关系型数据库与非关系型数据库详解

1. 引言

在数据存储领域，数据库主要分为关系型数据库和非关系型数据库两大类。本文将从数据类型、SQL语法、典型产品等多个维度，对这两类数据库进行系统梳理。

2. 关系型数据库

关系型数据库以表格形式组织数据，表与表之间存在关联关系，是传统企业应用中最主流的数据库类型。

2.1 核心特征

表结构：数据以行和列组成的二维表存储。
表间关联：通过主键和外键建立表与表之间的关联关系。
SQL语法：使用结构化查询语句（SQL）进行数据操作，各数据库基本一致，仅存在细微差异。

2.2 典型数据表

以电商系统为例，关系型数据库通常包含以下核心数据表：

用户表：存储用户基本信息。
用户收货地址表：存储用户的收货地址信息，与用户表关联。
用户订单表：存储用户订单信息，与用户表关联。
用户订单详情表：存储订单中的商品明细，与订单表关联。

2.3 主要产品

关系型数据库主要有以下几类典型产品：

大型数据库：包括 Oracle 和 SqlServer，主要面向企业级应用。
轻量级数据库：MySql 是应用最广泛的开源关系型数据库。
轻量级文件数据库：sqlite 以单文件形式存储，适合嵌入式和小型应用场景。

3. 非关系型数据库

非关系型数据库又称 NoSQL（Not Only SQL），主要面向海量数据和灵活多变的业务需求，不再局限于传统的表结构。

3.1 核心特征

灵活存储：不再使用固定的表结构，数据模型更加灵活。
海量数据：更适合处理大规模、高并发的数据场景。
弹性扩展：支持水平扩展，适应业务快速增长。

3.2 主要类型

文档数据库：以文档形式存储数据，典型代表是 MongoDB。
内存数据库：数据存储在内存中，读写速度极快，典型代表是 Redis。

4. MySQL 安装与配置

MySQL 是应用最广泛的开源关系型数据库，下面介绍在 Ubuntu 环境下的安装、启动、登录与远程连接配置。

4.1 安装方式

安装 MySQL 主要有以下两种方式：

使用 MySQL 官方镜像：通过 wget 下载官方 apt 配置包并安装，再执行 apt update 和 apt install mysql-server。
直接使用 Ubuntu 镜像：在 Ubuntu 软件源中直接执行 apt install mysql-server 安装。

使用官方镜像安装的具体命令如下：

bash 复制代码

wget https://dev.mysql.com/get/mysql-apt-config_0.8.40-1_all.deb
sudo dpkg -i mysql-apt-config_0.8.40-1_all.deb
sudo apt update
apt install mysql-server

4.2 启动服务

安装完成后，可通过以下命令启动 MySQL 服务：

bash 复制代码

systemctl start mysql
# 或
service mysql start

如需指定配置文件启动，可使用 mysqld 命令并指定配置文件路径：

bash 复制代码

mysqld --defaults-file=/etc/mysql/my.cnf

4.3 登录数据库

使用以下命令登录 MySQL 数据库：

bash 复制代码

mysql -u root -p

在 Ubuntu 环境下，也可以直接使用 Ubuntu 的 root 用户免密登录到 MySQL。

4.4 远程连接配置

如需允许远程连接，需要进行以下配置：

修改配置文件：编辑 /etc/mysql/mysql.conf.d/mysqld.cnf，将 bind_address 设置为 0.0.0.0。
重启服务：执行 systemctl restart mysql 或 service mysql restart 使配置生效。
开放用户权限：将目标用户的 host 设置为 "%"，允许从任意主机连接。
配置云安全组：在阿里云、腾讯云等平台设置防火墙模板或安全组，放行 MySQL 端口。

5. SQL 语句详解

SQL（Structured Query Language）是操作关系型数据库的标准语言，主要分为 DDL、DML 和 DCL 三大类型。

5.1 SQL 类型

DDL（数据定义语言）：用于数据库与表的创建、修改和删除，主要包括 Create、Alter、Drop。
DML（数据操作语言）：用于数据的增删改查（CURD），主要包括 select、insert、update、delete。
DCL（数据控制语言）：用于用户与权限管理，用户操作包括 Create、Alter、Drop，权限操作包括 Grant、Revoke。

5.2 数据库相关操作

查看所有数据库：

sql 复制代码

show databases;

创建数据库（可指定字符集）：

sql 复制代码

create database qiku character set utf8;
create database qiku;
create database if not exists qiku character set utf8;

查看当前数据库（只有选择数据库以后才能操作表）：

sql 复制代码

select database();

切换数据库：

sql 复制代码

use 数据库名;

删除数据库：

sql 复制代码

drop database 数据库名;

修改数据库编码：

sql 复制代码

alter database 数据库名 character set utf8;

5.3 数据操作（CURD）

查找（Read）：查询所有数据，大表效率低下，慎用。

sql 复制代码

select * from 表名;

插入（Create）：全列插入，按顺序写入每一个列的值，values 后可以插入多行。

sql 复制代码

insert into 表名 values (值1, 值2, ...);

缺省插入，利用特殊列（有默认值、自增长），values 后可以插入多行。

sql 复制代码

insert into 表名 (列1, 列2, ...) values (值1, 值2, ...);
insert into 表名 set 列1=值1, 列2=值2, ...;

修改（Update）：

sql 复制代码

update 表名 set 列1=值1, 列2=值2, ... where 条件;

删除（Delete）：

sql 复制代码

delete from 表名 where 条件;

5.4 数据表相关操作

查看已经选择的数据库的所有表：

sql 复制代码

show tables;

创建表，常用约束包括 primary key（主键）、not null（非空）、auto_increment（自增长）：

sql 复制代码

create table 表名 (
    列名 类型 约束1 约束2 ...,
    列名 类型 约束1 约束2 ...
);

修改表结构：

sql 复制代码

alter table 表名 add 列名 类型 约束...;
alter table 表名 change 原列名 新列名 类型 约束...;
alter table 表名 drop 列名;
alter table 表名 rename 新表名;

查看表描述：

sql 复制代码

desc 表名;

删除表：

sql 复制代码

drop table 表名;

5.5 用户与权限

创建用户，主机可指定为 %（所有主机均可访问）或具体 IP（如 192.168.13.13）：

sql 复制代码

create user '用户名'@'主机' identified by '123456';

修改密码：

sql 复制代码

alter user '用户名'@'主机' identified by '123456';

删除用户：

sql 复制代码

drop user '用户名'@'主机';

分配权限：

sql 复制代码

grant 权限1, ... on qiku.* to '用户名'@'主机';

取消权限：

sql 复制代码

revoke 权限1, ... on qiku.* from '用户名'@'主机';

6. 约束详解

约束用于限制表中数据的合法性和完整性，是保证数据质量的重要手段。下面介绍 MySQL 中常用的约束类型及其用法。

6.1 主键约束（primary key）

主键约束用于唯一确定表中的每一行数据，要求字段值必须存在且内容不重复。一个表通常只能有一个主键，但可以由多个字段共同组成组合主键。

例如，在用户权限表中，Host 与 User 两个字段可以共同组成 User 表的主键。

6.2 非空约束（not null）

非空约束要求字段值不能为空，适用于必须填写内容的列。

6.3 默认值（default）

默认值约束用于在插入数据时未显式指定该列值时，自动填入预设的默认值。例如：

sql 复制代码

default 100
default '男'

6.4 唯一约束（Unique）

唯一约束要求字段值不能存在重复项，保证数据的唯一性。

6.5 自增长（auto_increment）

自增长约束会自动维护最大的增长值，每次插入数据时自动加 1，常用于主键列。

6.6 检查约束（check）

检查约束用于限制字段值的取值范围，例如：

sql 复制代码

check (age > 0)

6.7 外键约束（foreign key）

外键约束用于建立表与表之间的关联关系，保证数据引用的完整性。外键关联通常包含以下操作：

创建表时设置外键：在建表语句中直接定义外键。
给已有表设置外键：通过 alter table 语句为已有表添加外键。
删除外键：通过 alter table 语句删除外键。

创建表时设置外键的语法如下：

sql 复制代码

create table 表名 (
    ...,
    primary key (id),
    constraint fk_表_列 foreign key (列) references 表(列)
    on delete cascade on update cascade
);

给已有表设置外键的语法如下：

sql 复制代码

alter table 表名 add constraint fk_表_列 foreign key (列) references 表(列)
on delete cascade on update cascade;

删除外键的语法如下：

sql 复制代码

alter table 表名 drop foreign key 外键名;

7. 数据类型详解

数据类型用于定义表中每一列可以存储的数据种类和范围，是建表时的重要基础。MySQL 的数据类型主要分为数字、字符串和日期时间三大类。

7.1 数字类型

数字类型用于存储整数和小数，常用类型及存储大小如下：

int：占用 4 字节，是最常用的整数类型。
BIGINT：占用 8 字节，适合存储较大的整数。
MEDIUMINT：占用 3 字节，介于小整数和普通整数之间。
SMALLINT：占用 2 字节，适合存储较小的整数。
TINYINT：占用 1 字节，取值范围为 -128 到 127，适合存储布尔值或小范围状态。
FLOAT：占用 4 字节，单精度浮点数。
DOUBLE：占用 8 字节，双精度浮点数。
DECIMAL(M,D)：定点数，M 表示总位数，D 表示有效小数位数，适合存储金额等需要精确计算的数值。

7.2 字符串类型

字符串类型用于存储文本数据，常用类型如下：

VARCHAR(m)：可变长度字符串，存储空间取决于实际内容长度，适合存储长度不固定的文本。
CHAR(M)：定长字符串，无论实际内容多长都占用固定空间，适合存储长度固定的数据。
TEXT：用于存储较长的文本内容。
ENUM('A','B')：枚举类型，只能从预设的取值列表中选择一个值。

7.3 日期时间类型

日期时间类型用于存储日期和时间数据，常用类型如下：

Date：存储日期，格式为年-月-日。
time：存储时间，格式为时:分:秒。
DateTime：存储日期和时间，格式为年-月-日时:分:秒。
timestamp：时间戳类型，常用于记录数据的创建时间和修改时间。

使用 timestamp 记录创建时间时，可设置默认值为当前时间：

sql 复制代码

default current_timestamp

使用 timestamp 记录修改时间时，可在数据更新时自动刷新为当前时间：

sql 复制代码

default current_timestamp on update current_timestamp

8. 查询详解

查询是 SQL 中使用最频繁的操作，下面从查询所有、部分列、条件、聚合函数、分页、排序、分组与过滤等方面系统介绍查询语法。

8.1 查询所有

查询表中所有数据，大表效率低下，慎用：

sql 复制代码

select * from 表名;

8.2 查询部分列

只查询指定列，可指定表名限定列，也可使用别名：

sql 复制代码

select 列名, ... from 表名;
select 表.列名, ... from 表名;
select 列名 as 别名, ... from 表名;

8.3 条件查询（where）

where 用于筛选满足条件的记录，常用运算符如下：

比较运算符：=、!=、<>、<、<=、>、>=。
逻辑运算符：and、or、not。
空判断：is null、is not null。
范围：字段 between a and b、字段 in (a, b, c)。
模糊查询：字段 like '黄%'、字段 like '黄_'，其中 % 代表任意个字符，_ 代表一个字符。

8.4 聚合函数

聚合函数用于对一组数据进行统计计算，常用函数如下：

max：求最大值。
min：求最小值。
avg：求平均值。
sum：求和。
count：统计个数。

8.5 分页（limit）

limit 用于限制查询返回的行数，实现分页效果：

sql 复制代码

limit n;              -- 前 n 个
limit start, count;   -- start 开始索引，从 0 开始，取 count 个
limit (n-1)*m, m;     -- 每页显示 m 个，查询第 n 页内容

8.6 排序（order by）

order by 用于对查询结果排序，asc 升序，desc 降序：

sql 复制代码

order by 列名 asc/desc;              -- 单条件
order by 列名1 asc, 列名2 asc, ...;  -- 多条件

8.7 分组（group by）与过滤（having）

group by 用于按指定列分组统计，having 针对分组结果进行过滤：

sql 复制代码

select count(*), 列名 from 表名 group by 列名;
select count(*), 列名 from 表名 group by 列名 having count(*) > 5;

9. MongoDB 安装与配置

MongoDB 是典型的文档型数据库，数据以文档形式存储，无固定结构，适合海量数据和灵活多变的业务需求。下面介绍在 Ubuntu 环境下通过官方源安装 MongoDB 8.0 并启动服务的方法。

9.1 导入官方 GPG 密钥

首先安装依赖工具并导入 MongoDB 官方 GPG 密钥：

bash 复制代码

sudo apt-get install gnupg curl
curl -fsSL https://pgp.mongodb.com/server-8.0.asc | \
  sudo gpg -o /usr/share/keyrings/mongodb-server-8.0.gpg --dearmor

9.2 添加 MongoDB APT 源

将 MongoDB 8.0 的 APT 源写入系统源列表：

bash 复制代码

echo "deb [ arch=amd64,arm64 signed-by=/usr/share/keyrings/mongodb-server-8.0.gpg ] https://repo.mongodb.org/apt/ubuntu jammy/mongodb-org/8.0 multiverse" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/mongodb-org-8.0.list

9.3 更新并安装

更新软件源并安装 MongoDB 社区版：

bash 复制代码

sudo apt-get update
sudo apt-get install -y mongodb-org

9.4 启动服务

使用 mongod 命令并指定配置文件启动 MongoDB 服务：

bash 复制代码

mongod --config /etc/mongod.conf

10. Redis 安装与配置

Redis 是典型的内存数据库，以键值对形式存储数据，读写速度极快，适合缓存、会话管理等场景。下面介绍在 Ubuntu 环境下安装、启动、连接 Redis 以及常用数据类型和配置项。

10.1 安装与启动

通过 apt 安装 Redis 服务端：

bash 复制代码

apt install redis-server

使用 redis-server 命令并指定配置文件启动 Redis 服务：

bash 复制代码

redis-server /etc/redis/redis.cnf

使用 redis-cli 连接 Redis 服务：

bash 复制代码

redis-cli

10.2 字符串类型

字符串是 Redis 中最基础的数据类型，常用操作如下：

设置键值对：set k v、mset k1 v1 ...。
获取键对应的值：get k、mget k1 k3 ...。
自增自减：incr 使值加 1，incrby key n 按指定步长增加；decr 使值减 1，decrby key n 按指定步长减少。
长度：strlen 获取值的长度。

10.3 键的操作

查看所有键：key *。
查看类型：type key 查看键对应的值的类型。
删除键值对：del key。
判断是否存在：exists key。
查看存活时间：ttl key，返回 -2 表示键不存在，-1 表示永久有效。
设置有效期：expire key seconds。

10.4 列表

插入：lpush 从左侧插入，rpush 从右侧插入。
删除：lpop 从左侧删除，rpop 从右侧删除。
长度：llen 获取列表元素个数。
范围查询：lrange key start stop 获取指定索引范围内的元素，其中 0 和 -1 表示全部元素。

10.5 哈希

设置字段与值：hset、hmset。
获取字段对应的值：hget、hmget。
字段个数：hlen。
获取所有字段与值：hgetall key。
删除指定字段：hdel key field。
判断字段是否存在：hexists key field。

10.6 集合

集合中的元素无序且不重复，常用操作如下：

添加元素：sadd。
删除元素：srem。
查看所有成员：smembers。
判断是否为成员：sismember。
集合运算：sinter 求交集，sunion 求并集，sdiff 求差集。

10.7 有序集合

有序集合中的每一个元素都有一个权重，通过权重实现排序，常用操作如下：

插入：zadd。
删除：zrem。
个数：zcard。
按权重排序查询：zrange 使用索引，zrangebyscore 根据权重返回。
返回元素对应的权重：zscore。

10.8 常用配置

database：默认数据库个数，默认为 16。
bind_ip：设置为 0.0.0.0 以支持远程连接。
port：监听端口，默认为 6379。
daemonize：设置为 yes 以守护进程方式运行。
loglevel：日志级别，默认为 notice。
logfile：日志文件路径，如 /var/log/redis/redis-server.log。
save：保存策略，例如 save 900 1 表示 900 秒内有 1 个 key 被更改则写入磁盘。
AOF 持久化：通过 appendonly 和 appendfsync 配置。
dbfilename：数据库文件名，默认为 dump.rdb。
主从复制：replicaof 指定主节点地址，格式为 replicaof <masterip> <masterport>；masterauth 配置主机密码。
requirepass：设置本机访问密码，如 requirepass foobared。
maxclients：最大连接数，如 maxclients 10000。
maxmemory：最大内存限制。