什么是关系型数据库管理系统?
RDBMS 是关系型数据库管理系统(Relational DataBase Management System)的缩写,它是 SQL 以及所有现代数据库系统,例如 MS SQL Server、IBM DB2、Oracle、MySQL 和 MS Access等的基础。
关系型数据库管理系统(RDBMS)是一种基于 E.F. 科德提出的关系模型的数据库管理系统。
什么是表?
RDBMS 中的数据存储在被称作表的数据库对象中。表是相互关联的数据记录的集合,由一系列的行和列组成。
谨记,表是关系型数据库中最常见也是最简单的数据存储形式。下面是一个客户信息表的例子:
+----+----------+-----+-----------+----------+
| ID | NAME | AGE | ADDRESS | SALARY |
+----+----------+-----+-----------+----------+
| 1 | Ramesh | 32 | Ahmedabad | 2000.00 |
| 2 | Khilan | 25 | Delhi | 1500.00 |
| 3 | kaushik | 23 | Kota | 2000.00 |
| 4 | Chaitali | 25 | Mumbai | 6500.00 |
| 5 | Hardik | 27 | Bhopal | 8500.00 |
| 6 | Komal | 22 | MP | 4500.00 |
| 7 | Muffy | 24 | Indore | 10000.00 |
+----+----------+-----+-----------+----------+
什么是字段?
每张表都能够划分成更小的实体——字段。例如,上面的客户信息表中有 ID、NAME、AGE、ADDRESS 和 SALARY 五个字段。
一个字段限定了数据表中的列,被用来维护表中所有记录的特定信息。
什么是记录或者数据行?
记录或者说数据行是存在于数据表中的独立条目。例如,上面的客户信息表中有 7 条记录。下面是客户信息表中的一条记录:
+----+----------+-----+-----------+----------+
| 1 | Ramesh | 32 | Ahmedabad | 2000.00 |
+----+----------+-----+-----------+----------+
记录就是表中水平排列的数据构成的实体。
什么是列?
列是表中竖直排列的实体,它包含了表中与某一特定字段相关的所有信息。
例如,上面的客户信息表中有字段为 ADDRESS 的列,存储了客户的地址,其内容如下所示:
+-----------+
| ADDRESS |
+-----------+
| Ahmedabad |
| Delhi |
| Kota |
| Mumbai |
| Bhopal |
| MP |
| Indore |
+----+------+
什么是 NULL 值?
NULL 值是表中以空白形式出现的值,表示该记录在此字段处没有设值。
一定要明白 NULL 值同 0 值或者包含空格的字段是不同的。值为 NULL 的字段是在记录创建的时候就被留空的字段。
SQL 约束
约束是表中的数据列必须遵守的规则,用于限制表中数据的类型。约束保证了数据库中数据的精确性和可靠性。
约束可以限制列或者表。列级的约束只限制单一的列,而表级的约束作用于整个表。
以下是 SQL 中常见的约束:
- NOT NULL 约束:保证列中数据不能有 NULL 值
- DEFAULT 约束:提供该列数据未指定时所采用的默认值
- UNIQUE 约束:保证列中的所有数据各不相同
- 主键:唯一标识数据表中的行/记录
- 外键:唯一标识其他表中的一条行/记录
- CHECK 约束:此约束保证列中的所有值满足某一条件
- 索引:用于在数据库中快速创建或检索数据
NOT NULL 约束
默认情况下,数据表中的字段接受 NULL 值。如果你不想让某个字段接受 NULL 值,那么请为该字段定义此约束,以指明该字段不接受 NULL 值。
NULL 并不是指没有数据,而是指该字段数据未知。
示例:
例如,下述 SQL 语句创建了一个新的数据表 CUSTOMERS,并添加了五个字段,其中三个字段——ID、NAME 和 AGE——被指定为 NOT NULL:
CREATE TABLE CUSTOMERS(
ID INT NOT NULL,
NAME VARCHAR (20) NOT NULL,
AGE INT NOT NULL,
ADDRESS CHAR (25) ,
SALARY DECIMAL (18, 2),
PRIMARY KEY (ID)
);
对于 Oracle 和 MySQL 来说,如果 CUSTOMERS 表已经存在,此时再要给 SALARY 字段添加 NOT NULL 约束的话,SQL 语句应当如下:
ALTER TABLE CUSTOMERS
MODIFY SALARY DECIMAL (18, 2) NOT NULL;
DEFAULT 约束
DEFAULT 约束在 INSERT INTO 语句没有提供的情况下,为指定字段设置默认值。
示例:
例如,下述 SQL 语句创建了一个名为 CUSTOMERS 的新表,并添加了五个字段。这里,SALARY 字段的默认值为 5000。因此,如果 INSERT INTO 没有为该字段提供值的话,该字段就为默认值 5000。
CREATE TABLE CUSTOMERS(
ID INT NOT NULL,
NAME VARCHAR (20) NOT NULL,
AGE INT NOT NULL,
ADDRESS CHAR (25) ,
SALARY DECIMAL (18, 2) DEFAULT 5000.00,
PRIMARY KEY (ID)
);
如果 CUSTOMERS 表已经存在,此时再要给 SALARY 字段添加 DEFAULT 约束的话,你需要类似下面的语句:
ALTER TABLE CUSTOMERS
MODIFY SALARY DECIMAL (18, 2) DEFAULT 5000.00;
删除 DEFAULT 约束:
要删除 DEFAULT 约束的话,请使用下面的 SQL 语句:
ALTER TABLE CUSTOMERS
ALTER COLUMN SALARY DROP DEFAULT;
UNIQUE 约束
UNIQUE 约束使得某一字段对任意两条记录来说都不能相同。例如,在 CUSTOMERS 表中,你或许想让任何人的年龄(age)都不相同。
示例:
例如,下述 SQL 语句创建了一个名为 CUSTOMERS 的新表,并添加了五个字段,其中 AGE 字段被设为 UNIQUE,于是任意两条记录的 AGE 都不同:
CREATE TABLE CUSTOMERS(
ID INT NOT NULL,
NAME VARCHAR (20) NOT NULL,
AGE INT NOT NULL UNIQUE,
ADDRESS CHAR (25) ,
SALARY DECIMAL (18, 2),
PRIMARY KEY (ID)
);
如果 CUSTOMERS 表已经存在,再要为 AGE 字段添加 UNIQUE 约束的话,你需要像下面这样写 SQL 语句:
ALTER TABLE CUSTOMERS
MODIFY AGE INT NOT NULL UNIQUE;
还可以使用如下所示的语法,该语法还支持对作用于多个字段的约束进行命名:
ALTER TABLE CUSTOMERS
ADD CONSTRAINT myUniqueConstraint UNIQUE(AGE, SALARY);
删除 UNIQUE 约束
要删除 UNIQUE 约束的话,请使用如下 SQL 语句:
ALTER TABLE CUSTOMERS
DROP CONSTRAINT myUniqueConstraint;
如果你在使用 MySQL,那么下面的语法也是可行的:
ALTER TABLE CUSTOMERS
DROP INDEX myUniqueConstraint;
主键
主键是数据表中唯一确定一条记录的字段。主键必须包含唯一值,并且不能为 NULL。
每张数据表只能有一个主键,不过一个主键可以包含一个或者多个字段。如果主键由多个字段组合而成,这些字段就被称作组合键。
如果一个字段被定义为了某表的主键,则任意两条记录在该字段处不能相同。
注意:在创建数据表的时候,需要用到这些概念。
创建主键:
如下是将 ID 定义为 CUSTOMERS 表主键的语法:
CREATE TABLE CUSTOMERS(
ID INT NOT NULL,
NAME VARCHAR (20) NOT NULL,
AGE INT NOT NULL,
ADDRESS CHAR (25) ,
SALARY DECIMAL (18, 2),
PRIMARY KEY (ID)
);
如果 CUSTOMERS 表已经存在了,再要将 ID 定义为主键的话,请使用下面的语句:
ALTER TABLE CUSTOMER ADD PRIMARY KEY (ID);
注意:如果你要使用 ALTER TABLE 语句来添加主键,那么主键所在的列必须已经被声明为 NOT NULL 了。
要用多个字段来定义主键的话,请使用如下 SQL 语法:
CREATE TABLE CUSTOMERS(
ID INT NOT NULL,
NAME VARCHAR (20) NOT NULL,
AGE INT NOT NULL,
ADDRESS CHAR (25) ,
SALARY DECIMAL (18, 2),
PRIMARY KEY (ID, NAME)
);
如果 CUSTOMERS 表已经存在,此时再要将 ID 和 NAMES 字段定义为主键的话,请使用如下 SQL 语法:
ALTER TABLE CUSTOMERS
ADD CONSTRAINT PK_CUSTID PRIMARY KEY (ID, NAME);
删除主键
你可以将主键约束从数据表中删除,语法如下:
ALTER TABLE CUSTOMERS DROP PRIMARY KEY ;
外键
外键用于将两个数据表连接在一起,有时候也被称作“参照键”。
外键为单一字段或者多个字段的组合,并与另外一个数据表的主键相匹配。
两个表之间的关系是:一个表的主键与另一个表的外键相匹配。
示例:
考虑如下两个表的结构:
CUSTOMERS 表:
CREATE TABLE CUSTOMERS(
ID INT NOT NULL,
NAME VARCHAR (20) NOT NULL,
AGE INT NOT NULL,
ADDRESS CHAR (25) ,
SALARY DECIMAL (18, 2),
PRIMARY KEY (ID)
);
ORDERS 表:
CREATE TABLE ORDERS (
ID INT NOT NULL,
DATE DATETIME,
CUSTOMER_ID INT references CUSTOMERS(ID),
AMOUNT double,
PRIMARY KEY (ID)
);
如果 ORDERS 表已经存在,并且没有设置外键,那么可以使用下面的语法来修改数据表以指定外键。
ALTER TABLE ORDERS
ADD FOREIGN KEY (Customer_ID) REFERENCES CUSTOMERS (ID);
删除外键约束:
要删除外键约束的话,语法如下所示:
ALTER TABLE ORDERS
DROP FOREIGN KEY;
CHECK 约束
CHECK 约束使用某一条件来对记录中的值进行检查。如果条件最终为假(false),即约束条件不能得到满足,则该记录不能写入数据表中。
示例:
例如,下述 SQL 语句创建了一个名为 CUSTOMERS 的新表,并为其添加了五个字段。在此,我们为 AGE 字段设置了 CHECK 约束,以拒绝任何年龄低于 18 的顾客:
CREATE TABLE CUSTOMERS(
ID INT NOT NULL,
NAME VARCHAR (20) NOT NULL,
AGE INT NOT NULL CHECK (AGE >= 18),
ADDRESS CHAR (25) ,
SALARY DECIMAL (18, 2),
PRIMARY KEY (ID)
);
如果 CUSTOMERS 表已经存在,再要为 AGE 字段设置 CHECK 约束的话,就需要像下面这样写 SQL 语句:
ALTER TABLE CUSTOMERS
MODIFY AGE INT NOT NULL CHECK (AGE >= 18 );
或者也可以使用下面的语法,该语法还支持对作用于多个字段的约束命名:
ALTER TABLE CUSTOMERS
ADD CONSTRAINT myCheckConstraint CHECK(AGE >= 18);
删除 CHECK 约束:
要删除 CHECK 约束的话,请使用下面的 SQL 语句,不过该语句在 MySQL 中不起作用:
ALTER TABLE CUSTOMERS
DROP CONSTRAINT myCheckConstraint;
索引
索引用于在数据库中快速地创建和检索数据。索引可以由表中的一个或者多个字段创建。创建索引时,每一行都会获得一个 ROWID(在数据进行排序之前)。
合理运用索引可以提高大型数据库的性能。但是,创建索引之前还是要三思而后行。为哪些字段创建索引,则取决于 SQL 查询最常用到到哪些字段。
示例:
例如,下面的 SQL 语句创建了一个名为 CUSTOMERS 的新表,并为其添加了五个字段:
CREATE TABLE CUSTOMERS(
ID INT NOT NULL,
NAME VARCHAR (20) NOT NULL,
AGE INT NOT NULL,
ADDRESS CHAR (25) ,
SALARY DECIMAL (18, 2),
PRIMARY KEY (ID)
);
现在,你就可以使用下面的语法来为一个或者多个字段创建索引了:
CREATE INDEX index_name
ON table_name ( column1, column2.....);
例如,可以在 AGE 字段上创建索引,以优化对特定年龄的顾客的查询,其语法如下所示:
CREATE INDEX idx_age
ON CUSTOMERS ( AGE );
删除索引约束:
要删除索引约束的话,可以使用下面的 SQL 语句:
ALTER TABLE CUSTOMERS
DROP INDEX idx_age;
数据完整性
下面几类数据完整性存在于各个 RDBMS 中:
- 实体完整性:表中没有重复的行
- 域完整性:通过限制数据类型、格式或者范围来保证给定列的数据有效性
- 参照完整性:不能删除被其他记录引用的行
- 用户定义完整性:施加某些不属于上述三种完整性的业务规则
数据库规范化
数据库规范化指的是对数据库中的数据进行有效组织的过程。对数据库进行规范化主要有两个目的:
- 消除冗余数据,例如相同数据出现在不同的表中。
- 保证数据依赖性合理。
这两个目标都值得我们努力,因为它们可以减少数据的空间占用,并确保了数据的逻辑完备。规范化包含一系列的指导方针,以帮助你创建出优良的数据库结构。
规范化指导方针分为几种范式(form),你可以把范式想做是数据库的格式或者其结构的布局方式。使用范式的目标是对数据库结构进行整理,从而使其遵循第一范式,接着是第二范式,最终遵循第三范式。
要不要更进一步到达第四范式、第五范式甚至更高的范式取决于你。一般来说,第三范式足矣。
第一范式(1NF)
第一范式设定了对数据库进行组织的最基本的规范:
- 定义需要的数据项,因为这些项将会成为数据表中的字段。将相关的数据项放在一个表中。
- 保证不存在重复的数据。
- 保证有一个主键。
1NF 的第一规则:
你必须定义所需的数据项。这意味着查看要存储的数据,按照字段对其进行组织,定义各个字段的数据类型,最终将相关的字段放在同一个表中。
例如,将所有与会议地点相关的字段放在 Location 表中,将所有同与会成员相关的字段放在 MemberDetails 表中等等。
1NF 的第二规则:
下一步是保证不存在重复的数据集合。考虑如下的数据表:
CREATE TABLE CUSTOMERS(
ID INT NOT NULL,
NAME VARCHAR (20) NOT NULL,
AGE INT NOT NULL,
ADDRESS CHAR (25),
ORDERS VARCHAR(155)
);
如果我们用同一个顾客的多笔订单来填充该表,将会得到类似下面的数据表:
ID | NAME | AGE | ADDRESS | ORDERS |
100 | Sachin | 36 | Lower West Side | Cannon XL-200 |
100 | Sachin | 36 | Lower West Side | Battery XL-200 |
100 | Sachin | 36 | Lower West Side | Tripod Large |
但是,按照 1NF 我们必须保证没有重复的数据集合。所以,可以将上表分成两部分,然后使用一个键将两个表连接起来。
CUSTOMERS 表:
CREATE TABLE CUSTOMERS(
ID INT NOT NULL,
NAME VARCHAR (20) NOT NULL,
AGE INT NOT NULL,
ADDRESS CHAR (25),
PRIMARY KEY (ID)
);
表中记录如下:
ID | NAME | AGE | ADDRESS |
100 | Sachin | 36 | Lower West Side |
ORDERS 表:
CREATE TABLE ORDERS(
ID INT NOT NULL,
CUSTOMER_ID INT NOT NULL,
ORDERS VARCHAR(155),
PRIMARY KEY (ID)
);
表中记录如下:
ID | CUSTOMER_ID | ORDERS |
10 | 100 | Cannon XL-200 |
11 | 100 | Battery XL-200 |
12 | 100 | Tripod Large |
1NF 的第三规则:
第一范式的最后一条规则是,为每一个数据表创建一个主键。
第二范式(2NF)
第二范式规定,数据表必须符合第一范式,并且所有字段与主键之间不存在部分依赖关系。
考虑顾客与订单之间的关系,你可能会想要存储顾客 ID、顾客姓名、订单 ID、订单明细以及购买日期:
CREATE TABLE CUSTOMERS(
CUST_ID INT NOT NULL,
CUST_NAME VARCHAR (20) NOT NULL,
ORDER_ID INT NOT NULL,
ORDER_DETAIL VARCHAR (20) NOT NULL,
SALE_DATE DATETIME,
PRIMARY KEY (CUST_ID, ORDER_ID)
);
该表符合第一范式,因为它满足第一范式的所有规则。表中的主键有 CUST_ID 和 ORDER_ID。二者一起作为主键,我们假定同一个顾客不会购买相同的东西。