關(guān)系數(shù)據(jù)庫的設(shè)計思想是什么

本篇內(nèi)容介紹了“關(guān)系數(shù)據(jù)庫的設(shè)計思想是什么”的有關(guān)知識，在實際案例的操作過程中，不少人都會遇到這樣的困境，接下來就讓小編帶領(lǐng)大家學(xué)習(xí)一下如何處理這些情況吧！希望大家仔細(xì)閱讀，能夠?qū)W有所成！

在計算機(jī)領(lǐng)域有許多偉大的設(shè)計理念和思想，例如：

• 在 Unix 中，一切皆文件。

• 在面向?qū)ο蟮木幊陶Z言中，一切皆對象。

關(guān)系數(shù)據(jù)庫同樣也有自己的設(shè)計思想：在 SQL 中，一切皆關(guān)系。

關(guān)系模型

關(guān)系模型(Relational model)由 E.F.Codd 博士于 1970  年提出，以集合論中的關(guān)系概念為基礎(chǔ);無論是現(xiàn)實世界中的實體對象還是它們之間的聯(lián)系都使用關(guān)系表示。我們在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中看到的關(guān)系就是二維表(Table)，由行(Row)和列(Column)組成。因此，也可以說關(guān)系表是由數(shù)據(jù)行構(gòu)成的集合。

• 關(guān)系模型由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、關(guān)系操作、完整性約束三部分組成。

• 關(guān)系模型中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是關(guān)系表，包括基礎(chǔ)表、派生表(查詢結(jié)果)和虛擬表(視圖)。

• 常用的關(guān)系操作包括增加、刪除、修改和查詢(CRUD)，使用的就是 SQL  語言。其中查詢操作最為復(fù)雜，包括選擇(Selection)、投影(Projection)、并集(Union)、交集(Intersection)、差集(Exception)以及笛卡兒積(Cartesian  product)等。

• 完整性約束用于維護(hù)數(shù)據(jù)的完整性或者滿足業(yè)務(wù)約束的需求，包括實體完整性(主鍵約束)、參照完整性(外鍵約束)以及用戶定義的完整性(非空約束、唯一約束、檢查約束和默認(rèn)值)。

我們今天的主題是關(guān)系操作語言，也就是  SQL。本文使用的示例數(shù)據(jù)來源于https://blog.csdn.net/horses/article/details/86518676。

面向集合

SQL(結(jié)構(gòu)化查詢語言)是操作關(guān)系數(shù)據(jù)庫的標(biāo)準(zhǔn)語言。SQL  非常接近英語，使用起來非常簡單。它在設(shè)計之初就考慮了非技術(shù)人員的使用需求，我們通常只需說明想要的結(jié)果(What)，而將數(shù)據(jù)處理的過程(How)交給數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。所以說，SQL  才是真正給人用的編程語言!

接下來我們具體分析一下關(guān)系的各種操作語句;目的是為了讓大家能夠了解 SQL 是一種面向集合的編程語言，它的操作對象是集合，操作的結(jié)果也是集合。

在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，關(guān)系、表、集合三者通常表示相同的概念。

SELECT

下面是一個簡單的查詢語句：

SELECT employee_id, first_name, last_name, hire_date  FROM employees;

它的作用就是從 employees 表中查詢員工信息。顯然，我們都知道 FROM  之后是一個表(關(guān)系、集合)。不僅如此，整個查詢語句的結(jié)果也是一個表。所以，我們可以將上面的查詢作為表使用：

SELECT *  FROM (SELECT employee_id, first_name, last_name, hire_date          FROM employees) t;

括號內(nèi)的查詢語句被稱為派生表，我們給它指定了一個別名叫做 t。同樣，整個查詢結(jié)果也是一個表;這就意味著我們可以繼續(xù)嵌套，雖然這么做很無聊。

我們再看一個 PostgreSQL 中的示例：

-- PostgreSQLSELECT *  FROM upper('sql');| upper ||-------||   SQL |

upper() 是一個大寫轉(zhuǎn)換的函數(shù)。它出現(xiàn)在 FROM 子句中，意味著它的結(jié)果也是一個表，只不過是 1 行 1 列的特殊表。

SELECT 子句用于指定需要查詢的字段，可以包含表達(dá)式、函數(shù)值等。SELECT  在關(guān)系操作中被稱為投影(Projection)，看下面的示意圖應(yīng)該就比較好理解了。

除了 SELECT 之外，還有一些常用的 SQL 子句。

WHERE 用于指定數(shù)據(jù)過濾的條件，在關(guān)系運(yùn)算中被稱為選擇(Selection)，示意圖如下：

ORDER BY 用于對查詢的結(jié)果進(jìn)行排序，示意圖如下：

總之，SQL 可以完成各種數(shù)據(jù)操作，例如過濾、分組、排序、限定數(shù)量等;所有這些操作的對象都是關(guān)系表，結(jié)果也是關(guān)系表。

在這些關(guān)系操作中，有一個比較特殊，就是分組。

GROUP BY

分組( GROUP BY)操作和其他的關(guān)系操作不同，因為它改變了關(guān)系的結(jié)構(gòu)。來看下面的示例：

SELECT department_id, count(*), first_name  FROM employees GROUP BY department_id;

該語句的目的是按照部門統(tǒng)計員工的數(shù)量，但是存在一個語法錯誤，就是 first_name  不能出現(xiàn)在查詢列表中。原因在于按照部門進(jìn)行分組的話，每個部門包含多個員工;無法確定需要顯示哪個員工的姓名，這是一個邏輯上的錯誤。

所以說，GROUP BY 改變了集合元素(數(shù)據(jù)行)的結(jié)構(gòu)，創(chuàng)建了一個全新的關(guān)系。分組操作的示意圖如下：

盡管如此，GROUP BY 的結(jié)果仍然是一個集合。

UNION

SQL 面向集合特性最明顯的體現(xiàn)就是 UNION(并集運(yùn)算)、INTERSECT(交集運(yùn)算)和 EXCEPT/MINUS(差集運(yùn)算)。

這些集合運(yùn)算符的作用都是將兩個集合并成一個集合，因此需要滿足以下條件：

• 兩邊的集合中字段的數(shù)量和順序必須相同;

• 兩邊的集合中對應(yīng)字段的類型必須匹配或兼容。

具體來說，UNION 和 UNION ALL 用于計算兩個集合的并集，返回出現(xiàn)在第一個查詢結(jié)果或者第二個查詢結(jié)果中的數(shù)據(jù)。它們的區(qū)別在于 UNION  排除了結(jié)果中的重復(fù)數(shù)據(jù)，UNION ALL 保留了重復(fù)數(shù)據(jù)。下面是 UNION 操作的示意圖：

INTERSECT 操作符用于返回兩個集合中的共同部分，即同時出現(xiàn)在第一個查詢結(jié)果和第二個查詢結(jié)果中的數(shù)據(jù)，并且排除了結(jié)果中的重復(fù)數(shù)據(jù)。INTERSECT  運(yùn)算的示意圖如下：

EXCEPT 或者 MINUS  操作符用于返回兩個集合的差集，即出現(xiàn)在第一個查詢結(jié)果中，但不在第二個查詢結(jié)果中的記錄，并且排除了結(jié)果中的重復(fù)數(shù)據(jù)。EXCEPT 運(yùn)算符的示意圖如下：

 

除此之外，DISTINCT 運(yùn)算符用于消除重復(fù)數(shù)據(jù)，也就是排除集合中的重復(fù)元素。

SQL 中的關(guān)系概念來自數(shù)學(xué)中的集合理論，因此 UNION、INTERSECT 和 EXCEPT  分別來自集合論中的并集(∪\cup∪)、交集(∩\cap∩)和差集(?\setminus?)運(yùn)算。需要注意的是，集合理論中的集合不允許存在重復(fù)的數(shù)據(jù)，但是  SQL 允許。因此，SQL 中的集合也被稱為多重集合(multiset);多重集合與集合理論中的集合都是無序的，但是 SQL 可以通過 ORDER BY  子句對查詢結(jié)果進(jìn)行排序。

JOIN

在 SQL  中，不僅實體對象存儲在關(guān)系表中，對象之間的聯(lián)系也存儲在關(guān)系表中。因此，當(dāng)我們想要獲取這些相關(guān)的數(shù)據(jù)時，需要使用到另一個操作：連接查詢(JOIN)。

常見的 SQL連接查類型包括內(nèi)連接、外連接、交叉連接等。其中，外連接又可以分為左外連接、右外連接以及全外連接。

內(nèi)連接(Inner Join)返回兩個表中滿足連接條件的數(shù)據(jù)，內(nèi)連接的原理如下圖所示：

左外連接(Left Outer Join)返回左表中所有的數(shù)據(jù);對于右表，返回滿足連接條件的數(shù)據(jù);如果沒有就返回空值。左外連接的原理如下圖所示：

右外連接(Right Outer  Join)返回右表中所有的數(shù)據(jù);對于左表，返回滿足連接條件的數(shù)據(jù)，如果沒有就返回空值。右外連接與左外連接可以互換，以下兩者等價：

t1 RIGHT JOIN t2t2 LEFT JOIN t1

全外連接(Full Outer  Join)等價于左外連接加上右外連接，同時返回左表和右表中所有的數(shù)據(jù);對于兩個表中不滿足連接條件的數(shù)據(jù)返回空值。全外連接的原理如下圖所示：

 

交叉連接也稱為笛卡爾積(Cartesian  Product)。兩個表的交叉連接相當(dāng)于一個表的所有行和另一個表的所有行兩兩組合，結(jié)果的數(shù)量為兩個表的行數(shù)相乘。交叉連接的原理如下圖所示：

其他類型的連接還有半連接(SEMI JOIN)、反連接(ANTI JOIN)。

集合操作將兩個集合合并成一個更大或更小的集合;連接查詢將兩個集合轉(zhuǎn)換成一個更大或更小的集合，同時獲得了一個更大的元素(更多的列)。很多時候集合操作都可以通過連接查詢來實現(xiàn)，例如：

SELECT department_id  FROM departments UNIONSELECT department_id  FROM employees;

等價于：

SELECT COALESCE(d.department_id, e.department_id)  FROM departments d  FULL JOIN employees e ON (e.department_id = d.department_id);

我們已經(jīng)介紹了許多查詢的示例，接下來看看其他的數(shù)據(jù)操作。

DML

DML 表示數(shù)據(jù)操作語言，也就是插入、更新和刪除。以下是一個插入語句示例：

CREATE TABLE test(id int); -- MySQL、SQL Server 等INSERT INTO test(id) VALUES (1),(2),(3); -- OracleINSERT INTO test(id)(SELECT 1 AS id FROM DUALUNION ALLSELECT 2 FROM DUALUNION ALLSELECT 3 FROM DUAL);

我們通過一個 INSERT 語句插入了 3 條記錄，或者說是插入了一個包含 3 條記錄的關(guān)系表。因為，UNION ALL 返回的是一個關(guān)系表。VALUES  同樣是指定了一個關(guān)系表，在 SQL Server 和 PostgreSQL 中支持以下語句：

SELECT *FROM (  VALUES(1),(2),(3)) test(id);

前面我們已經(jīng)說過，F(xiàn)ROM 之后是一個關(guān)系表，所以這里的 VALUES  也是一樣。由于我們經(jīng)常插入單條記錄，并沒有意識到實際上是以表為單位進(jìn)行操作。

同樣，UPDATE 和 DELETE 語句也都是以關(guān)系表為單位的操作;只不過我們習(xí)慣了說更新一行數(shù)據(jù)或者刪除幾條記錄。

“關(guān)系數(shù)據(jù)庫的設(shè)計思想是什么”的內(nèi)容就介紹到這里了，感謝大家的閱讀。如果想了解更多行業(yè)相關(guān)的知識可以關(guān)注億速云網(wǎng)站，小編將為大家輸出更多高質(zhì)量的實用文章！