SQL數據庫的初學者教程

作者：小技術君 2024-03-06 09:31:34

數據庫

SQL數據庫通常使用多種數據結構來存儲、索引和管理數據。以下是SQL數據庫中最常見的數據結構。

一、什么是SQL數據庫？

SQL數據庫是一種關系數據庫管理系統（RDBMS），它使用結構化查詢語言（SQL）作為與數據交互和操作的接口。

在SQL數據庫中，數據存儲在類似電子表格的表中，具有行和列。每行代表一個單一記錄，每列表示記錄內的字段。

SQL數據庫存儲在哪里？

SQL數據庫存儲在數據存儲系統中的單獨服務器上，通常存儲在硬盤或固態硬盤上。

例子：

常見的SQL數據庫有MySQL、PostgreSQL、Oracle Database和Microsoft SQL Server。它們廣泛應用于需要復雜事務和高效查詢的應用程序，特別是在傳統企業應用中。

二、SQL表中的數據結構

1.表

表是SQL數據庫的基本構建塊，類似于電子表格。每個表包含關于特定主題的數據，例如客戶、訂單或產品。

2.列

每個表由列組成，可以將其視為表的“字段”或“屬性”。例如，“Customers”表可能有**customer_id**、**name**、**age**和**email**等列。

3.數據類型

SQL表中的每個列都需要具有指定的數據類型。常見的數據類型包括**INTEGER**、**VARCHAR**（可變字符串）、**BOOLEAN**、**FLOAT**、**DATE**等。

4.行

表中的每一行代表一個單一的記錄。在“Customers”表中，一行將表示一個客戶的所有數據，具體值為每列的實際值（例如，客戶ID為123，姓名為“John Doe”等）。

三、關系和鍵

1.關系

SQL數據庫中的關系定義了表之間的關系。最常見的類型包括：

一對一：表A中的每一行僅與表B中的一行關聯。
一對多（或多對一）：一張表中的單行可能與另一張表中的多行相關。
多對多：表A中的行可能與表B中的多行相關，反之亦然。

2.鍵

鍵幫助我們在表之間建立這些關系。最常用的兩個鍵是：

主鍵：用于唯一標識表中的每一行的列（或一組列）。
外鍵：用于在另一張表中唯一標識一行的列（或一組列）。它在兩張表之間創建了鏈接。

3.連接表格

SQL使用**JOIN**子句基于它們之間的相關列來合并來自兩個或多個表的行。

常見的連接類型包括**INNER JOIN**、**LEFT JOIN**、**RIGHT JOIN**和**FULL OUTER JOIN**。

4.連接兩個表的SQL查詢示例

假設我們有兩個表，**Orders**（包含列**order_id**、**customer_id**和**order_date**）和**Customers**（包含列**customer_id**、**name**和**address**），以下是如何連接它們的方法：

(1) INNER JOIN（返回在兩個表中具有匹配值的記錄）

SELECT Orders.id, Customers.name
FROM Orders
INNER JOIN Customers
ON Orders.customer_id = Customers.customer_id;

(2) LEFT JOIN（返回左表中的所有記錄以及右表中的匹配記錄）

SELECT Orders.id, Customers.name
FROM Orders
LEFT JOIN Customers
ON Orders.customer_id = Customers.customer_id;

在這些示例中，**INNER JOIN**僅獲取具有相應客戶信息的訂單，而**LEFT JOIN**獲取所有訂單，包括那些沒有相應客戶信息的訂單（缺失值用NULL填充）。所使用的具體連接類型取決于數據的確切性質和所需的結果。

四、SQL模式

模式定義了整個數據庫在這些表中的組織方式。它包括表、它們之間的關系以及每個表的結構（列和數據類型）。

它充當將數據存儲在數據庫中的藍圖，并確保數據有一致的組織。

五、索引

我想討論的最后一個主題是SQL索引。SQL數據庫中的索引是數據庫搜索引擎可以用于加速數據檢索的特殊查找表。

假設我們的示例“Customers”表有數千條記錄。我們經常需要基于其城市查詢客戶，這不是表的主鍵。在這種情況下，在**city**列上創建索引可以顯著加速這些查詢。

1.沒有索引

如果city列上沒有索引，查詢在找到特定城市（例如“紐約”）的客戶時將需要進行完整的表掃描。特別是對于大表，這是低效的。

SELECT name, email
FROM Customers
WHERE city = 'New York';

2.有索引

為了優化這個查詢，我們在city列上創建一個索引。

CREATE INDEX idx_city
ON Customers (city);

現在，當執行相同的查詢時，數據庫使用索引idx_city快速找到“紐約”中的所有客戶，而不必掃描整個表。

SELECT name, email
FROM Customers
WHERE city = 'New York';

在大數據集中，性能差異最為明顯。對于小表，影響可能微不足道，甚至由于維護索引的開銷可能是負面的。

3.使用索引的時機

提高查詢性能：使用索引的主要原因是加速查詢性能，特別是對于大表。沒有索引，數據庫必須執行完整的表掃描，這對于大表來說是一個緩慢的操作。
唯一約束：索引可以為列強制執行唯一性，當您想要確保某些列中沒有兩行具有相同值時使用。
排序和分組速度：索引通過高效定位和返回數據來提高數據檢索操作的速度。它們特別有利于涉及JOIN、ORDER BY和GROUP BY子句的查詢。

4.索引的缺點

雖然索引對提高查詢性能至關重要，但它們伴隨著一些權衡：

增加存儲：每個創建的索引都會消耗額外的磁盤空間。所需空間的大小取決于表的大小以及索引中使用的列的數量和類型。
維護開銷：每當在表中插入、刪除或更新數據時，都必須更新索引。這意味著在具有許多索引的表上，寫操作（INSERT、UPDATE、DELETE）可能較慢。
優化的復雜性：擁有太多的索引可能使查詢優化器的工作更加困難，可能導致次優的查詢計劃。

六、SQL中使用的數據結構

SQL數據庫通常使用多種數據結構來存儲、索引和管理數據。以下是SQL數據庫中最常見的數據結構。

索引與表數據分開存儲，通常以便于快速搜索和檢索的結構進行優化：

大多數索引存儲為B-樹或其變體（如B+樹）。B-樹是SQL數據庫中用于索引的最常見數據結構。它們允許快速查找、插入和刪除。B-樹保持數據排序，允許在對數時間內進行搜索、順序訪問、插入和刪除。B+樹是B-樹的變體，通常用于數據庫和文件系統。它們將所有實際數據存儲在葉節點中，而內部節點僅包含指向葉節點的鍵。這種結構使它們特別適用于范圍查詢和完整表掃描。
哈希索引：哈希索引使用哈希表和哈希函數將鍵映射到索引中的特定位置。對于已知的精確匹配的點查詢，它們非常有效。然而，它們對于范圍查詢效率較低，并且不按排序順序存儲數據。
堆（未排序結構）：在一些簡單情況下，數據庫可能在小表或臨時工作空間中使用堆結構。這意味著數據未排序，可以插入到有空間的地方。對于插入來說很快，但對于查詢可能效率低下。
樹和二叉樹：對于一些專業用途，數據庫可能使用其他類型的樹，包括二叉樹、AVL樹或紅黑樹，每種樹都提供了不同的性能特征，用于平衡、搜索、插入和刪除數據。
R樹： R樹是一種用于空間訪問方法的數據結構，用于索引多維信息，例如地理坐標。它們通常用于地理信息系統（GIS）和處理空間數據的數據庫。
Trie： Trie（前綴樹）偶爾用于特殊情況，如索引某些字符串數據類型。它們可以提供一種有效的方式來搜索具有公共前綴的鍵。

責任編輯：趙寧寧來源：小技術君

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