一切都是关系

2 关系数据库

所谓关系数据库（Relational database）是创建在关系模型基础上的数据库，借助于集合代数等数学概念和方法来处理数据库中的数据。

现实世界中的各种实体以及实体之间的各种联系均用关系模型表示。现如今虽然对此模型有一些批评意见，但它还是数据存储的传统标准。标准数据查询语言SQL就是一种基于关系数据库的语言，这种语言执行对关系数据库中数据的检索和操作。

关系模型由关系数据结构、关系操作集合、关系完整性约束三部分组成。

2.1 数据结构

• 表（关系Relation） 以列（值组Tuple）和行（属性Attribute）的形式组织起来的数据的集合。一个数据库包括一个或多个表（关系Relation）。例如，可能有一个有关作者信息的名为authors的表（关系Relation）。每行（属性Attribute）都包含特定类型的信息，如作者的姓氏。每列（值组Tuple）都包含有关特定作者的所有信息：姓、名、住址等等。在关系型数据库当中一个表（关系Relation）就是一个关系，一个关系数据库可以包含多个表（关系Relation）
• 行 也称为记录（Record），代表了关系中的单个实体。
• 列 也称为字段（Field），表示实体的某个属性。表中的每个列都有一个对应的数据类型，常见的数据类型包括字符类型、数字类型、日期时间类型等。

2.2 操作集合

关系模块中常用的操作包括：

• 增加（Create）
• 查询（Retrieve）
• 更新（Update）
• 删除（Delete）

其中，使用最多、也最复杂的操作就是数据查询，具体来说包括

• 选择（Selection）
• 投影（Projection）
• 并集（Union）
• 交集（Intersection）
• 差集（exception）
• 笛卡儿积（Cartesian product）
• ...

2.3 完整性约束

完整性约束包括

2.3.1 实体完整性(Entity integrity)

实体完整性（是关系模型中数据库完整性三项规则的其中之一。实体完整性这项规则要求每个数据表都必须有主键，而作为主键的所有栏位，其属性必须是独一及非空值。

在关系数据库中，唯一标识每一行数据的字段称为主键（Primary Key），主键字段不能为空。每个表有且只能有一个主键。

2.3.2 参照完整性

又称引用完整性，是数据的属性，用以表明引用的有效。参照的完整性不允许关系中有不存在的实体引用。参照完整性与实体完整性二者，皆是关系模型必须满足的完整性约束条件，其目的在于保证数据的一致性。

外键的参照完整性。

• 外键（Foreign Key）代表了两个表之间的关联关系 比如员工属于某个部门；因此员工表中存在部门编号字段，引用了部门表中的部门编号字段。对于外键引用，被引用的数据必须存在，员工不可能属于一个不存在的部门；删除某个部门之前，也需要对部门中的员工进行相应的处理。

2.3.3 用户定义完整性

基于业务需要自定义的约束。

• 非空约束（NOT NULL） 确保了相应的字段不会出现空值，例如员工一定要有姓名

• 唯一约束（UNIQUE） 用于确保字段中的值不会重复，每个员工的电子邮箱必须唯一

• 检查约束（CHECK） 可以定义更多的业务规则，例如，薪水必须大于 0 ，字符必须大写等

• 默认值（DEFAULT） 用于向字段中插入默认的数据。

MySQL 中只有 InnoDB 存储引擎支持外键约束；MySQL 8.0.16 增加了对检查约束的支持。因此我们强大的 MySQL 支持以上所有约束。

> 从 MySQL 5.5 开始默认使用 InnoDB 存储引擎，支持事务处理（ACID）、行级锁定、故障恢复、多版本并发控制（MVCC）以及外键约束等

3 SQL：面向集合编程

3.1 语法特性

SQL 是一种声明性的编程语言，语法接近于自然语言（英语）。通过几个简单的英文单词，例如 SELECT、INSERT、UPDATE、CREATE、DROP 等，完成大部分的数据库操作。

• 简单的查询示例 可以看出，SQL 简单直观。

• 以上查询中的 SELECT、FROM 等称为关键字（也称为子句），一般大写

• 表名、列名等内容一般小写

• 分号（;）表示语句的结束

SQL 语句不区分大小写，但是遵循一定的规则可以让代码更容易阅读。

SQL 是一种声明式的语言，声明式语言的主要思想是告诉计算机想要什么结果（what），但不指定具体怎么做。这类语言还包括 HTML、正则表达式以及函数式编程等。

3.2 面向集合

对于 SQL 语句而言，它所操作的对象是一个集合（表），操作的结果也是一个集合（表）。例如以下查询：

SELECT emp_id, emp_name, salary
  FROM employee;

其中 employee 是一个表，它是该语句查询的对象；同时，查询的结果也是一个表。所以，我们可以继续扩展该查询：

SELECT emp_id, emp_name, salary
  FROM (
       SELECT emp_id, emp_name, salary
         FROM employee
       ) dt;

我们将括号中的查询结果（取名为 dt）作为输入值，传递给了外面的查询；最终整个语句的结果仍然是一个表。

SQL 中的查询可以完成各种数据操作，例如过滤转换、分组汇总、排序显示等；但是它们本质上都是针对表的操作，结果也是表。

不仅仅是查询语句，SQL 中的插入、更新和删除都以集合为操作对象。我们再看一个插入数据的示例：

CREATE TABLE t(id INTEGER);

-- 适用于 MySQL、SQL Server 以及 PostgreSQL
INSERT INTO t(id)
VALUES (1), (2), (3);

我们首先使用 CREATE TABLE 语句创建了一个表，然后使用 INSERT INTO 语句插入数据。在执行插入操作之前，会在内存中创建一个包含 3 条数据的临时集合（表），然后将该集合插入目标表中。由于我们通常一次插入一条数据，以为是按照数据行进行插入；实际上，一条数据也是一个集合，只不过它只有一个元素而已。

UNION ALL 是 SQL 中的并集运算，用于将两个集合组成一个更大的集合。此外，SQL 还支持交集运算（INTERSECT）、差集运算（EXCEPT）以及笛卡儿积（Cartesian product）

4 数据库案例

包含 3 个表：员工表（employee）、部门表（department）和职位表（job）。

• 结构图，也称为实体-关系图（Entity-Relational Diagram）

5 总结

关系模型中定义了一个简单的数据结构，即关系（表），用于存储数据。SQL 是关系数据库的通用标准语言，通过声明的方式执行数据定义、数据操作、访问控制等。 记住，对于 SQL，一切都是关系（表）。

参考

• 《数据库系统概念（原书第6版）》
• 关系数据库
• SQL 从入门到精通
• 实体完整性
• 参照完整性