcUrl("jdbc:mysql://localhost:3306/mydb");
config.setUsername("root");
config.setPassword("123456");
config.setMaximumPoolSize(10); // 最大连接数

try (HikariDataSource ds = new HikariDataSource(config);
     Connection conn = ds.getConnection();
     Statement stmt = conn.createStatement();
     ResultSet rs = stmt.executeQuery("SELECT * FROM users")) {
    
    // 处理结果
}

六、常见面试问题

主键与唯一键的区别？
- 主键：唯一标识记录，不允许NULL，一个表只能有一个主键。
- 唯一键：值唯一，允许NULL，一个表可多个唯一键。
索引的优缺点？
- 优点：提高查询速度。
- 缺点：增加写操作开销，占用存储空间。
如何优化慢SQL？
- 分析执行计划（EXPLAIN），添加合适索引，避免全表扫描。
事务的隔离级别有哪些？
- 读未提交（Read Uncommitted）、读已提交（Read Committed）、可重复读（Repeatable Read）、串行化（Serializable）。

JDBC批处理如何实现？

java 复制代码

try (Connection conn = DriverManager.getConnection(url, username, password);
     PreparedStatement pstmt = conn.prepareStatement("INSERT INTO users (username) VALUES (?)")) {
    
    for (String name : names) {
        pstmt.setString(1, name);
        pstmt.addBatch(); // 添加到批处理
    }
    
    pstmt.executeBatch(); // 执行批处理
}

七、最佳实践

SQL注入防范：
- 优先使用PreparedStatement，避免字符串拼接SQL。
连接池配置：
- 根据业务量调整最大连接数，避免连接耗尽。
数据库备份：
- 定期备份数据（如MySQL的mysqldump命令）。
慢SQL监控：
- 开启数据库慢查询日志，定期分析优化。
ORM框架：
- 使用MyBatis或Hibernate简化JDBC操作，减少样板代码。

掌握数据库基础是JavaWeb开发的核心技能，合理设计表结构、优化查询和管理事务是保证系统性能和数据安全的关键。