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第 1 章 数据库原理

1.1 数据的分类

数据按照结构分为三类：结构化数据、半结构化数据、非结构化数据

1. 结构化数据可以使用二维表逻辑表达；格式固定、长度有限，适合关系型数据库存储。 特点：以行为单位，一行代表一个实体；先定义结构，再录入数据。 示例：学生信息表。
2. 半结构化数据介于结构化与非结构化中间，自描述结构，结构和数据混合在一起。 特点：先有数据，再有结构。 示例：JSON、XML、HTML、部分 NoSQL 数据库。
3. 非结构化数据没有固定格式，无法用二维表表达，整体存储。 示例：音视频、图片、二进制文件。

1.2 数据管理发展历史

数据管理经历人工管理、文件系统、数据库系统三个阶段。

1. 人工管理阶段（50 年代中期以前）计算机用于科学计算；存储只有磁带、纸带；无专门管理软件，批处理。
2. 文件系统阶段（50 后期‑60 中期）磁盘出现，数据以文件形式长期保存；支持批处理 + 联机实时处理。

• 优点：数据长期保存，有一定独立性。
• 缺点：接口不统一、不支持并发访问、缺少安全控制；数据冗余高，数据之间关联弱。

1. 数据库系统阶段（60 年代后期至今）大容量低价磁盘出现；通过 DBMS 数据库管理系统统一管理数据；高共享、低冗余、数据高独立性。

1.3 数据库、DBMS、DBA 概念

1. 数据库 (Database)：长期保存在计算机、有组织、可共享、统一管理的大量数据集合。
2. DBMS 数据库管理系统：操纵、管理数据库的大型软件；负责建库、使用、维护，保障数据库安全性、完整性。
3. DBA 数据库管理员：负责数据库全生命周期（设计、测试、部署、运维）；目标保障系统稳定、安全、完整、高可用。
4. 应用程序：调用数据库完成业务功能的软件。

DBMS 主要特点

• 复杂数据模型，低冗余，支持数据共享；
• 具备物理独立性、逻辑独立性；
• 提供统一查询访问接口；
• 数据和应用解耦；
• 内置并发控制、备份恢复、完整性、安全性保障。

DBMS 七大基本功能

1. 数据定义 DDL：定义数据库三级模式、约束；定义信息存放在数据字典。
2. 数据操作 DML：实现数据增删改查。
3. 数据组织、存储、管理：管理数据字典、用户数据，优化存取效率。
4. 数据库运行管理：并发控制、安全权限、完整性校验、事务自动恢复，保障系统正常运行。
5. 数据库维护：数据导入导出、转储、重组、性能监控。
6. 数据库保护：恢复、并发控制、完整性控制、安全性控制。
7. 通信：操作系统交互、网络环境下跨系统互操作。

DBMS 三代发展

1. 层次数据库：树状结构，一对多关系；代表 IBM IMS。
2. 网状数据库：网状模型，支持多对多关系。
3. 关系型数据库 RDBMS：使用二维表格模型。

常见 RDBMS：Oracle、MySQL/MariaDB、SQL Server、PostgreSQL、DB2。

RDBMS 核心术语

• 数据库：关联表的集合
• 表 (table)：矩阵，类似电子表格
• 列 (column)：同一类型数据集合
• 行 (row / 元组)：一条实体记录
• 冗余：重复存储，牺牲性能换取安全性
• 主键 primary key：唯一标识一行，一张表仅一个主键
• 外键 foreign key：用于两张表之间关联
• 复合键：多个列组成索引键
• 索引 index：类似书籍目录，加速查询
• 参照完整性：禁止引用不存在实体，保证数据一致性

1.4 关系型数据库理论

1.4.1 E‑R 实体联系模型

E‑R 图三要素：

1. 实体 (Entity，矩形)：现实客观事物；同类为实体集。
2. 属性 (Attribute，椭圆)：实体的特征。
3. 联系 (Relationship，菱形)：实体之间关联。

1.4.2 实体三种联系

1. 一对一 (1:1)：A 对应唯一 B，B 对应唯一 A。例：人‑身份证。
2. 一对多 (1:n)：一个 A 对应多个 B，一个 B 只属于一个 A。例：班级‑学生。
3. 多对多 (m:n)：A 多条对应 B 多条。例：学生‑课程；数据库需要中间关联表实现多对多。

1.4.3 CRUD

数据库基础操作：

表格

1.4.4 范式（数据库规范化）

范式目的：减少数据冗余，提升一致性，范式越高冗余越低。常用：1NF、2NF、3NF，开发一般满足3NF 即可。

1. 1NF 第一范式：原子性，字段值不可再拆分；单元格只能存单个值，不能是列表。
2. 2NF 第二范式：消除部分依赖（针对复合主键），所有非主键字段必须完全依赖整个主键，不能只依赖主键一部分。
3. 3NF 第三范式：消除传递依赖，非主键字段不能互相依赖，不能间接推导。

范式升级规则：满足 3NF 必须先满足 2NF；满足 2NF 必须先满足 1NF。

1.4.5 SQL

SQL 结构化查询语言，关系数据库通用语言；数据库 C/S 架构，客户端发送 SQL 语句，服务端执行返回结果。

第 2 章 MySQL 安装和基本使用

2.1 MySQL 介绍

1. 历史起源创始人 Monty Widenius；女儿名字 My，数据库命名 MySQL；孙女名字 Maria，衍生 MariaDB。

• 时间线：1995 MySQL 发布 → 2008 Sun 10 亿美金收购 MySQL → 2009 Oracle 收购 Sun，MySQL 归 Oracle。
• 重要版本节点：
  • MySQL4.0：集成 InnoDB 引擎
  • MySQL5.0：存储过程、触发器、视图
  • MySQL5.5：InnoDB 成为默认存储引擎
  • MySQL5.7：大规模性能优化
  • MySQL8.0：字符集默认utf8mb4。

1. MySQL 三大分支 1）官方 MySQL：Oracle 维护； 2）MariaDB：Monty 创建，社区驱动，高度兼容 MySQL； 3）Percona Server：Percona 公司，XtraDB 引擎，侧重性能、诊断、在线备份。
2. MySQL 特性

• 开源协议，可二次开发；
• 标准 SQL 支持，跨平台，多编程语言驱动；
• 插件式存储引擎，按需选择引擎；
• 单进程多线程模型。

2.2 MySQL 多实例

一台服务器运行多套 MySQL 服务，不同实例监听不同端口（3306、3307、3308），各自独立配置与数据。

• ✅优点：节约硬件、便于测试对比、集中管理备份。
• ❌缺点：资源互相抢占；主机宕机全部实例不可用，存在单点风险。 部署：可使用相同 MySQL 二进制版本，也可不同版本。

2.3 MySQL 组成与常用工具

MySQL 是 C/S 架构，分为服务端、客户端、配套工具。

服务端程序

1. mysqld：MySQL 核心服务程序。
2. mysqld_safe：安全启动脚本。
3. mysqld_multi：多实例管理工具。

客户端与工具

1. mysql：交互式 CLI 命令行客户端。
2. mysqldump：逻辑备份工具。
3. mysqladmin：服务管理工具。
4. mysqlimport：数据导入。
5. myisamchk /myisampack：MyISAM 引擎专用工具。

配置文件

• 主配置：/etc/my.cnf；包含!includedir /etc/my.cnf.d引入子配置目录
• /etc/my.cnf.d/：拆分配置，client.cnf 客户端、mysql‑server.cnf 服务端配置。
• 配置读取优先级：/etc/my.cnf→/etc/mysql/my.cnf→ 用户家目录~/.my.cnf。

2.4 mysql 客户端使用

2.4.1 mysql 命令常用选项

mysql -u用户名 -p密码 -h主机IP -P端口 -Ssocket文件 -D数据库名

• -e "sql语句"：非交互式，执行 SQL 直接退出；适合脚本调用。
• -E：垂直展示结果；‑H输出 html；‑X输出 xml。
• ‑‑prompt修改命令提示符。

2.4.2 mysql 内交互命令（客户端本地命令，反斜杠 \ 开头）

\? 帮助 \c 清空当前输入 \r 重连 \d 修改语句结束符 \G 垂直输出结果 \q / exit 退出 \. source 执行sql脚本 \s 查看服务器状态信息 \! 执行操作系统shell命令 use 数据库名 切换数据库 tee / notee 开启/关闭输出保存到文件

区分：客户端命令（本地执行） vs SQL 服务端命令（发给 mysqld 服务端执行，分号；结尾）。help contents可以查看服务端 SQL 帮助目录。

2.5 mysqladmin 管理工具

mysqladmin 是本地管理 mysqld 服务的工具，常用功能：

1. mysqladmin version：查看客户端 + 服务端版本。
2. mysqladmin status / extended‑status：查看运行状态。
3. mysqladmin create / drop 库名：创建、删除数据库。
4. mysqladmin password 新密码：修改 root 密码。
5. mysqladmin shutdown：关闭 MySQL 服务（不能启动）。
6. mysqladmin processlist：查看会话线程。
7. mysqladmin ping：检测数据库服务是否存活。
8. flush‑privileges(reload)：刷新权限。

2.6 mycli（第三方增强客户端）

python 开发，语法高亮、自动补全；pip 安装，增强体验。

第 3 章 SQL 语言

3.1 数据库对象

数据库包含多种对象：database 数据库、table 表、index 索引、view 视图、procedure 存储过程、function 存储函数、trigger 触发器、event 事件调度器、user 用户、权限。

3.2 SQL 发展历史

1970 年 Codd 提出关系模型；1974 诞生 SEQUEL，后续改名 SQL；1986 ANSI 标准化 SQL；后续迭代 SQL‑89、SQL‑92、SQL‑1999 等版本。

各数据库不完全 100% 标准兼容；Oracle 有 PL/SQL，SQL Server 有 T‑SQL 方言。

3.3 SQL 书写规范

1. SQL 关键字不区分大小写；库名、表名在 Linux 下区分大小写。
2. 默认以分号;作为语句结束符；支持跨行写。
3. 注释：

-- 单行注释 /* 多行注释 */ # mysql风格单行注释

3.4 SQL 语句五大分类（完整定义、关键字 + 示例）

表格

重要区分：

1. DDL：改结构（库、表长什么样）；执行会隐式提交事务，DDL 执行完事务自动提交，不能 rollback 回滚 DDL 操作。
2. DML：改表里的行数据；InnoDB 引擎下 DML 可以被事务控制，可以回滚。
3. DQL：只查不改。
4. DCL：管账号权限。
5. TCL：专门管事务。

① DDL 数据定义语言（操作对象结构：库、表、索引、视图）

⚠️注意：DDL 执行会隐式提交事务，执行完不能回滚！谨慎执行 drop！

-- 1. CREATE 创建对象 CREATE DATABASE IF NOT EXISTS testdb DEFAULT CHARACTER SET utf8mb4; CREATE TABLE student ( id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT, name VARCHAR(20) NOT NULL, age INT ); CREATE INDEX idx_stu_name ON student(name); CREATE VIEW v_student AS SELECT id,name FROM student; -- 2. ALTER 修改对象结构 ALTER DATABASE testdb CHARACTER SET utf8mb4; ALTER TABLE student ADD COLUMN gender CHAR(1); ALTER TABLE student MODIFY COLUMN age TINYINT; ALTER TABLE student CHANGE COLUMN gender sex CHAR(1); ALTER TABLE student DROP COLUMN sex; ALTER TABLE student RENAME TO stu; --3. DROP 删除对象，数据彻底丢失 DROP DATABASE IF EXISTS testdb; DROP TABLE IF EXISTS student; DROP INDEX idx_stu_name ON student; DROP VIEW IF EXISTS v_student;

② DML 数据操纵语言（操作表行记录，增删改）

InnoDB 引擎，DML 支持事务，可以 COMMIT 提交 / ROLLBACK 回滚；不修改表结构。

-- INSERT 插入数据 INSERT INTO student(name,age) VALUES ('张三',18); INSERT INTO student(name,age) VALUES ('李四',19),('王五',20); -- UPDATE 更新，⚠️不加WHERE更新全表 UPDATE student SET age=22 WHERE id=1; -- DELETE 删除行，⚠️不加WHERE删除全表 DELETE FROM student WHERE id=2; DELETE FROM student;

补充：TRUNCATE TABLE student属于 DDL，清空全表，重建表，隐式提交，不可回滚，速度快于 delete。

③ DQL 数据查询语言 SELECT（只读查询）

SELECT [字段|*] FROM 表名 [WHERE 行过滤] [GROUP BY 分组] [HAVING 分组后过滤] [ORDER BY 排序] [LIMIT 行数]; --示例 SELECT * FROM student; SELECT id,name FROM student WHERE age>18; SELECT age,COUNT(*) FROM student GROUP BY age HAVING COUNT(*)>1; SELECT * FROM student ORDER BY age DESC LIMIT 2;

WHERE：分组之前过滤原始行；HAVING：GROUP BY之后过滤分组结果。

④ DCL 数据控制语言（权限管理）

-- GRANT授予权限 GRANT SELECT,INSERT ON testdb.* TO 'user1'@'localhost' IDENTIFIED BY '123456'; GRANT ALL PRIVILEGES ON *.* TO 'admin'@'%' IDENTIFIED BY 'Admin@123'; -- REVOKE回收权限 REVOKE INSERT ON testdb.* FROM 'user1'@'localhost'; REVOKE ALL PRIVILEGES ON *.* FROM 'admin'@'%'; FLUSH PRIVILEGES; --刷新权限生效 --删除用户属于DDL：DROP USER 'user1'@'localhost';

⑤ TCL 事务控制语言（仅 InnoDB 支持，MyISAM 不支持事务）

表格

--普通事务示例 BEGIN; INSERT INTO student(name,age) VALUES ('小明',17); UPDATE student SET age=18 WHERE name='小明'; COMMIT; --提交；或者 ROLLBACK;回滚全部操作 --保存点局部回滚 BEGIN; INSERT INTO student(name,age) VALUES ('A',16); SAVEPOINT sp1; INSERT INTO student(name,age) VALUES ('B',17); SAVEPOINT sp2; INSERT INTO student(name,age) VALUES ('C',18); ROLLBACK TO SAVEPOINT sp2; --撤销C，保留A、B COMMIT; --查看自动提交开关 SHOW VARIABLES LIKE 'autocommit';

重要：DDL 会触发隐式COMMIT；MyISAM 引擎不支持事务。

3.5 字符集与排序规则 collation

1. MySQL8.0 默认字符集：utf8mb4，完整支持 4 字节 Unicode（包含全部 emoji 表情）。旧版本默认 latin1。
2. 字符集：定义文字怎么二进制存储。
3. 排序规则 collation：定义字符的比较、排序规则，依附字符集。

查看命令：

show charset; --查看全部支持字符集 show collation; --查看排序规则 show variables like 'character%'; --查看当前系统字符集变量

配置文件my.cnf.d/mysql‑server.cnf修改character‑set‑server修改服务端默认字符集。

3.6 SQL 帮助系统

help contents; --查看全部帮助分类 help Data Definition; --查看DDL分类帮助 help CREATE DATABASE; --查看具体语法帮助