(一) 引言
當你登錄你的QQ賬號和別人吹水的時候，當你期末交作業去度娘複製的時候，當你在工作中登錄一些網站的時候，再比如當你查看自己幾乎沒有什麼餘額的銀行卡的時候（捂臉），或許自己也沒注意，（非需要，大部分人也不想注意哈哈哈）我們一直都在以某種方式與數據庫打交道，或許你是一個開發人員，也或許你只是一個普通的用戶，這一篇是我去年就一直想寫的文章，但是也沒個合適的機會，這一段時間加班加點寫出來，同時最近想要更新的一系列文章，主要針對數據庫理論知識，後面我把去年寫過的 MySQL 文章也會對應的重新整理一遍
注：這篇文章重點還是偏理論，比較適合數據庫的新手，或者具有一定實操基礎的小夥伴，
既然你都打開這篇文章了，那你就註定不是一個村民，這一局我們跳 Java 程序員！
開發學習中，想滿足一些需求，與數據打交道這可太頻繁了，如何存儲這些數據就是你考慮的問題了，當然不考慮性能，管理、安全等等，你的選擇可就多了，存個 txt，存個xml，甚至還可以存個excel等等，有位新手朋友曾經問過我這樣一個問題 “他在學習IO的一些技術的時候，常常會簡單的保存一些數據到 .txt 文件中，爲什麼還需要數據庫呢？”，這樣的一些小Demo，大家在Java基礎的學習中應該都是做過的，那麼我們下面就從這個問題講起~
(二) 爲什麼使用數據庫？
(1) 查詢速度
假定我們將數據全部存儲在一個普通文件中(data.txt)_(以逗號間隔)
......
"Eminem",male,1972,"USA"
"Rihanna",female,1988,"Barbados"
"Taylor Swift",1989,female,"USA"
"Aavril Lavigne",1984,female,"Canada"
......
如果在我們的數據極爲龐大的情況下，我們需要查詢其中的一些數據，例如，查詢Eminem的國籍，我們一般會使用遍歷，但是毫無疑問，這個響應時間會變得極其緩慢，但是使用數據庫後，它所提供的一些索引技術等就可以解決這樣的問題
(2) 數據完整有效
"Rihanna",female,1988,"Barbados"
"Rihanna",female,1995,"USA"
如果數據中出現了重名的情況，又如何判斷是不是同一個人呢？
如果data.txt文件中的數據被錯誤的修改，例如出生年份被修改爲其他類型字符串這種無效表達怎麼辦？
或許你可以在程序中寫一些邏輯判斷語句進而篩選處理這些問題，但是仍舊在數據較爲龐大的情況下，會出現各種各樣的問題，增加了開發者的開發難度，而數據庫本身就制定了一些約束，從而保證了數據的完整且，有效，從而使開發者只需要更加註重於程序本身的設計，而不用花費過多的時間去處理數據上的一些細節問題
(3) 數據共享
常用來簡單存儲數據的 txt/excel 等均屬於單一文件，並且都是無法共享的，只支持當前用戶使用並且修改
而數據庫則允許用戶共享，不同的用戶可以同時存取數據庫中的數據，用戶也可以用各種方式通過接口使用數據庫，並提供數據共享
(4) 數據的安全性
在我們前者中，數據的修改是很隨意的
但是在實際開發中，我們有時候需要面臨，多個用戶檢索、修改同一文件中的數據，或者在併發情況下，寫同一文件或者記錄，而數據庫基於鎖等的一些技術便可以幫助我們解決這些問題
(5) 故障恢復
由於邏輯或者物理上的錯誤，導致了系統的錯誤操作，從而使得數據被破壞，如何快速恢復數據，我們上面的單一文件系統顯然無法幫助我們解決問題，而數據庫卻有相關機制去彌補、處理相關問題
上面我們僅僅從幾個常見的點分析了爲什麼使用數據庫，當然遠遠不止這些，所以總的來說就是數據庫其特殊的存儲以及管理方式，既提高了效率，也極大的減少了開發人員的負擔
總結一下：數據庫 em... 是個好東西！
(三) 數據庫系統概述
(1) 四個基本概念
A：數據（Data）
數據是信息的表現形式和載體，同樣也是數據庫中存儲的基本對象
數據的定義：描述事物的符號記錄
數據的種類：文本、圖形、圖像、音頻、視頻、學生的檔案記錄、貨物的運輸情況等
數據的語義：數據的含義稱爲數據的語義，數據與其語義是不可分的，這同樣呼應了前面所說：“ 數據是信息的表現形式和載體 ”
B：數據庫（Database）
定義：數據庫(Database,簡稱DB)是長期儲存在計算機內、有組織的、統一管理的、可共享的大量相關數據的集合
簡單點說：數據庫就是一個以某種有組織的方式存儲的數據集合（理解爲數據的倉庫也可以），並且能爲各種用戶共享
特別特別要注意一點：例如 MySQL 、Oracle 等數據庫軟件不能被稱作數據庫，他們確切的叫法是 DBMS（數據庫管理系統），當然了我們口語一般都習慣了，叫XXX數據庫，從理論上來說，是不準確的，自行有個區分的概念就好了，怎麼叫就你哈
C：數據庫管理系統（DBMS）
朋友們，這幾個貨理論上叫做，數據庫管理系統，要和數據庫的概念區別好了喔
定義：它是位於用戶與操作系統之間的一層數據管理軟件，用於建立、使用和維護數據庫，簡稱 DBMS（Database Management System）
看一下他的功能：
① 數據庫定義功能
- DBMS提供數據定義語言（Data Definition Language，DDL)來對數據庫中的數據對象進行定義，指定其結構和約束等。
② 數據操縱功能
- DBMS提供數據操縱語言（Data manipulation Language，DML）來實現對數據庫的基本操作，包括查詢數據庫以獲得所需數據、更新數據庫以反映現實世界的變化等
③ 數據的組織存儲管理
分類組織、存儲和管理各種數據，包括數據字典（存放數據庫的定義、數據庫運行時的統計信息等）、 用戶數據、數據的存取路徑等
確定以何種文件結構和存取方式在磁盤上組織這些數據。
實現數據之間的聯繫。
④ 數據庫事務管理和運行管理（控制）
- 對數據庫的建立、運用和維護等進行統一管理、統一控制，保證數據的安全性、完整性、多用戶的併發操作和發生故障後的系統恢復。
⑤ 數據庫維護
- 數據庫數據的載入、轉換數據庫的轉儲、恢復數據庫的重組和性能監視、分析
總結一下：
- 它對數據庫進行統一的管理和控制，以保證數據庫的安全性和完整性
- 用戶通過 DBMS 訪問數據庫中的數據，數據庫管理員也通過 DBMS 進行數據庫的維護工作
- 它可使多個應用程序和用戶用不同的方法在同時或不同時刻去建立，修改和詢問數據庫
D：數據庫系統（DBS）
在計算機系統中引入數據庫後的系統構成
數據庫系統包括：① 數據庫 ② 數據庫管理系統（及其開發工具）③ 應用系統 ④數據庫管理員
(2) 數據管理技術的產生和發展
數據管理，就是對數據進行分類、組織、編碼、存儲、檢索和維護
數據管理技術的發展過程
① 人工管理階段（20世紀40年代中--50年代中）
- 人工管理階段，數據面向應用，且不能保存，不能共享，同時不具有數據獨立性
- 數據面向應用：數據需要由應用程序自己定義說明以及管理，也就是說，程序員需要自己規定數據的存儲結構，方法，輸入方式等等
- 數據獨立性：是指用戶的應用程序與數據的邏輯結構和物理結構是相互獨立的
② 文件系統階段（20世紀50年代末--60年代中）
- 文件系統管理數據，數據可以長期保存，同時具有了一定的共享性，但是不具有數據獨立性
③ 數據庫系統階段（20世紀60年代末--現在）
(3) 數據庫系統的特點
前面簡單介紹了 人工管理階段，以及文件系統階段的一些優缺點，而數據庫系統作爲他們的進化產物，自然對前者的不足做出了一定的完善，下面簡單先將其特點列出來
- 數據結構化
- 數據的共享性高，冗餘度低，易擴充
- 數據獨立性高
- 數據由DBMS統一管理和控制
A：數據結構化
數據結構化是數據庫系統與文件系統的根本區別。在文件系統中，獨立文件內部的數據一般是有結構的，但文件之間不存在聯繫，因此從數據的整體來說是沒有結構的
數據庫系統雖然也常常分成許多單獨的數據文件，並且文件內部也具有完整的數據結構，但是它更注意同一數據庫中各數據文件之間的相互聯繫
簡單的認爲就是：整體結構化+ 數據結構化（數據模型）
B：數據的共享性高，冗餘度低，易擴充
數據庫系統從整體角度看待和描述數據，數據面向整個系統，可以被多個用戶、多個應用共享使用
減少了數據冗餘，同時節約存儲空間，避免數據之間的不相容性與不一致性，使系統易於擴充
這樣的特點不僅，減少了數據冗餘，同時節約存儲空間，也避免數據之間的不相容性與不一致性，使系統易於擴充
C：數據獨立性高
① 物理獨立性
- 指用戶的應用程序與存儲在磁盤上的數據庫中數據是相互獨立的，即：當數據的物理存儲改變了，應用程序不用改變
② 邏輯獨立性
指用戶的應用程序與數據庫的邏輯結構是相互獨立的 數據的邏輯結構改變了，用戶程序也可以不變
數據獨立性是由DBMS的二級映像功能來保證的
③ 數據由DBMS統一管理控制
- 數據的安全性（Security）保護
- 數據的完整性（Integrity）檢查
- 併發（Concurrency）控制
- 數據庫恢復（Recovery）
(四) 數據庫系統結構
從數據庫管理系統角度看，數據庫系統通常採用三級模式結構，是數據庫系統內部的系統結構
從數據庫最終用戶角度看（數據庫系統外部的體系結構），數據庫系統的結構分爲:
- 單用戶結構
- 主從式結構
- 分佈式結構
- 客戶／服務器
- 瀏覽器／應用服務器／數據庫服務器多層結構等
(1) 幾個基本概念
A：“型” 和“值” 的概念
型(Type)：對某一類數據的結構和屬性的說明
值(Value)：是型的一個具體賦值
例如，員工記錄定義爲（編號，姓名，性別，部門，年齡，籍貫）這樣的記錄型
而（20200417，湯姆，男，技術部，40，北京）則是該記錄型的一個記錄值
B：模式（Schema）
模式是數據庫中全體數據的邏輯結構和特徵的描述（數據的結構和聯繫），它僅僅涉及到型的描述，不涉及到具體的值，並且模式是相對穩定的
C：實例（Instance）
模式的一個具體值，反映數據庫某一時刻的狀態同一個模式，可以有很多實例，實例隨數據庫中的數據的更新而變動
模式是相對穩定的，而實例是相對變動的，因爲數據庫中的數據是在不斷更新。模式反映的是數據的結構及其聯繫，而實例反映的是數據庫某一時刻的狀態。
分別看完模式和實例的配圖，這兩者的概念就很好區分了，就比如上例中，就是一個學生選課的數據庫模式，其中包含學生的記錄，還有課程的記錄，以及學生選課的記錄，而下面我隨便舉了一些例子，例如他是 2020年的學生選課數據庫實例，當然前面還有2019年的 2018年的 等等，每個實例就是不同的了，雖然都是學生選課數據庫模式
(五) 數據庫系統的三級模式結構
數據庫系統分爲三級模式，簡單做了一個圖，讓大家看起來直觀一點，當然啦，大家最好先去簡單看一下下面概念的介紹再回過頭食用 ~
先講模式，再講上下兩個
(1) 模式（邏輯模式）
定義：數據庫中全體數據的邏輯結構和特徵的描述，是所有用戶的公共數據視圖，綜合了所有用戶的需求，同時一個數據庫只有一個模式
舉個例子：我的數據庫中，存在很多關係模式，例如用戶關係模式中（用戶編號，用戶名稱），權限關係（權限編號，權限名稱）等，數據庫中所有關係模式的集合就組成了邏輯模式
模式所處位置（三層模式中）：是數據庫系統模式結構的中間層
與數據的物理存儲細節和硬件環境無關
與具體的應用程序、開發工具及高級程序設計語言無關
(2) 外模式（子模式/用戶模式）
定義：數據庫用戶（包括應用程序員和最終用戶）使用的局部數據的邏輯結構和特徵的描述，是與某一應用有關的數據的邏輯表示
外模式所處位置（三層模式中）：介於模式與應用之間
模式與外模式的關係：一對多，外模式通常是模式的子集 （看圖記憶就行了 - - ），不同的外模式反映了不同的用戶的應用需求、看待數據的方式、對數據保密的要求
外模式與應用的關係：一對多，同一外模式也可以爲某一用戶的多個應用系統所使用，但一個應用程序只能使用一個外模式
(3) 內模式 (存儲模式)
是數據物理結構和存儲方式的描述，它定義了數據庫內部記錄類型、記錄尋址技術、索引和文件的組織方式、以及數據控制方面的內容
數據在數據庫內部的表現方式：
記錄的存儲方式（順序存儲，按照B樹結構存儲，按hash方法存儲）
索引的組織方式
數據是否壓縮存儲
數據是否加密
數據存儲記錄結構的規定
一個數據庫只有一個內模式
網圖，侵刪
(六) 數據庫的二級映像
這二級映像分爲：
- 外模式與模式之間的映像
- 模式和內模式的映像
(1) 外模式與模式之間的映像
保證了數據的邏輯獨立性
當模式改變時，數據庫管理員修改有關的外模式／模式映像，使外模式保持不變
應用程序是依據數據的外模式編寫的，從而應用程序不必修改，保證了數據與程序的邏輯獨立性，簡稱數據的邏輯獨立性。
(2) 模式和內模式的映像
保證了數據的物理獨立性
當數據庫的存儲結構改變了（例如選用了另一種存儲結構），數據庫管理員修改模式／內模式映像，使模式保持不變，應用程序不受影響，保證了數據與程序的物理獨立性，簡稱數據的物理獨立性。
(3) 二級映像總結
保證了數據庫外模式的穩定性
從底層保證了應用程序的穩定性，除非應用需求本身發生變化，否則應用程序一般不需要修改
數據與程序之間的獨立性，使得數據的定義和描述可以從應用程序中分離出去
數據的存取由DBMS管理，用戶不必考慮存取路徑等細節，簡化了應用程序的編制，大大減少了應用程序的維護和修改
(七) 數據庫系統的組成
數據庫，數據庫管理系統（及其開發工具），應用系統，數據庫管理員，硬件平臺及數據庫 ，軟件 ，人員
這一塊，不是很重點，也比較好理解，就不細細展開說了 知道這幾個點就好了
(八) 結尾
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