1 SQL 的哲學(xué)

形如 Linux 哲學(xué)一切都是文件，在 SQL 領(lǐng)域也有這樣一條至理名言

一切都是關(guān)系

2 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)

所謂關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)（Relational database）是創(chuàng)建在關(guān)系模型基礎(chǔ)上的數(shù)據(jù)庫(kù)，借助于集合代數(shù)等數(shù)學(xué)概念和方法來(lái)處理數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。

現(xiàn)實(shí)世界中的各種實(shí)體以及實(shí)體之間的各種聯(lián)系均用關(guān)系模型表示?，F(xiàn)如今雖然對(duì)此模型有一些批評(píng)意見(jiàn)，但它還是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)查詢語(yǔ)言SQL就是一種基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的語(yǔ)言，這種語(yǔ)言執(zhí)行對(duì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的檢索和操作。

關(guān)系模型由關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、關(guān)系操作集合、關(guān)系完整性約束三部分組成。

2.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

• 表（關(guān)系Relation）
  以列（值組Tuple）和行（屬性Attribute）的形式組織起來(lái)的數(shù)據(jù)的集合。一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)包括一個(gè)或多個(gè)表（關(guān)系Relation）。例如，可能有一個(gè)有關(guān)作者信息的名為authors的表（關(guān)系Relation）。每行（屬性Attribute）都包含特定類型的信息，如作者的姓氏。每列（值組Tuple）都包含有關(guān)特定作者的所有信息：姓、名、住址等等。在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中一個(gè)表（關(guān)系Relation）就是一個(gè)關(guān)系，一個(gè)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)可以包含多個(gè)表（關(guān)系Relation）
• 行
  也稱為記錄（Record），代表了關(guān)系中的單個(gè)實(shí)體。
• 列
  也稱為字段（Field），表示實(shí)體的某個(gè)屬性。表中的每個(gè)列都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)類型，常見(jiàn)的數(shù)據(jù)類型包括字符類型、數(shù)字類型、日期時(shí)間類型等。

2.2 操作集合

關(guān)系模塊中常用的操作包括：

• 增加（Create）
• 查詢（Retrieve）
• 更新（Update）
• 刪除（Delete）

其中，使用最多、也最復(fù)雜的操作就是數(shù)據(jù)查詢，具體來(lái)說(shuō)包括

• 選擇（Selection）
• 投影（Projection）
• 并集（Union）
• 交集（Intersection）
• 差集（exception）
• 笛卡兒積（Cartesian product）
• ...

2.3 完整性約束

完整性約束包括

2.3.1 實(shí)體完整性(Entity integrity)

實(shí)體完整性（是關(guān)系模型中數(shù)據(jù)庫(kù)完整性三項(xiàng)規(guī)則的其中之一。實(shí)體完整性這項(xiàng)規(guī)則要求每個(gè)數(shù)據(jù)表都必須有主鍵，而作為主鍵的所有欄位，其屬性必須是獨(dú)一及非空值。

在關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，唯一標(biāo)識(shí)每一行數(shù)據(jù)的字段稱為主鍵（Primary Key），主鍵字段不能為空。每個(gè)表有且只能有一個(gè)主鍵。

2.3.2 參照完整性

又稱引用完整性，是數(shù)據(jù)的屬性，用以表明引用的有效。參照的完整性不允許關(guān)系中有不存在的實(shí)體引用。參照完整性與實(shí)體完整性二者，皆是關(guān)系模型必須滿足的完整性約束條件，其目的在于保證數(shù)據(jù)的一致性。

外鍵的參照完整性。

• 外鍵（Foreign Key）代表了兩個(gè)表之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系
  比如員工屬于某個(gè)部門(mén)；因此員工表中存在部門(mén)編號(hào)字段，引用了部門(mén)表中的部門(mén)編號(hào)字段。對(duì)于外鍵引用，被引用的數(shù)據(jù)必須存在，員工不可能屬于一個(gè)不存在的部門(mén)；刪除某個(gè)部門(mén)之前，也需要對(duì)部門(mén)中的員工進(jìn)行相應(yīng)的處理。

2.3.3 用戶定義完整性

基于業(yè)務(wù)需要自定義的約束。

• 非空約束（NOT NULL）
  確保了相應(yīng)的字段不會(huì)出現(xiàn)空值，例如員工一定要有姓名

• 唯一約束（UNIQUE）
  用于確保字段中的值不會(huì)重復(fù)，每個(gè)員工的電子郵箱必須唯一

• 檢查約束（CHECK）
  可以定義更多的業(yè)務(wù)規(guī)則，例如，薪水必須大于 0 ，字符必須大寫(xiě)等

• 默認(rèn)值（DEFAULT）
  用于向字段中插入默認(rèn)的數(shù)據(jù)。

MySQL 中只有 InnoDB 存儲(chǔ)引擎支持外鍵約束；MySQL 8.0.16 增加了對(duì)檢查約束的支持。因此我們強(qiáng)大的 MySQL 支持以上所有約束。

從 MySQL 5.5 開(kāi)始默認(rèn)使用 InnoDB 存儲(chǔ)引擎，支持事務(wù)處理（ACID）、行級(jí)鎖定、故障恢復(fù)、多版本并發(fā)控制（MVCC）以及外鍵約束等

3 SQL：面向集合編程

3.1 語(yǔ)法特性

SQL 是一種聲明性的編程語(yǔ)言，語(yǔ)法接近于自然語(yǔ)言（英語(yǔ)）。通過(guò)幾個(gè)簡(jiǎn)單的英文單詞，例如 SELECT、INSERT、UPDATE、CREATE、DROP 等，完成大部分的數(shù)據(jù)庫(kù)操作。

• 簡(jiǎn)單的查詢示例
  
  可以看出，SQL 簡(jiǎn)單直觀。

• 以上查詢中的 SELECT、FROM 等稱為關(guān)鍵字（也稱為子句），一般大寫(xiě)

• 表名、列名等內(nèi)容一般小寫(xiě)

• 分號(hào)（;）表示語(yǔ)句的結(jié)束

SQL 語(yǔ)句不區(qū)分大小寫(xiě)，但是遵循一定的規(guī)則可以讓代碼更容易閱讀。

SQL 是一種聲明式的語(yǔ)言，聲明式語(yǔ)言的主要思想是告訴計(jì)算機(jī)想要什么結(jié)果（what），但不指定具體怎么做。這類語(yǔ)言還包括 HTML、正則表達(dá)式以及函數(shù)式編程等。

3.2 面向集合

對(duì)于 SQL 語(yǔ)句而言，它所操作的對(duì)象是一個(gè)集合（表），操作的結(jié)果也是一個(gè)集合（表）。例如以下查詢：

SELECT emp_id, emp_name, salary
  FROM employee;

其中 employee 是一個(gè)表，它是該語(yǔ)句查詢的對(duì)象；同時(shí)，查詢的結(jié)果也是一個(gè)表。所以，我們可以繼續(xù)擴(kuò)展該查詢：

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

我們將括號(hào)中的查詢結(jié)果（取名為 dt）作為輸入值，傳遞給了外面的查詢；最終整個(gè)語(yǔ)句的結(jié)果仍然是一個(gè)表。

SQL 中的查詢可以完成各種數(shù)據(jù)操作，例如過(guò)濾轉(zhuǎn)換、分組匯總、排序顯示等；但是它們本質(zhì)上都是針對(duì)表的操作，結(jié)果也是表。

不僅僅是查詢語(yǔ)句，SQL 中的插入、更新和刪除都以集合為操作對(duì)象。我們?cè)倏匆粋€(gè)插入數(shù)據(jù)的示例：

CREATE TABLE t(id INTEGER);

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

我們首先使用 CREATE TABLE 語(yǔ)句創(chuàng)建了一個(gè)表，然后使用 INSERT INTO 語(yǔ)句插入數(shù)據(jù)。在執(zhí)行插入操作之前，會(huì)在內(nèi)存中創(chuàng)建一個(gè)包含 3 條數(shù)據(jù)的臨時(shí)集合（表），然后將該集合插入目標(biāo)表中。由于我們通常一次插入一條數(shù)據(jù)，以為是按照數(shù)據(jù)行進(jìn)行插入；實(shí)際上，一條數(shù)據(jù)也是一個(gè)集合，只不過(guò)它只有一個(gè)元素而已。

UNION ALL 是 SQL 中的并集運(yùn)算，用于將兩個(gè)集合組成一個(gè)更大的集合。此外，SQL 還支持交集運(yùn)算（INTERSECT）、差集運(yùn)算（EXCEPT）以及笛卡兒積（Cartesian product）

4 數(shù)據(jù)庫(kù)案例

包含 3 個(gè)表：?jiǎn)T工表（employee）、部門(mén)表（department）和職位表（job）。

• 結(jié)構(gòu)圖，也稱為實(shí)體-關(guān)系圖（Entity-Relational Diagram）
  

5 總結(jié)

關(guān)系模型中定義了一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，即關(guān)系（表），用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。SQL 是關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的通用標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言，通過(guò)聲明的方式執(zhí)行數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)操作、訪問(wèn)控制等。
記住，對(duì)于 SQL，一切都是關(guān)系（表）。

參考

• 《數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概念（原書(shū)第6版）》
• 關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)
• SQL 從入門(mén)到精通
• 實(shí)體完整性
• 參照完整性