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SQL - 关系型数据库管理系统概念 (RDBMS Concepts)

本章介绍了关系型数据库管理系统 (RDBMS) 的基础概念，它们是 SQL 的支柱。在开始编写查询之前，理解这些核心思想至关重要。

什么是 RDBMS？

RDBMS 是 Relational Database Management System（关系型数据库管理系统）的缩写。它是一种存储和提供对相互关联的数据点访问的数据库类型。关系模型由 E. F. Codd 于 1970 年构想，它将数据组织成一个或多个由列和行组成的表，其中每个行都有一个唯一键标识。

RDBMS 是 SQL 和所有现代数据库系统的基础。常见的例子包括：

开源： PostgreSQL、MySQL、MariaDB、SQLite
商业： Oracle Database、Microsoft SQL Server、IBM Db2
云端： Amazon RDS、Google Cloud SQL、Azure SQL Database、Snowflake、Amazon Redshift

表、行和列 (Tables, Rows, and Columns)

在 RDBMS 中，数据存储在称为表 (tables) 的数据库对象中。表是相关数据的集合，以网格状格式组织，由列和行组成。

列 (Column)（也称为字段 Field 或属性 Attribute）是一个垂直实体，它定义了每个记录的特定数据类型（例如，last_name、hire_date）。
行 (Row)（也称为记录 Record 或元组 Tuple）是一个水平实体，代表表中的一个单一项目（例如，关于一个特定客户的所有信息）。

下面是一个 CUSTOMERS（客户）表的示例：

ID	姓名	年龄	薪水	城市	国家
1	Ramesh	32	2000.00	Hyderabad	India
2	Mukesh	40	5000.00	New York	USA
3	Sumit	45	4500.00	Muscat	Oman

在这个表中，ID、Name、Age 是列。‘Ramesh’ 的条目是一行。

理解 NULL 值

表中的 NULL 值表示缺失或未知数据。它是字段中不存在值时的占位符。

理解 NULL 与零值 (0) 或空格字符串 (' ') 不同至关重要。带有 NULL 值的字段是在记录创建时留空的字段。在比较中处理 NULL 时必须特别小心，因为 NULL 不等于任何东西，甚至不等于另一个 NULL。

SQL 约束：强制数据规则

约束 (Constraints) 是应用于表中数据列的规则，以确保数据的准确性和可靠性。它们限制了可以输入到表中的数据类型。

NOT NULL： 确保列不能有 NULL 值。
UNIQUE： 确保列（或一组列）中的所有值都不同。
PRIMARY KEY（主键）： NOT NULL 和 UNIQUE 的组合。它唯一标识表中的每一行。
FOREIGN KEY（外键）： 唯一标识另一个表中的行，创建两个表之间的链接。
CHECK： 确保列中的所有值都满足特定条件（例如，age > 18）。
DEFAULT： 当未指定值时，为列提供默认值。

虽然 INDEX 有时与约束一起列出，但其主要目的是性能。它允许数据库非常快速地查找和检索数据，而不是强制执行数据完整性规则。

数据完整性

数据完整性 (Data integrity) 是指数据的整体准确性、完整性和一致性。RDBMS 通过使用约束来维护数据完整性：

实体完整性 (Entity Integrity)： 确保表中没有重复的行。由 PRIMARY KEY 强制执行。
域完整性 (Domain Integrity)： 通过限制数据类型、格式或值范围来强制列的有效条目。由数据类型、CHECK 和 NOT NULL 约束强制执行。
参照完整性 (Referential Integrity)： 确保表之间的关系保持一致。如果一行被另一个表中的其他记录使用，则不能删除该行。由 FOREIGN KEY 强制执行。
用户定义完整性 (User-Defined Integrity)： 强制执行其他类型未涵盖的特定业务规则。通常通过触发器 (triggers) 或复杂的 CHECK 约束来实现。

数据库范式化：简介

数据库范式化 (Database normalization) 是指构建关系型数据库以减少数据冗余和提高数据完整性的过程。它涉及将大型表分解为更小、结构良好的表，并定义它们之间的关系。

主要目标是：

消除冗余数据： 将同一数据片段只存储在一个地方。
确保逻辑数据依赖性： 确保相关数据存储在一起。

范式化组织成一系列的“范式 (Normal Forms)”。对于大多数应用程序来说，达到第三范式 (3NF) 就足够了。

第一范式 (1NF)： 确保表是原子的。每个单元格应包含单个值，并且每个记录应是唯一的。
第二范式 (2NF)： 表必须处于 1NF，并且所有非键属性必须完全函数依赖于主键。
第三范式 (3NF)： 表必须处于 2NF，并且所有属性必须仅依赖于主键，而不是其他非键属性。

现代数据库实践

在现代开发环境中，管理数据库不仅仅是编写 SQL 查询。关键实践包括：

Schema 版本控制： 数据库 schema（CREATE TABLE 语句、约束等）应存储在像 Git 这样的版本控制系统 (version control system) 中。
迁移工具： Flyway 或 Liquibase 等工具用于以自动化和可重复的方式在不同环境（开发、测试、生产）中应用和跟踪 schema 更改。