数据库基础概述

（一） 数据库基础

1. 什么是数据库

数据库这个术语的用法很多，一般来说，数据库是一个以某种有组织的方式存储的数据集合。理解数据库的一种最简单的办法是将其想象为一个文件柜。此文件柜是一个存放数据的物理位置，不管数据是什么以及如何组织的。

数据库（database）：保存有组织的数据的容器（通常是一个文件或一组文件）。

2. 数据库管理系统（DBMS）

人们通常用数据库这个术语来代表他们使用的数据库软件。这是不正确的，它是引起混淆的根源。

确切地说，数据库软件应称为 DBMS（数据库管理系统）。数据库是通过 DBMS 创建和操纵的容器。数据库可以是保存在硬设备上的文件，但也可以不是。在很大程度上说，数据库究竟是文件还是别的什么东西并不重要，因为你并不直接访问数据库；你使用的是DBMS，它替你访问数据库。

数据库管理系统（DBMS）的种类：

1. 关系型数据库管理系统
   Oracle Database：甲骨文公司的RDBMS
   SQL Server：微软公司的RDBMS
   DB2：IBM公司的RDBMS
   PostgreSQL：开源的RDBMS
   MySQL：开源的RDBMS
2. 非关系型数据库管理系统
   MongoDB
   Redis
   ...

3. 数据库、数据库管理系统、SQL

严格来说，数据库和数据库管理系统不是同一个东西。但是在现实中，数据、DBMS 及关联应用一起被称为数据库系统，通常简称为数据库。

1. 数据库
   用于存储数据的地方，是通过 DBMS 创建和操纵的容器（通常是一个文件或一组文件，即存储在磁带、磁盘、光盘或其他外存介质上、按一定结构组织在一起的相关数据的集合）。
2. 数据库管理系统
   用于管理数据库的软件，数据库管理系统是一种操纵和管理数据库的大型软件，用于建立、使用和维护数据库，简称 DBMS。它对数据库进行统一的管理和控制，以保证数据库的安全性和完整性。
3. SQL
   它只是一种语言，是一种专门用来与数据库沟通的语言。
   与其他语言（如，英语以及Java和Visual Basic这样的程序设计语言）不一样，SQL由很少的词构成，这是有意而为的。设计SQL的目的是很好地完成一项任务，即提供一种从数据库中读写数据的简单有效的方法。

4. 数据库详细信息（往文件柜中放文件）

在将资料放入自己的文件柜时，并不是随便将它们扔进某个抽屉就完事了，而是在文件柜中创建文件，然后将相关的资料放入特定的文件中。在数据库领域中，这种文件称为表。

1. 表
   表是一种结构化的文件，可用来存储某种特定类型的数据。表可以保存顾客清单、产品目录，或者其他信息清单。数据库中的每个表都有一个名字来标识自己，这个名字是唯一的。
2. 列
   表由列组成。表中的一个字段。所有表都是由一个或多个列组成的。
3. 列的数据类型
   数据库中每个列都有相应的数据类型。数据类型（datatype）定义了列可以存储哪些数据种类。
4. 行
   表中的数据是按行存储的，所保存的每个记录存储在自己的行内。如果将表想象为网格，网格中垂直的列为表列，水平行为表行。（一条数据库记录，通常指的是一行数据）
5. 主键
   表中每一行都应该有一列（或几列），其值可以唯一标识自己。唯一标识表中每行的这个列（或这几列）称为主键。主键用来表示一个特定的行。没有主键，更新或删除表中特定行就极为困难，因为你不能保证操作只涉及相关的行。

（二） MySQL

1. MySQL 的客户端／服务器架构

以我们平时使用的 QQ 为例，它其实是由两部分组成的，一部分是客户端程序，一部分是服务器程序。客户端可能有很多种形式，比如 浏览器网站、微信、QQ、网游客户端等等。当我们在 QQ 上给某个好友发送消息时，通常过程是这样的：

1. 消息被客户端包装了一下，添加了发送者和接收者信息，然后从我们的 QQ 客户端传送给 腾讯QQ 服务器
2. 腾讯 QQ 服务器从消息里获取到它的发送者和接收者，根据消息的接收者信息把这条消息送达到指定的好友 QQ 客户端，对方的 QQ 客户端里就显示出刚刚发送的一条消息。

MySQL 的使用过程跟这个是一样的，它的服务器程序直接和我们存储的数据打交道，然后可以有好多客户端程序连接到这个服务器程序，发送增删改查的请求，然后服务器就响应这些请求，从而操作它维护的数据。和 QQ 一样，MySQL的每个客户端都需要提供用户名密码才能登录，登录之后才能给服务器发请求来操作某些数据。我们日常使用MySQL的情景一般是这样的：

1. 启动MySQL服务器程序。
2. 启动MySQL客户端程序并连接到服务器程序。
3. 在客户端程序中输入一些命令语句作为请求发送到服务器程序，服务器程序收到这些请求后，会根据请求的内容来操作具体的数据并向客户端返回操作结果。

• MySQL客户端
  MySQL 的命令行客户端（MySQL 安装时携带的 mysql.exe 文件）
• MySQL服务器端
  MySQL 安装时携带的 mysqld.exe 文件

2. MySQL 服务器处理客户端请求

客户端进程向服务器进程发送一段文本（MySQL语句），服务器进程处理后再向客户端进程发送一段文本（处理结果）。那服务器进程对客户端进程发送的请求做了什么处理，才能产生最后的处理结果呢？

从上图可以看出，客户端可以向服务器发送增删改查各类请求，服务器程序处理来自客户端的查询请求大致需要经过三个部分，分别是 连接管理、解析与优化、存储引擎。

1. 连接管理
   客户端进程一般采用网络套接字来与服务器进程建立连接，每当有一个客户端进程连接到服务器进程时，服务器进程都会创建一个线程来专门处理与这个客户端的交互，当该客户端退出时会与服务器断开连接，服务器并不会立即把与该客户端交互的线程销毁掉，而是把它缓存起来，在另一个新的客户端再进行连接时，把这个缓存的线程分配给该新客户端。这样就起到了不频繁创建和销毁线程的效果，从而节省开销。
2. 解析与优化
   查询缓存： 把刚刚处理过的查询请求和结果缓存起来，如果下一次有一模一样的请求过来，直接从缓存中查找结果，就不用再傻呵呵的去底层的表中查找了。（维护缓存会造成一些开销，从MySQL 5.7.20开始，不推荐使用查询缓存，并在MySQL 8.0中删除。）
   语法解析： 客户端程序发送过来的请求只是一段文本，因此MySQL服务器程序首先要对这段文本做分析，判断请求的语法是否正确，然后从文本中将要查询的表、各种查询条件都提取出来放到MySQL服务器内部使用的一些数据结构上来。
   查询优化： 语法解析之后，服务器程序获得到了需要的信息，比如要查询的列是哪些，表是哪个，搜索条件是什么等等，但光有这些是不够的，因为我们写的MySQL语句执行起来效率可能并不是很高，MySQL的优化程序会对我们的语句做一些优化，如外连接转换为内连接、表达式简化、子查询转为连接等等的一堆东西。
3. 存储引擎
   截止到服务器程序完成了查询优化为止，还没有真正的去访问真实的数据表，MySQL服务器把数据的存储和提取操作都封装到了一个叫存储引擎的模块里。存储引擎负责在物理上表示表和记录。怎么从表中读取数据，怎么把数据写入具体的物理存储器上。
   MySQL提供了各式各样的存储引擎，不同的存储引擎管理的数据库表具体的存储结构可能不同，采用的存取算法也可能不同，不同的存储引擎支持不同的功能。（常用存储引擎有：InnoDB、MyISAM、MEMORY等等）

（三） 参考

《MySQL必知必会》
《MySQL是怎样运行的 - 从根儿上理解 MySQL》 非常非常棒的一本书，通俗易懂的讲解了 MySQL 的运行，值得买书来看