【理論研究】數據庫基本知識與原理系列01-數據庫的基本原理與

數據庫作為使用頻率最廣的中間件，作為一個IT工程師，就算不打算從事數據庫開發或者做DBA，也應該掌握其基礎的知識、原理與基本的使用。

為此，本篇開始，嘗試對數據庫的基本知識與原理進行講解。

數據庫的類型

關系型數據庫：以前，市面上最常見，使用最廣泛的數據庫，叫做關系型數據庫，例如大名鼎鼎的Oracle、SQL Server（微軟的，也叫MSSQL）、Mysql、DB2（IBM的），都是關系型的數據庫。由于它使用最廣泛、最常見，每個入門的人員都必須要掌握，因此接下來的幾篇《數據庫基本知識與原理》都會圍繞關系型數據庫先展開敘說，后面有機會再介紹No SQL的數據庫。

非關系型數據庫：叫作No SQL數據庫，其實只是個統稱，有各種的列式數據庫，KEY VALUE值的數據庫。

什么是關系型數據庫？

關系型數據庫的本質就是一張張有關聯關系的二維表。

二維表意思就是有行與列組成的表格，與EXCEL表里面的單個工作表（sheet）是一個意思。與EXCEL表里面每個獨立的工作表唯一的不同，是關系型數據庫中的表格，都是有關聯關系的。

假設你的EXCEL表里面有3個工作表分別叫A、B、C，如果表A有A1、A2、A3列且有內容，B表里面有B1、B2、B3列且有內容、C也有C1、C2、C3列且有內容，而B2的每個單元格其實是從A2列對應行的單元格里面引用過來的，而C3的單元格也是從B3里面引用過來的，那么其實A、B、C三個表格就有關聯關系了。那么這樣的EXCEL表就更加接近關系型數據庫里面的表了。

只不過，數據庫里面的，沒有規定B2的某個單元格一定要引用A2里面對應行的單元格，可以是任意一行的單元格的值。

為什么要用數據庫？

為什么要用數據庫而不用EXCEL表？這是一個重要的問題。如果都不知道一個東西有什么用，能解決什么問題，那么花時間學習一個新東西干嘛？

首先，在數據量很少的情況下，直接用EXCEL表格也是沒有問題的。

但是當數據有2萬行左右的時候，發覺一臺K22的聯想筆記本用EXCEL來打開，可能都要7~8秒才能打開了，這基本上已經到達了用戶可以忍受的延遲時間的極限了，如果一個用戶打開一個網頁，7~8秒都打不開的話，估計他會選擇叉掉這個網頁，然后去其他網站去了。

因此，當數據量很大的時候，我們發覺EXCEL已經無法滿足我們的性能需求了，因此需要使用數據庫。

除了性能之外，使用普通的二維表，還有以下幾個問題：

數據冗余：大量同樣的數據重復存儲，我們以下面一張很簡單的學生選課記錄表為例。

看到“張三”選了“語文、數學、英語”3門課程，但是“張三”每選修一門課程，他的“學號”、“性別”、“聯系電話”等數據就會被重復存儲1次，如果有100條關于他的記錄，這些數據就會被重復100次。這樣的數據冗余會帶來如下問題：

1）浪費存儲空間。

2）導致增加了檢索有效數據的時長（因為數據總量增多了，搜索的時候遍歷的數據增多了）。

刪除異常：想刪除1個數據，結果會導致不想刪的數據也被刪除了。（依然以上述例子為例）

如果“趙六”退學了，我們想要刪除趙六的數據，但是我們會發現只有“趙六”選修了體育課。

這時候一旦刪除了“趙六”，“體育”的課程，“鄭十”這位授課老師，都會無故從這個表格被刪掉，這就叫刪除異常。

修改異常：修改一個數據，卻需要修改多次，并且如果修改不安全，會導致數據不一致。

如果“張三”更換了手機，修改手機號，張三有多少條記錄就需要修改多少次，寫入操作的開銷是大于讀操作的，會帶了額外增加的開銷，并且如果修改不完全，會導致表格中“張三”的聯系電話不一致。

插入異常：應該插入的數據無法插入。

數據庫是怎樣處理上面數據的？

數據庫會將上面的一張二維表，拆分為多張具有關聯關系的二維表進行存儲。注意關鍵詞有2個，1是多張，2是有關聯關系。如下：

1）先將1張二維表拆分為多張二維表

2）為上面獨立的表格，創建關聯關系，使得他們之間關聯起來

按照上述處理，有什么效果？

1張表，拆成了上面的5張表，好像把簡單的問題復雜化了。弄這么復雜，到底有什么作用呢？解決了什么問題？

1、解決數據冗余：

再看一下學生表，同一個學生的信息只存儲了一次，節省了空間、提升了查找性能，解決了數據冗余的問題。

2、解決刪除異常：

再看一下學生表，如果此時“趙六”退學，需要刪除“學生表”的“趙六”數據，此外，與“學生表”的“學號”字段有關聯關系的“選課記錄表”，會自動刪除“趙六”學號（2019063004）的行，即第8行，就完成操作了。而“體育課”與體育課的授課老師“鄭十”數據會完整保留在“課程表”與“老師表”中，不會被異常刪除，解決了刪除異常的問題。

3、解決修改異常：

現在“趙六”更換了手機，只需要在學生表中，更新“趙六”-“聯系電話”的字段，其他表格根本沒有保存這個信息，也就是說只需要進行一次的寫操作就完成了，不會出現數據不一致或者多次寫操作，解決了修改異常。

4、解決插入異常：

如果現在新增了“政治課”，沒有授課老師與選修的學生，只需要在課程表里面增加一行記錄“政治課”就可以了，其他表格需要寫入。不會出現像之前沒有授課老師或者沒有選修學生，連新增的課程都無法插入的問題，解決了插入異常。

綜上，我們需要使用數據庫，來解決上面幾個普通二維表無法解決的問題。

上面說的，大部分都是功能上需要使用數據庫的原因，下一篇我們再來討論一下從性能上，為啥要使用數據庫。