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

所謂關(guān)系數(shù)據(jù)庫（Relational database）是創(chuàng)建在關(guān)系模型基礎(chǔ)上的數(shù)據(jù)庫，借助于集合代數(shù)等數(shù)學(xué)概念和方法來處理數(shù)據(jù)庫中的數(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。現(xiàn)如今雖然對此模型有一些批評意見，但它還是數(shù)據(jù)存儲的傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)查詢語言SQL就是一種基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫的語言，這種語言執(zhí)行對關(guān)系數(shù)據(jù)庫中數(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）的形式組織起來的數(shù)據(jù)的集合。一個數(shù)據(jù)庫包括一個或多個表（關(guān)系Relation）。例如，可能有一個有關(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)庫當(dāng)中一個表（關(guān)系Relation）就是一個關(guān)系，一個關(guān)系數(shù)據(jù)庫可以包含多個表（關(guān)系Relation）
• 行
  也稱為記錄（Record），代表了關(guān)系中的單個實(shí)體。
• 列
  也稱為字段（Field），表示實(shí)體的某個屬性。表中的每個列都有一個對應(yīng)的數(shù)據(jù)類型，常見的數(shù)據(jù)類型包括字符類型、數(shù)字類型、日期時間類型等。

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，具體來說包括

• 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)庫完整性三項規(guī)則的其中之一。實(shí)體完整性這項規(guī)則要求每個數(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)庫中，唯一標(biāo)識每一行數(shù)據(jù)的字段稱為主鍵（Primary Key），主鍵字段不能為空。每個表有且只能有一個主鍵。

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）代表了兩個表之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系
  比如員工屬于某個部門；因此員工表中存在部門編號字段，引用了部門表中的部門編號字段。對于外鍵引用，被引用的數(shù)據(jù)必須存在，員工不可能屬于一個不存在的部門；刪除某個部門之前，也需要對部門中的員工進(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重復(fù)，每個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 存儲引擎支持外鍵約束；MySQL 8.0.16 增加了對檢查約束的支持。因此我們強(qiáng)大的 MySQL 支持以上所有約束。

從 MySQL 5.5 開始默認(rèn)使用 InnoDB 存儲引擎，支持事務(wù)處理（ACID）、行級鎖定、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 語法特性

SQL 是一種聲明性的編程語言，語法接近于自然語言（英語）。通過幾個簡單的英文單詞，例如 SELECT、INSERT、UPDATE、CREATE、DROP 等，完成大部分的數(shù)據(jù)庫操作。

• 簡單的查詢示例
  
  可以看出，SQL 簡單直觀。

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

• 表名、列名等內(nèi)容一般小寫

• 分號（;）表示語句的結(jié)束

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

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

3.2 面向集合

對于 SQL 語句而言，它所操作的對象是一個集合（表），操作的結(jié)果也是一個集合（表）。例如以下查詢：

SELECT emp_id, emp_name, salary
  FROM employee;

其中 employee 是一個表，它是該語句查詢的對象；同時，查詢的結(jié)果也是一個表。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；最終整個語句的結(jié)果仍然是一個表。

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

不僅僅是查詢語句，SQL 中的插入、更新和刪除都以集合為操作對象。我們再看一個插入數(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 語句創(chuàng)建了一個表，然后使用 INSERT INTO 語句插入數(shù)據(jù)。在執(zhí)行插入操作之前，會在內(nèi)存中創(chuàng)建一個包含 3 條數(shù)據(jù)的臨時集合（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)也是一個集合，只不過它只有一個元素而已。

UNION ALL 是 SQL 中的并集運(yùn)算，用于將兩個集合組成一個更大的集合。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)庫案例

包含 3 個表：員工表（employee）、部門表（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簡單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，即關(guān)系（表），用于存儲數(shù)據(jù)。SQL 是關(guān)系數(shù)據(jù)庫的通用標(biāo)準(zhǔn)語言，通過聲明的方式執(zhí)行數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)操作、訪問控制等。
記住，對于 SQL，一切都是關(guān)系（表）。

參考

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