数据库原理：SQL的基本概念和MySQL简介

SOL是关系数据库的标准语言，也是目前应用最广的关系数据库语言。其功能除数据查询外，还包括数据定义、数据操纵和数据控制。MySQL是一款安全、跨平台、高效的数据库系统，能够与 PHP、Java 等主流编程语言紧密结合，目前已经成为最为流行的开源关系数据库系统。本章主要介绍SQL的基本概念和目前常用的数据库管理系统软件MySQL。

本章学习目标：了解SQL和MySQL的发展情况；理解SQL的分类；能够安装MySQL 并能使用常见的MySQL管理工具。

一、SQL的基本概念

1.1、SQL的发展及标准化

1.1.1、SQL的发展

SQL功能强大，简洁易用，是当前最成功、应用最广的关系数据库语言。1974年，钱伯林(Chamberlin)和博伊斯(Boyce)提出了SEQUEL (Structured English Query Language，结构化英语查询语言）。IBM公司于1976年对SEQUEL进行了修改，将其用于System R关系数据库系统中，并在1980年将其改名为SQL。1979年，Oracle推出了商业版SQL。IBM于1981年推出了商用关系数据库SQL/DS，实现了SQL。直至今天，SQL广泛应用于各种大、中、小型数据库，如Sybase、 SOL Server、 Oracle、MySQL、Access、SQLite等。

1.1.2、SQL的标准化

随着关系数据库系统和SQL应用的日益广泛，1982年，美国国家标准学会(ANSI)开始制订SQL标准。1986年，ANSI公布了SQL的第一个标准SQL-86。国际标准化组织(International Organization for Standardization, ISO)于1987年正式采纳了SQL-86标准为国际标准，并在1989年对SQL-86标准进行了补充，推出了SQL-89标准。随后，ISO在1992年推出了SQL-92标准；在1999年推出了SQL-99标准，增加了对对象数据、递归和触发器等的支持功能。在2003年、2008年、2011年和2016年，ISO分别推出了SQL: 2003、sQL: 2008、SQL: 2011和SQL: 2016。

1.2、SQL的主要特点

SOL语法简单，命令少，简洁易用，因此成为标准并被业界和用户接受。sQL主要具有以下特点。

(1) SQL是一种一体化的语言。SQL包括数据定义、数据查询、数据操纵和数据控制等方面的功能，可以完成数据库活动中的全部工作。

(2) SQL是一种非过程化的语言。用SQL进行数据操作，只需要提出“做什么”，而不需要知道“怎么做”，因此，用户不需要关心具体的操作过程，也不必了解数据的存取路径，即用户只需要描述清楚“做什么”， sOL就可将要求交给系统，全部工作由系统自动完成。

(3) SQL是一种面向集合的语言。sOL采用集合操作方式，每个命令的操作对象可以是元组的集合，结果也可以是元组的集合。

(4) SOL既是自含式语言，又是嵌入式语言。SQL作为自含式语言，可以独立使用交互命令，适用于终端用户、应用程序员和DBA；作为嵌人式语言，可嵌入高级语言中使用，供应用程序员开发应用程序。

1.3、SQL的分类

SQL按照实现的功能不同，主要分为4类：数据定义语言、数据查询语言、数据操纵语言和数据控制语言。其中每类语言对应的动词如表3-1所示。下面分别介绍SQL的4类语言。

SQL的4类语言	动词
数据定义语言	CREATE、ALTER、DROP
数据查询语言	SELECT
数据操纵语言	INSERT、UPDATE、DELETE
数据控制语言	GRANT、REVOKE

1.3.1、数据定义语言

数据定义语言(DDL)是一组SQL命令，主要用于创建和定义数据库对象，并将定义保存在数据字典中。数据定义语言主要包括CREATE、ALTER和DROP 3个语句，可用于创建数据库对象、修改数据库对象和删除数据库对象等。其中，CREATE负责数据库对象的建立，如数据库、数据表、据库索引、视图等对象都可以使用CREATE语句来建立；ALTER负责数据库对象的修改，用户可依照要修改的程度来决定使用的参数；DROP用于删除数据库对象，用户只需要指定要删除的数据库对象名称即可。

1.3.2、数据查询语言

数据查询语言(Data Query Language, DQL)主要用于对数据库中的各种数据对象进行查询，主要包括SELECT语句，是数据库学习的重点。其基本结构是由SELECT子句、FROM子句和WHERE子句组成的查询块，如下所示。

1
2
3

SELECT <字段名>
FROM <表或视图名>
WHERE <查询条件>;

即根据查询条件，从表或视图中提取需要的字段。数据查询语言的详细语法结构和使用方法参见第6章。

1.3.3、数据操纵语言

数据操纵语言(DML)主要用于处理数据库中的数据。数据操纵语言包括INSERT、UPDATE和DELETE 3个语句，供用户对数据库中的数据进行插人、更新和删除等操作。其中，INSERT 是向数据表中插入数据，可以一次插入一条数据，也可以将SELECT查询子句的结果集批量插入指定数据表；UPDATE是依据给定条件，将数据表中符合条件的数据更新为新值；DELETE用于从数据库对象中删除数据。除INSERT外，其他指令可以通过WHERE子句来指定数据范围，若不加WHERE子句，则访问全部数据。具体语法结构可参考5.3节。

1.3.4、数据控制语言

数据控制语言(Data Control Language, DCL)可以对数据访问权限进行控制，用于修改数据库结构的操作权限，由GRANT和REVOKE两个语句组成。用户可通过授权和取消授权语句来实现相关数居自字文制以保证数据库的安全性。具体语法结构详见第8章。

二、MySQL简介

2.1、MySQL的发展和版本

MySQL目前已历经多个版本的发展和演化。1996年，MySQL 1.0发布，其前身是1979年蒙0蒂(Monty)用BASIC设计的一个报表工具。1999年，MySQL AB公司成立。同年，MySQL AB 公司发布MySQL 3.23，该版本集成了Berkeley DB存储引擎，为后续可插拔式存储引擎架构奠定了基础。2000年，MySQL基于GPL协议开放源码。2003年，MySQL AB公司发布了MySQL 4.0,其集成了InnoDB存储引擎，提供了查询缓存。2005年发布的MySQL 5.0提供了视图、存储过程等功能。2008年，Sun公司收购MySQL AB公司，MySQL数据库进入Sun时代。同年，Sun公司发布MySQL 5.1，其提供了分区、事件管理、基于行的复制等功能。2009年，Oracle收购Sun公司，MySQL数据库进入Oracle时代。2010年发布的MySQL 5.5，其最主要的特点是InnoDB存储引擎成为MySQL的默认存储引擎。2013年和2015年分别发布了MySQL 5.6和MySQL 5.7。2016年，MySQL开始了8.0版本。

MySQL主要包括以下几个常见版本。

(1)社区版本(MySQL Community Server) ：开源免费，但不提供官方技术支持，是数据库学习者常用的MySQL版本。

(2)企业版本(MySQL Enterprise Edition) ：需付费，包含MySOL企业级数据库软件、监控与咨询服务，同时提供可靠性、安全性和实时性的技术支持。

(3)集群版(MySOL Cluster) ：开源免费，是由多台服务器组成、同时对外提供数据管理服务的分布式集群系统，可将几个MySQL Server封装成一个Server，能够实现负载均衡，并提供冗余机制，可用性强。

(4)高级集群版(MySQL Cluster CGE) ：需付费，包括用于管理、审计和监视MysQL Cluster数据库的工具，并提供Oracle标准支持服务。

除上述官方版本，MySQL还有一些分支。其中，MariaDB，其目的是完全兼容MySQL,其使用基于事务的Maria存储引擎，替换了MySQL的MyISAM存储引擎；Percona Server也是MySQL重要的分支之一，可以与MySQL完全兼容，为更好地发挥服务器硬件的性能，其在InnoDB存储引擎的基础上，提升了性能和易管理性，最后形成了XtraDB引擎。

2.2、MySQL的主要组件

MySQL分为Server层和存储引擎两部分。其中，Server层包括连接器、查询缓存、分析器、优化器、执行器。Server层都是通用的组件，所有跨存储引擎的功能都在Server层实现，如存储过程、触发器、视图等。存储引擎主要负责数据的存储和提取。下面介绍Server层中的组件，存储引擎介绍详见4.1节。

2.2.1、连接器

连接器主要用于与客户端建立连接、获取权限、维持和管理连接。连接器首先进行身份验证，验证通过之后即可建立连接，同时，在建立连接时验证权限。若要修改权限，则要重新建皆立新的数据连接。当连接长时间未操作时（超过连接空闲时间），连接器会自动断开连接。

2.2.2、查询缓存

MySQL在执行某个查询语句时，会先到缓存中查看是否执行过该语句，如果之前执行过这个查询语句，则直接返回结果集，从而达到快速查询效果。注意：MySQL8.0删除了查询缓存的功能。

2.2.3、分析器

分析器主要用于分析SQL语法是否正确，通过词法分析，明确用户输入的SQL语句代表什么、要做什么：之后通过语法分析，判断用户输入的SQL语句是否满足MySOL语法规则。

2.2.4、优化器

SQL执行前会使用优化器进行优化，选择出最优的查询方案。比如表中有多个索引时，决定用哪个索引；如果是多表关联查询，则决定表的连接顺序。

2.2.5、执行器

执行器主要用于对SQL进行权限校验，判断SOL在对应表中是否有执行权限，如果有权限，则根据表的存储引擎定义调用存储整提供的接口，对数据进行操作；如果无权限则报错。

2.3、MySQL的下载和安装

2.4、MySQL管理工具

MySQL的管理工具有很多，可以分为应用工具、运维管理类工具、监控管理类工具和诊断优化工具。

2.4.1、应用工具

应用工具MySQL客户端工具有很多，如需要付费的SQLyog、Navicat，免费的MySQL Workbench、sQLDeveloper hpM.dm、 MySQL Shell等。本书主要以MySQL Workbench作为可视化操作的工具。下面介绍MySQL Workbench和MySQL Shell。

2.4.2、运维管理类工具

工具运维管理类工具主要是数据库管理员使用的工具。Percona-toolkit是主流的MySQL运维工具，是一组高级命令行工具的集合，具有查看当前服务的摘要信息、磁盘检测、实现表同步等功能。针对数据备份和恢复，用户可以使用mysqldump、mysqlpump、mydumper和xtrabackup。其中，mysqldump是MySQL经典的逻辑备份工具，也是默认的工具。针对数据库审计，用户可以使用MySQL官方的商业版插件、Percona Audit Log插件或MariaDB插件。

2.4.3、监控管理类工具

为应对因服务或其素导致的性能变化，用户可以使用Zabbix、Lepus、mysql-statsd等性能监控工具。其中，abbix基于Web界面，既可以监控又能报警，通过监控各种网络参数，保证服务器系统的全运营，并能时报警以快速解决问题。

2.4.4、诊断优化工具

诊断工具主要有innotop、orzdba、mytop、orztop和systemtap等。innotop可以通过命令行调用展示MySQL服务器的运行状况。淘宝DBA团队开发的orzdba可以监控MySQL数据库，同时可以进行磁盘和CPU的一些监控。mytop可以监控当前的连接用户和正在执行的命令。orztop可以查看MySQL数据库实时运行的SQL状况。systemtap可以监控、跟踪运行中的程序。

在性能测试方面，用户可以使用sysbench、tpcc-mysql、mydbtest和mysqlslap等工具。其中，mysqlslap是MySQL自带的基准测试工具。