数据库学习教程

    数据模型与关系理论

    关系模型由 E.F. Codd 于 1970 年提出，是当今绝大多数数据库的理论基础。它用二维表表示数据，用集合运算描述查询，将「数据如何存储」与「数据如何查询」解耦。

    核心概念

    关系术语日常叫法说明
    关系（relation）表（table）同类数据的集合
    元组（tuple）行（row）一条完整记录
    属性（attribute）列（column）一个字段
    域（domain）数据类型与取值约束列允许的取值范围
    基数（cardinality）行数关系中的元组个数
    度（degree）列数关系的属性个数

    关系模型要求每一行唯一（由主键保证），且列值满足原子性——这是一切约束与规范化的起点。

    键与约束

    • 主键（Primary Key）：唯一标识一行的列或列组合，非空且唯一。
    • 外键（Foreign Key）：引用另一张表的主键，用于维护参照完整性。
    • 唯一键（Unique Key）：保证列值不重复，允许一个 NULL（各实现略有差异）。
    • 非空（NOT NULL）：强制列必须有值。
    • 检查约束（CHECK）：限定列取值满足某个条件。
    CREATE TABLE users (
    id         BIGINT       PRIMARY KEY,
    email      VARCHAR(255) NOT NULL UNIQUE,
    age        SMALLINT     CHECK (age >= 0),
    created_at TIMESTAMP    NOT NULL DEFAULT CURRENT_TIMESTAMP
);

CREATE TABLE orders (
    id      BIGINT PRIMARY KEY,
    user_id BIGINT NOT NULL,
    amount  DECIMAL(12, 2) NOT NULL,
    CONSTRAINT fk_orders_user
        FOREIGN KEY (user_id) REFERENCES users (id)
);

    关系运算

    关系代数提供了一组封闭的运算，SQL 是对它们的实现：

    运算含义SQL 对应
    选择 σ按条件筛选行WHERE
    投影 π选取部分列SELECT 列表
    并 ∪两个集合合并去重UNION
    差 −集合相减EXCEPT / MINUS
    笛卡尔积 ×全组合CROSS JOIN
    连接 ⋈按条件组合行JOIN ... ON
    Tip

    理解「表是集合」这一心智模型非常重要：它解释了为什么 NULL 参与比较会得到 UNKNOWN 而非 TRUE，也解释了连接为何可能放大行数（笛卡尔积）。

    ACID：关系型数据库的承诺

    特性含义
    原子性 A事务内操作要么全部成功，要么全部回滚
    一致性 C事务前后数据满足所有约束
    隔离性 I并发事务互不干扰
    持久性 D提交后的数据不因故障丢失

    关系型 vs 非关系型

    维度关系型文档 / KV 型
    Schema强约束、需预先定义灵活、可动态演化
    扩展方式垂直扩展 + 分库分表水平分片天然友好
    事务成熟、跨表强一致逐版本增强，通常单文档/单分片
    查询语言标准化 SQL各产品自有的 API
    适用场景结构化、强一致业务半结构化、高吞吐、弱关联数据
    Warning

    「NoSQL 不需要设计 Schema」是一种误解。文档模型只是把约束从数据库移到了应用层，字段命名、类型与版本仍需严格约定，否则数据会迅速腐化。

    小结

    • 关系模型以表、行、列、键与约束描述数据，是一切 SQL 数据库的共同根基。
    • 主键保证实体完整性，外键保证参照完整性，二者共同维护数据的一致性。
    • SQL 是关系代数的工程化实现；理解集合语义能避免许多陷阱。