数据库基础 - 技术栈

文章目录

前言
什么是数据库
初步使用数据库
- 创建数据库
- 创建数据库表
服务器，数据库，表关系
主流数据库
MySQL架构
SQL分类
存储引擎

前言

接下来我将以MySQL为例来讲述什么是数据库、如何使用数据库（主要）。

什么是数据库

我们在Ubuntu下载mysql的时候会分别下载mysql和mysqld：

mysql是数据库服务的客户端
mysqld是数据库服务的服务端
mysql的本质：基于C(mysql)S(mysqld)模式的一种网络服务

我们来验证一下：

可以看到mysqld确实是一个服务端，已经和端口号3306（mysql的默认端口号）建立连接，并且套接字处于监听状态。

所以说mysql就是一套给我提供数据存取的服务的网络程序。

数据库一般指的是，在磁盘或者内存中存储的特定结构组织的数据，具体定义：

数据库是按照数据结构组织、存储和管理数据的系统，支持高效的数据访问和管理。常见类型包括关系型数据库（如MySQL、Oracle）和非关系型数据库（如MongoDB、Redis）。

我们的mysqld就是数据库服务。

那么问题来了，文件不是已经提供了数据的存储功能了，为什么还需要数据库呢？

这是因为文件存储有以下缺点：

文件的安全性问题
文件不利于数据查询和管理
文件不利于存储海量数据
文件在程序中控制不方便

可以看到文件系统对用户层面 的数据操作不是特别便利，没有给用户提供良好的数据管理能力。

数据库本质上就是要提供一套对数据存储的解决方案，输入字段或者要求，就直接返回结果：

初步使用数据库

首先在默认配置文件：/etc/mysql/mysql.conf.d/mysqld.cnf中

datadir就标注了默认创建的数据库位置，我们进入查看一波：

可以看到我们的访问被拒绝了

可以看到，普通用户是完全没有权限的，因此我们要用root身份进入：

那么我们现在要登录mysql并创建数据库了，mysql的登录指令是：

shell 复制代码

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

这里就是要输入服务端的ip和端口号，-u代表用户，-p则是密码。

实际上我们在本地登录可以省略前面部分：

shell 复制代码

mysql -uroot -p

登录后可以输入show databases; 来查看已经存在的数据库：

创建数据库

输入

sql 复制代码

create database helloworld;

来创建数据库：

可以看到我们确实创建了一个新的数据库，这是再查看/var/lib/mysql：

可以看到多了一个helloworld目录，因此创建数据库本质就是创建一个目录 。

我们来查看里面有什么：

可以看到现在暂时是空的。

创建数据库表

接下来使用数据库，输入指令：

sql 复制代码

use helloworld;

所谓使用数据库就是代表接下来的指令都在这个数据库中执行。

创建数据库表：

sql 复制代码

create table student(
id int,
name varchar(32),
gender varchar(2)
);

类似C++中的类，我们数据库表要有表名（类名），属性（id、name、gender），属性数值类型（int、varchar）。

这时再查看/var/lib/mysql/helloworld：

可以看到多了一个文件。里面是二进制存储的一堆数据。

现在我们向表中插入数据：

sql 复制代码

insert into student (id, name, gender) values (1, '张三', '男');
insert into student (id, name, gender) values (2, '李四', '女');
insert into student (id, name, gender) values (3, '王五', '男');

然后输入指令查询表的数据：

sql 复制代码

select * from student;

这就是一个数据库的大概创建过程。

接下来我们可以输入:

sql 复制代码

drop database helloworld;

来删除刚刚创建的数据库，可以看到输入指令之后，刚刚创建的目录就没有了：

最后我们输入quit或者\q就能退出数据库：

服务器，数据库，表关系

所谓安装数据库服务器，只是在机器上安装了一个数据库管理系统程序，这个管理程序可以管理多个数据库，一般开发人员会针对每一个应用创建一个数据库。
为保存应用中实体的数据，一般会在数据库中创建多个表，以保存程序中实体的数据。
数据库服务器、数据库和表的关系如下：

主流数据库

SQL Sever：微软的产品，.Net程序员的最爱，中大型项目。
Oracle：甲骨文产品，适合大型项目，复杂的业务逻辑，并发一般来说不如MySQL。
MySQL：世界上最受欢迎的数据库，属于甲骨文，并发性好，不适合做复杂的业务。主要用在电商，SNS，论坛。对简单的SQL处理效果好。
PostgreSQL :加州大学伯克利分校计算机系开发的关系型数据库，不管是私用，商用，还是学术研究使用，可以免费使用，修改和分发。
SQLite：是一款轻型的数据库，是遵守ACID的关系型数据库管理系统，它包含在一个相对小的C库中。它的设计目标是嵌入式的，而且目前已经在很多嵌入式产品中使用了它，它占用资源非常的低，在嵌入式设备中，可能只需要几百K的内存就够了。
H2：是一个用Java开发的嵌入式数据库，它本身只是一个类库，可以直接嵌入到应用项目中。

其中使用范围最广的就是MySQL。

MySQL架构

既然知道MySQL是一个网络程序，那么我们看看他实现的具体架构：
包含
包含
包含
包含
包含
包含
包含
包含
包含
包含
包含
包含
实现
实现
实现
包含
包含
建立连接
调用存储引擎
持久化数据
<<layer>>
ClientLayer
客户端连接层：提供多语言/协议接入能力
ClientConnectors
+supportJDBC() : : void
+supportODBC() : : void
+supportPHP_Python() : : void
+connectToServer() : : Connection
<<layer>>
ServerCoreLayer
服务端核心层：统一处理SQL与连接，不直接存储数据
<<sublayer>>
ConnManagementSubLayer
连接管理子层：认证/安全/连接池
ConnectionPool
+manageConnections() : : void
+authentication(User) : : boolean
+securityCheck() : : void
<<sublayer>>
SQLProcessSubLayer
SQL处理子层：接收/解析/优化SQL
SQLInterface
+receiveSQL(String sql) : : void
+supportDML_DDL() : : void
+supportStoredProcedure() : : void
Parser
+lexicalAnalysis() : : void
+syntaxAnalysis() : : void
+generateExecCode() : : ExecutableCode
Optimizer
+rewriteQuery() : : void
+optimizeScanOrder() : : void
+selectBestIndex() : : Index
<<sublayer>>
CacheSubLayer
缓存子层：查询结果缓存
QueryCache
+globalCache : Map
+engineCache : Map
+getCache(String key) : : ResultSet
+updateCache(String key, ResultSet data) : : void
<<sublayer>>
ServiceUtilSubLayer
工具服务子层：备份/复制/安全等
ServicesUtilities
+backupRestore() : : void
+replication() : : void
+securityManagement() : : void
+partition() : : void
<<layer>>
StorageEngineLayer
存储引擎层：数据实际存储/读取
<<interface>>
StorageEngine
+storeData(Data) : : void
+readData(Query) : : ResultSet
InnoDB
+supportTransaction() : : void
+supportForeignKey() : : void
+rowLevelLock() : : void
MyISAM
+highReadPerformance() : : void
+tableLevelLock() : : void
+noTransaction() : : void
MemoryEngine
+inMemoryStorage() : : void
+temporaryData() : : void
<<layer>>
StorageLayer
底层存储层：数据持久化到文件系统
FileSystem
+supportNTFS_Ext4() : : void
+storeFile(File) : : void
LogsFiles
+binlog : BinaryLog
+redoLog : RedoLog
+undoLog : UndoLog
+dataFile : DataFile
+indexFile : IndexFile

MySQL 采用分层式模块化架构，核心分为 4 层，各层职责清晰且解耦：

层级	核心组件	核心职责
客户端连接层	多语言连接器（JDBC/ODBC 等）	提供不同编程语言/协议与 MySQL 服务端的通信能力，是应用访问 MySQL 的入口。
服务端核心层	连接池、SQL 接口、解析器等	统一处理连接、SQL 解析优化、缓存、权限认证，是 MySQL 的 "大脑"，不直接存储数据。
可插拔存储引擎层	InnoDB/MyISAM 等引擎	负责数据的实际存储、读取，不同引擎适配不同业务场景（如 InnoDB 支持事务）。
底层存储层	文件系统、日志/数据文件	将数据持久化到磁盘，通过各类日志保证数据安全与恢复能力。

SQL分类

SQL（Structured Query Language,结构化查询语言）是客户端与关系型数据库（如 MySQL、Oracle、PostgreSQL）交互的统一语言，用于实现对数据库的 "定义、操作、查询、控制" 等全生命周期管理，是关系型数据库的 "通用接口"。

那么SQL可以分成：

DDL【data definition language】数据定义语言，用来维护存储数据的结构

代表指令: create, drop, alte
DML【data manipulation language】数据操纵语言，用来对数据进行操作

代表指令：insert，delete，update
DML中又单独分了一个DQL，数据查询语言

代表指令：select
DCL【Data Control Language】数据控制语言，主要负责权限管理和事务

代表指令：grant，revoke，commit

存储引擎

存储引擎是：数据库管理系统如何存储数据、如何为存储的数据建立索引和如何更新、查询数据等技术的实现方法。

MySQL的核心就是插件式存储引擎，支持多种存储引擎。

我们可以输入指令：

sql 复制代码

show engines;

来查看存储引擎：

其中最常用的就是InnoDB。