# 21.1 数据库概论

关系型数据库基于关系模型，以二维表格存储数据，通过表间关联关系组织、管理与查询数据。

关系型数据库管理系统（Relational Database Management System，RDBMS）通过结构化查询语言（Structured Query Language，SQL）提供数据定义、数据操作和数据控制功能，通过事务机制保证数据的一致性与完整性。

在此基础上，本部分介绍关系型数据库的基本操作与 SQL 语法。

## 在 UNIX 系统中连接数据库并执行 SQL 脚本

在 UNIX 或类 UNIX 系统中，可通过命令行连接数据库并执行 SQL 脚本。

以下命令连接 MySQL 数据库并执行 SQL 脚本：

```sh
# mysql -u root -p          # 以 root 用户登录 MySQL，-u 指定用户名，-p 表示需要密码验证
mysql> source FileName.sql  # 在 MySQL 交互式界面中执行指定的 SQL 文件，source 命令读取文件内容并逐条执行 SQL 语句
```

## 建立数据库

在关系型数据库中，数据库是存储相关数据表的容器，每个数据库具有独立的权限控制机制与存储空间。

可通过 SQL 语句创建新的数据库：

```sql
create database db_name;
```

* `db_name`：数据库名，用于标识数据库。数据库名在数据库实例中必须唯一。

## 数据库重命名

```sql
rename database old_name to new_name;
```

* `old_name`：旧数据库名，要重命名的数据库的当前名称
* `new_name`：新数据库名，重命名后的数据库名称

在 MySQL 中，`RENAME DATABASE` 存在于早期版本，但在 MySQL 5.1.23 之后已移除，原因是该操作存在安全风险。

现代 MySQL 需要重命名数据库时，应先导出数据，再创建新数据库并导入数据。

## 查看数据库

```sql
show databases;
```

## 进入数据库

```sql
use db_name;
```

* `db_name`：数据库名

## 删除数据库

```sql
drop database db_name;
```

* `db_name`：数据库名

## 更改数据库字符集

```sql
alter database xxx
default character set utf8mb4;
```

* `xxx`：数据库名
* `utf8mb4`：字符集名称，指定数据库的默认字符集

## SQL 数据类型

SQL 数据类型定义了表中列可以存储的数据种类和格式。

* `tinyint`（1B）、`smallint`（2B）、`mediumint`（3B）、`int`（4B）、`bigint`（8B）
* `float`（4B）、`double`（8B）、`decimal(整体位数, 小数点后位数)`
* `char` 是字符类型，若需存储字符串，则需使用 `char(字符数)`
* `unsigned + 数据类型` 可设置为无符号的数据类型

## 建立表

```sql
create table table_name (
  column_name data_type,
  column_name data_type,
  column_name data_type
);
```

* `table_name`：表名
* `column_name`：列名
* `data_type`：数据类型

## 表重命名

```sql
alter table old_name rename to new_name;
```

* `old_name`：旧表名
* `new_name`：新表名

## 查看数据库中有哪些表

```sql
show tables;
```

## 展示表结构

```sql
desc table_name;
```

## 显示表全部信息（select \* from 表名）

```sql
select * from table_name;
```

## SQL 语法：注释

单行注释：

```sql
-- 这是单行注释：注释不会被执行，用于说明 SQL 语句的用途或注意事项
```

多行注释：

```sql
/*
   这里是多行注释
   可以跨越多行，用于描述复杂的业务逻辑或临时禁用代码块
*/
```

## 主键、唯一约束、非空约束与自动编号

```sql
create table 表名
(
  -- 主键
  列名 数据类型 primary key,
  -- 唯一
  列名 char(20) unique,
  -- 不允许为空
  列名 数据类型 not null,
  -- 自动编号
  列名 数据类型 auto_increment
);
```

## 信息写入表

```sql
insert into table_name (col1, col2) values (123, '李明');
```

* `col1`：列名 1
* `col2`：列名 2

## 表新增列

```sql
alter table table_name
add column new_col data_type;
```

* `new_col`：新列名
* `data_type`：数据类型

## 表删除列

```sql
alter table 表名 drop column 列名;
```

## 修改表列数据类型

```sql
alter table table_name modify column col_name new_data_type;
```

* `new_data_type`：新数据类型

## 表添加主键

```sql
alter table table_name
add primary key (col_name);
```

* `col_name`：作为主键的列名（通常为已存在的列）

## 表删除主键

```sql
alter table table_name drop primary key;
```

## 唯一性约束

### 表添加唯一性约束

```sql
alter table table_name
add constraint constraint_name unique (col_name);
```

* `constraint_name`：唯一约束名
* `col_name`：列名

### 表删除唯一性约束

```sql
alter table table_name
drop index constraint_name;
```

## 外键

### 添加外键

```sql
ALTER TABLE table_name
ADD CONSTRAINT fk_column_name
FOREIGN KEY (fk_column)
REFERENCES tstu(sid);
```

* `fk_column_name`：外键名
* `fk_column`：子表中的外键列名

### 删除外键

```sql
alter table table_name
drop foreign key fk_name;
```

* `table_name`：子表名
* `fk_name`：外键名

### 外键的概念

外键用于建立两个表之间的关联关系，由一列或多列组成，指向另一个表的主键或唯一键，确保数据的一致性与完整性。数据库管理系统在外键约束上维护参照完整性，确保子表中的外键值必须存在于父表的主键或唯一键中，或者为 NULL（如果允许）。

子表：包含外键的表，子表中的外键列指向父表的主键或唯一键。例如上文示例中的子表。

父表：外键引用的表，父表中的被引用列通常是主键（PRIMARY KEY）或唯一键（UNIQUE）。例如上文示例中的父表。

### 父表数据删除失败

原因：子表中存在引用该数据的记录，数据库管理系统会阻止删除操作以维护参照完整性。 解决：使用 `ON DELETE CASCADE` 自动删除子表中的相关记录，或先手动删除子表记录，再删除父表记录。 `ON DELETE CASCADE` 是外键约束的一个选项，父表记录删除时，数据库自动删除子表中所有引用该记录的行。此机制在“自动维护父表和子表之间的参照完整性”一节中有详细说明。

### 父子表和外键示例

```sql
-- 创建父表 customers，包含以下列：
CREATE TABLE customers (
    id INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY, -- 主键，自动编号
    name VARCHAR(100) NOT NULL,        -- 客户名
    email VARCHAR(150) UNIQUE          -- 唯一的电子邮件
);

-- 创建子表 orders
CREATE TABLE orders (
    order_id INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY, -- 主键，订单编号
    order_date DATE NOT NULL,                -- 订单日期
    customer_id INT,                         -- 外键列，关联客户 ID
    amount DECIMAL(10,2),                    -- 订单金额
    FOREIGN KEY (customer_id) REFERENCES customers(id) -- 定义外键
    ON DELETE CASCADE -- 当父表记录被删除时，级联删除子表相关记录
    ON UPDATE CASCADE -- 当父表主键更新时，子表外键自动更新
);
```

1. 创建父表 customers： 包含列： id：主键，用于唯一标识客户。 name：客户姓名。 email：唯一约束，用于防止重复的电子邮件地址。
2. 创建子表 orders： order\_id：主键，用于唯一标识订单。 order\_date：记录订单日期。 customer\_id：外键列，用于关联客户。 amount：订单金额。
3. 设置外键： `FOREIGN KEY (customer_id) REFERENCES customers(id)` 表示子表的 customer\_id 列引用父表的 id 列。 `ON DELETE CASCADE` 删除父表记录时，子表中引用该记录的行也会被删除。 `ON UPDATE CASCADE` 更新父表主键时，子表外键列会自动更新。

## 修改列的数据类型

```sql
ALTER TABLE 表名
MODIFY COLUMN 列名 新数据类型;

-- 例如（重设数据类型并不允许为空、设置默认值）
ALTER TABLE book_table
MODIFY COLUMN BookName CHAR(100) NOT NULL DEFAULT '《书名》';

-- 如果修改的列是外键，必须先删除外键约束，然后修改数据类型，最后重新添加外键约束
alter table 子表 drop FOREIGN KEY 外键名;
alter table 子表 modify column 列名 新数据类型;
alter table 子表 add constraint 外键名 FOREIGN KEY (列名) REFERENCES 父表名(父列名);
```

## 修改表信息、删除行

```sql
-- 修改表信息
update 表名
set 列名 = 新值
where 条件;
```

`SET` 子句用于指定需要修改的列。如需仅修改部分记录，应通过 `WHERE` 子句限定条件，以明确修改范围。

```sql
-- 删除行
DELETE FROM book_table
WHERE BookNumber < 200;
```

下面给出几个示例：

```sql
update book_table
set Price = Price * 1.2
where Publisher = "人民邮电出版社";
```

该示例将 `book_table` 表中 `Publisher` 值为“人民邮电出版社”的记录的 `Price` 值统一乘以 `1.2`，即在原价基础上增加 20%。

```sql
DELETE FROM book_table
WHERE BookNumber < 200;

DELETE FROM book_table
WHERE author IN ('王阳', '刘天洋');
```

### WHERE 子句

WHERE 子句是 SQL 语句中的重要组成部分，用于指定筛选条件，仅操作符合条件的记录。

```sql
...(update 或 delete)
where Price < 50;
...(update 或 delete)
WHERE author = '王阳' or author = '刘天洋';
...(update 或 delete)
WHERE name in ('张三', '李四');
```

1. 若 `Price` 值小于 50，则执行相应操作。
2. 若 `author` 值为王阳或刘天洋，则执行相应操作。
3. 若 `name` 值为张三或李四，则执行相应操作。

WHERE 子句指定条件表达式，该表达式计算并返回布尔值。

### SQL 运算符

运算符是 SQL 语句中用于数据计算和比较的符号，分为算术运算符、比较运算符、逻辑运算符和特殊运算符等几类。

#### 算术运算符

* `+` 加法运算符
* `-` 减法运算符
* `*` 乘法运算符
* `/` 除法运算符
* `%` 取模运算符

#### 比较运算符

* `=` 等于（在 SQL 中用于比较，而非赋值）
* `!=` 不等于
* `<` 小于
* `>` 大于
* `<=` 小于等于
* `>=` 大于等于
* `<=>` NULL 安全等于，NULL <=> NULL，返回结果是 TRUE

#### 逻辑运算符

* `and` 两条件都为真时才返回真，否则为假
* `or` 两条件有一个为真时返回真，全为假时才返回假
* `not` 反转真假
* `xor` 仅一个条件为真时才返回真，否则返回假

#### 特殊运算符

* `in`：“值在列表中”运算符，用于筛选符合条件的记录，并返回布尔结果，供 update 或 delete 语句使用。例如 `5 in (1, 3, 5)` 返回真。
* `between` 范围匹配：例如 `5 between 1 and 10` 返回真。
* `like` 模式匹配：`'abc' like 'a%'` 返回真。百分号在此处功能类似 shell 通配符。
* `IS NULL`“判断表项是否为 NULL”：`NULL IS NULL` 返回 TRUE。 示例：查看书名条目是否存在 `《xxx 设计 yyy》`。

```sql
select * from book_table
where BookName like '%设计%';

select * from book_table
where BookName like '_____';
-- 五个下划线代表五个字，返回长度为 5 个字的书名。
```

在书籍管理数据库中，使用 LIKE '%设计%' 会返回类似《MySQL 数据库设计》的书名。

## 自动维护父表和子表之间的参照完整性

参照完整性确保相关表之间数据的一致性。父表数据变化时，子表中的相关数据也需相应调整。

* **CASCADE** 级联操作：父表记录删除/更新时，子表中相关记录也一并删除/更新。
* **SET NULL** 将子表中的外键列设置为 NULL（要求外键列允许 NULL）。
* **RESTRICT** 拒绝操作：不允许删除/更新父表中被引用的记录（立即返回错误）。
* **NO ACTION** 类似 RESTRICT。在 MySQL 中，二者完全等价，均立即拒绝违反参照完整性的操作。在 SQL 标准中，NO ACTION 在语句结束时检查完整性，而非延迟到事务结束。
* **SET DEFAULT** 设置为默认值，MySQL 不支持。

## SELECT 语句

SELECT 语句是 SQL 中最常用的查询语句，用于从数据库中检索数据。SELECT 关键字后指定要查询的列名，使用 `*` 表示选择所有列。SELECT 语句的基本语法包括 SELECT 子句（指定要返回的列）、FROM 子句（指定数据源表）、WHERE 子句（指定过滤条件）、GROUP BY 子句（分组聚合）、HAVING 子句（分组过滤）和 ORDER BY 子句（结果排序）。

```sql
select * from student_table
where age = (select max(age) from student_table);
```

该查询用于显示 student\_table 中年龄等于该表最大年龄值的记录。内部子查询 `(select max(age) from student_table)` 首先执行，返回表中的最大年龄值；外部查询使用 WHERE 子句过滤出年龄等于该最大值的所有记录。

### 升序输出和降序输出

排序是查询的重要功能，通过 ORDER BY 子句可以指定查询结果的排序方式。

ASC 升序，DESC 降序。

```sql
SELECT student_name FROM student_table ORDER BY student_name DESC;
```

`LIMIT a, b` 用于限制查询结果的数量，其中 a 表示起始位置（从 0 开始），b 表示返回的记录条数。

```sql
SELECT * from `学生表`
ORDER BY `学号` desc
LIMIT 0,3;
```

### 连接查询

连接查询是关系型数据库的核心功能，可从多个相关联的表中同时获取数据。

#### 显式连接

```sql
SELECT name, score --name 来自学生表，score 来自分数表
FROM stu_table -- 表一
JOIN score_table -- 表二
ON stu_table.stu_id = score_table.s_id; -- 连接条件
WHERE name = 'Jack' -- 筛选条件，后面还可以接上 AND 或 OR。
```

`name` 取自 `stu_table` `score` 取自 `score_table`

#### 隐式连接

```sql
SELECT name, score
FROM stu_table, score_table
WHERE stu_table.stu_id = score_table.s_id
AND name = 'Jack';
```

虽然隐式连接语法较为简洁，但实际开发中推荐使用显式连接，可提高可读性和可维护性。


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