資料庫概述

為什麼要使用資料庫

什麼是數據持久化？

數據持久化就是把數據保存到可掉電式存儲設備中供以後使用。大多數情況下，特別是企業級應用，數據持久化意味著將記憶體中的數據保存到硬碟上加以”固化”，而持久化的實現過程大多通過各種關係資料庫來完成。

持久化的主要作用是將記憶體中的數據存儲在關係型資料庫中，當然也可以存儲在磁碟文件、XML數據文件中。

為什麼用資料庫來存儲數據？

• 資料庫的特點：
  • 資料庫存儲的數據量非常龐大。以單表來說，我們可以存儲幾千萬甚至上億條數據。與文件存儲相比，當數據量特別龐大的時候，資料庫查詢數據的效率更高。
  • 資料庫存儲數據的類型更更富。例如整數類型、浮點類型、字元串類型，甚至是圖片，大文本等等。
• 文件存儲的弊端：有些文件需要特定的程式才可以打開。例如，excel。

資料庫和資料庫管理系統

資料庫、資料庫管理系統、結構化查詢語言

• 資料庫（Database，DB）：DB是存儲數據的“倉庫”，其本質是一個文件系統。
• 資料庫管理系統（Database Management System，DBMS）：DBMS是一種操縱和管理資料庫的大型軟體，用於建立、使用和維護資料庫，對資料庫進行統一管理和控制。用戶通過資料庫管理系統訪問資料庫中數據表的數據。
• 結構化查詢語言（Structured Query Language，SQL）：SQL是專本用來與資料庫通信的語言。

資料庫與資料庫管理系統的關係

資料庫管理系統可以管理多個資料庫，一般開發人員會針對每一個應用創建一個資料庫。為了保證應用中實體的數據，一般會在資料庫創建多個數據表，以保證程式中實體用戶的數據。

客戶通過Web伺服器訪問資料庫管理系統，資料庫管理系統通過SQL訪問資料庫中的數據表。

常見的資料庫管理系統

常見的DBMS有Oracle、MySQL、SQL server、Db2、PostgreSQL等。

MySQL介紹

RDMBS與非RDBMS

RDBMS

關係型資料庫（RDBMS）：RDBMS是最古老的資料庫類型，它把複雜的數據結構歸結為簡單的二元關係（二維表格形式）。

• RDBMS以行（row）和列（column）的形式存儲數據，以便於用戶理解。一些列的行和列被稱為表（table），一組表組成一個庫（database）。
• 表和表之間存在關係。關係型資料庫就是建立在關係模型基礎上的資料庫。
• SQL就是關係型資料庫的查詢語言。

關係型資料庫的優勢：

• 便於複雜查詢：可以使用SQL語句方便在一個或多個表之間進行複雜的查詢。
• 支持事務：使得對於安全性能要求很高的數據訪問要求得以實現。

非RDBMS

非關係型資料庫（非RDBMS）：可以看成是傳統關係型資料庫的功能閹割版本，基於鍵值對存儲數據，不需要SQL層的解析，性能非常高。同時，通過減少不常用的功能，進一步提高性能。

目前基本大部分主流的非RDBMS都是免費的。

非關係型資料庫的分類：

• 鍵值型資料庫：鍵值型資料庫通過Key-Value鍵值的方式來存儲數據。在查找速度上優於關係型資料庫；但是無法像關係型資料庫一樣使用條件過濾。鍵值型資料庫常在記憶體緩存中使用。Redis是代表性的鍵值型資料庫。
• 文檔型資料庫：文檔型資料庫可以存放並獲取文檔，可以是XML、JSON等格式。一個文檔相當於一條記錄。文檔資料庫所存放的文檔，就相當於鍵值資料庫所存放的“值”。MongoDB是最主流的文檔型資料庫。
• 搜索引擎資料庫：雖然關係型資料庫採用了索引提高檢索效率，但是針對全文索引的效率卻較低。搜索引擎資料庫是應用在搜索引擎領域的數據存儲形式，由於搜索引擎會爬取大量的數據，並以特定的格式進行存儲，這樣在檢索的時候才能保證性能最優。核心原理是“倒排索引”。Elasticsearch是最主流的搜索引擎資料庫。
• 列式資料庫：可以大量降低系統的I/O，適合於分散式文件系統。典型的列式資料庫：HBase。
• 圖形資料庫：典型的圖形資料庫：Neo4J等。

關係型資料庫設計規則

E-R（實體-聯繫）模型

E-R（實體-聯繫）模型：

• 實體集
• 屬性
• 聯繫集

一個實體集對應一個表；一個實體對應一行，也叫一條記錄；一個屬性對應一列，也叫欄位。

表的關聯關係

一對一關係

• 在實際開發中應用不多，因為一對一可以創建一張表。
• 舉例：設計學生表：學號、姓名、手機號、班級、系別、身份證號碼、家庭住址、籍貫、緊急聯繫人、...
  • 拆分成兩個表：兩個表的記錄是一一對應關係。
  • 基礎信息表（常用信息）：學號、姓名、手機號碼、班級、系別
  • 檔案信息表（不常用信息）：學號、身份證號碼、家庭住址、籍貫、緊急聯繫人、...
• 兩種建表原則：
  • 外鍵唯一：
  • 外鍵是主鍵：主表的主鍵和從表的外鍵（唯一），形成主外鍵關係，外鍵唯一。
  • 外鍵是主鍵：主表的主鍵和從表的主鍵，形成主外鍵關係。

一對多關係

• 常見實例場景： 客戶表和訂單表 ， 分類表和商品表 ， 部門表和員工表 。
• 舉例：
  • 員工表：編號、姓名、...、所屬部門
  • 部門表：編號、名稱、簡介
• 一對多建表原則：在從表(多方)創建一個欄位，欄位作為外鍵指向主表(一方)的主鍵

多對多關係

要表示多對多關係，必須創建第三個表，該表通常稱為聯接表，它將多對多關係劃分為兩個一對多關係。將這兩個表的主鍵都插入到第三個表中。

• 舉例1：學生-課程
  • 學生信息表 ：一行代表一個學生的信息（學號、姓名、手機號碼、班級、系別...）
  • 課程信息表 ：一行代表一個課程的信息（課程編號、授課老師、簡介...）
  • 選課信息表 ：一個學生可以選多門課，一門課可以被多個學生選擇

• 舉例2：產品-訂單

  “訂單”表和“產品”表有一種多對多的關係，這種關係是通過與“訂單明細”表建立兩個一對多關係來定義的。一個訂單可以有多個產品，每個產品可以出現在多個訂單中。

  • 產品表 ：“產品”表中的每條記錄表示一個產品。
  • 訂單表 ：“訂單”表中的每條記錄表示一個訂單。
  • 訂單明細表 ：每個產品可以與“訂單”表中的多條記錄對應，即出現在多個訂單中。一個訂單可以與“產品”表中的多條記錄對應，即包含多個產品。

• 舉例3：用戶-角色

  多對多關係建表原則：需要創建第三張表，中間表中至少兩個欄位，這兩個欄位分別作為外鍵指向各自一方的主鍵。

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