【MySQL从入门到精通】之基础概念详解

MySQL 基础概念详解

MySQL 是一个功能强大的开源关系型数据库，广泛应用于各种应用场景。本文从数据库的基本概念入手，逐步介绍 MySQL 的架构、存储引擎及常用 SQL 语句，适合初学者快速入门。

---

什么是数据库？

数据库是按照特定结构组织、存储和管理数据的一套系统，通常存储在内存或磁盘中。以下是数据库的核心要点：

1. 客户端与服务端架构

MySQL 采用 C/S（客户端/服务端）架构：

• 服务端（mysqld）：负责数据存储、查询处理、事务管理、并发控制等核心功能。
• 客户端（mysql）：提供用户交互接口，发送 SQL 查询到服务端并展示结果。

在 Linux 系统中，安装 MySQL 后会启动两个进程：

• mysqld：服务端进程，管理数据存储和操作。
• mysql：客户端进程，用户通过它与数据库交互。

MySQL 的网络服务架构如下：

2. 数据存储位置

MySQL 数据默认存储在磁盘的特定目录，通常为 /var/lib/mysql。你可以在 MySQL 配置文件（如 /etc/my.cnf）中查看或修改数据存储路径。

3. 数据库 vs 文件存储

相比直接使用文件存储数据，MySQL 有以下优势：

• 简化操作：无需手动编写查询逻辑，程序员只需通过 SQL 语句操作数据。
• 高效管理：提供事务支持、索引优化和并发控制，远超文件系统。
• 标准接口：SQL 语句作为统一接口，简化开发和维护。

提示
数据库通过结构化的存储和标准化的操作接口，大幅提升数据管理的效率和可靠性。

---

主流数据库概览

以下是常见数据库的分类和特点，涵盖关系型、NoSQL、云原生和 NewSQL 数据库。

1. 关系型数据库

MySQL

• 类型：开源关系型数据库
• 特点：
  • 轻量级，易于部署，适合中小型应用。
  • 支持事务（ACID）、主从复制和分区表。
  • 默认存储引擎 InnoDB 支持行级锁和外键。
• 适用场景：Web 应用、电商平台、内容管理系统（CMS）。
• 代表用户：Facebook、Twitter、Airbnb。
• 缺点：复杂查询性能较弱，集群扩展性有限。

PostgreSQL

• 类型：开源关系型数据库
• 特点：
  • 支持高级功能，如 JSON 数据类型、全文搜索和 GIS 地理数据。
  • 事务一致性高，严格遵循 SQL 标准。
  • 支持自定义函数和存储过程（PL/pgSQL）。
• 适用场景：复杂查询、GIS 应用、金融系统。
• 代表用户：Apple、Reddit、Instagram。
• 缺点：高并发写入性能略低于 MySQL。

Oracle Database

• 类型：商业关系型数据库
• 特点：
  • 企业级功能：高可用性（RAC）、数据仓库、分区表。
  • 支持 PL/SQL 编程，适合复杂业务逻辑。
  • 强大的 OLTP（联机事务处理）性能。
• 适用场景：大型企业 ERP、银行核心系统、电信计费。
• 缺点：成本高，学习曲线陡峭。

Microsoft SQL Server

• 类型：商业关系型数据库
• 特点：
  • 深度集成 Windows 生态，支持 C# 等开发语言。
  • 提供 BI 工具（SSIS、SSAS、SSRS）。
  • 支持内存优化表（In-Memory OLTP）。
• 适用场景：企业级 Windows 应用、数据分析。
• 缺点：仅支持 Windows/Linux 部署，扩展性受限。

2. NoSQL 数据库

MongoDB

• 类型：文档型数据库
• 特点：
  • 数据以 BSON 格式（类似 JSON）存储，模式灵活。
  • 支持二级索引、聚合管道和地理空间查询。
  • 分片集群支持横向扩展。
• 适用场景：日志存储、实时分析、内容管理。
• 代表用户：eBay、Adobe、Forbes.

Redis

• 类型：内存键值数据库
• 特点：
  • 数据存储在内存，读写性能极高（10 万+ QPS）。
  • 支持多种数据类型：字符串、哈希、列表、集合、有序集合。
  • 提供持久化（RDB/AOF）、发布/订阅和 Lua 脚本。
• 适用场景：缓存、会话管理、排行榜、消息队列。
• 代表用户：Twitter、GitHub、StackOverflow.

Cassandra

• 类型：宽列存储数据库
• 特点：
  • 分布式架构，无单点故障，支持跨数据中心复制。
  • 高写入吞吐量（百万级/秒），适合时间序列数据。
  • 数据模型灵活，支持动态列。
• 适用场景：物联网（IoT）、日志存储、实时推荐系统。
• 代表用户：Netflix、Apple、Instagram.

3. 云原生数据库

Amazon Aurora

• 类型：云原生关系型数据库（兼容 MySQL/PostgreSQL）
• 特点：
  • 存储与计算分离，自动扩展至 128TB。
  • 性能是 MySQL 的 5 倍，支持全球数据库（多区域复制）。
  • 按需付费，免硬件维护。
• 适用场景：云上高可用 Web 应用、企业级 SaaS.

Google Cloud Spanner

• 类型：全球分布式关系型数据库
• 特点：
  • 强一致性 + 水平扩展，支持全球级事务。
  • 无需分片，自动负载均衡。
  • 兼容 SQL 标准，支持 OLTP 和 OLAP.
• 适用场景：跨国金融系统、实时库存管理。
• 缺点：成本较高，适合大型企业。

4. NewSQL 数据库

TiDB

• 类型：分布式 HTAP 数据库
• 特点：
  • 兼容 MySQL 协议，支持混合事务/分析处理（HTAP）。
  • 自动水平扩展，强一致性（Raft 协议）。
  • 内置 TiSpark 组件，对接 Hadoop 生态。
• 适用场景：高并发 OLTP、实时数据分析。

CockroachDB

• 类型：分布式关系型数据库
• 特点：
  • 兼容 PostgreSQL 协议，支持全球分布式部署。
  • 自动数据分片、多副本冗余，抗区域故障。
  • 提供 Serializable 隔离级别的事务。
• 适用场景：全球化应用、多活架构。

5. 数据库选择建议

需求场景	推荐数据库
传统 Web 应用	MySQL、PostgreSQL
高并发缓存	Redis
灵活文档存储	MongoDB
企业级复杂事务	Oracle、SQL Server
全球化分布式系统	Google Cloud Spanner、CockroachDB
实时分析 + 事务混合负载	TiDB、Amazon Aurora

总结

• 关系型数据库：适合结构化数据和强一致性场景，如金融系统。
• NoSQL 数据库：适合半结构化数据和高扩展性需求，如社交网络。
• 云原生数据库：适合弹性扩展、免运维的云上应用。
• NewSQL 数据库：结合 SQL 和 NoSQL 优势，适合分布式混合负载。

---

数据库与表的创建本质

1. 创建数据库

执行创建数据库的 SQL 语句（如 CREATE DATABASE dbname;）时，MySQL 会在数据目录（datadir，默认 /var/lib/mysql）下新建一个子目录，表示新数据库。

2. 数据库初始文件

新数据库目录初始包含一个 .opt 文件，存储默认字符集和排序规则。例如：

default-character-set=utf8
default-collation=utf8_general_ci

• 字符集：utf8，用于存储和处理字符串。
• 排序规则：utf8_general_ci，表示大小写不敏感（ci 为 case-insensitive），如 A 和 a 在比较时视为相同。

3. 创建表

创建表（如 CREATE TABLE tablename ...）会在数据库目录下生成表相关的文件（通常为二进制格式，无法直接读取）。

提示
数据库和表的创建本质是对文件系统的操作，由 mysqld 服务端自动完成，开发者无需关心底层细节。

关系图

数据库、服务端、客户端和表之间的关系如下：

---

MySQL 的逻辑存储

MySQL 以行列式结构（表）呈现数据，开发者通过 SQL 操作表，而实际存储由服务end管理。

示例：学生表

1. 创建表

CREATE TABLE students (
    student_id INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,  -- 学生唯一标识，自动递增主键
    first_name VARCHAR(50) NOT NULL,           -- 名字，最长 50 字符，非空
    last_name VARCHAR(50) NOT NULL,            -- 姓氏，最长 50 字符，非空
    gender ENUM('M', 'F', 'O') NOT NULL,       -- 性别，枚举类型（M/F/O），非空
    date_of_birth DATE NOT NULL,               -- 出生日期，非空
    class_name VARCHAR(100)                    -- 班级，最长 100 字符
);

2. 插入数据

INSERT INTO students (first_name, last_name, gender, date_of_birth, class_name) VALUES
    ('张', '三', 'M', '2005-08-15', '高一A班'),
    ('李', '四', 'F', '2004-12-23', '高二B班'),
    ('王', '五', 'M', '2006-03-17', '高三C班');

3. 查询数据

SELECT * FROM students;

提示
用户看到的是逻辑上的行列结构，底层存储（如文件格式）由 mysqld 管理，开发者无需关心。

---

MySQL 架构概述

MySQL 采用模块化架构，分为以下层次：

• 应用层：提供客户端、API 等与 MySQL 交互的方式。
• 查询处理器：解析、优化和执行 SQL 语句。
• 存储引擎层：管理数据的存储和访问方式。
• 数据存储层：负责数据持久化和高效存取。

---

存储引擎与查询处理

查询处理器

查询处理器负责解析、优化和执行 SQL 语句，包含以下模块：

1. 解析器（Parser）

   • 解析 SQL 语句，检查语法是否正确。若有错误，直接返回错误信息。

   

2. 预处理器（Preprocessor）

   • 验证表名、列名等对象是否存在，以及用户是否具有访问权限，确保语句逻辑上可执行。

3. 查询优化器（Optimizer）

   • 分析多种执行路径，选择最优计划（如选择索引或优化表连接顺序）。

4. 执行引擎（Execution Engine）

   • 根据优化后的计划，从存储引擎检索或修改数据。

实验：验证查询优化器

1. 创建表 t1：

   CREATE TABLE t1 (
       id INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,  -- 唯一标识，自动递增主键
       name VARCHAR(100) NOT NULL,        -- 名称，最长 100 字符，非空
       description TEXT                   -- 描述，文本类型
   );
   

2. 查看建表语句：

   SHOW CREATE TABLE t1;
   

   

   提示
   输出语句与输入不完全一致，说明优化器添加了默认字符集和存储引擎（如 InnoDB），提升规范性。

存储引擎

概念

存储引擎决定数据的存储方式、索引结构和访问方法。MySQL 支持插件式存储引擎，允许用户根据需求选择。

类比：图书馆管理书籍：

• InnoDB：每本书有唯一编号，快速定位，支持并发借阅（行级锁）和借阅撤销（事务）。
• MyISAM：索引集中存储，适合快速查找，但多人借阅时需排队（表级锁），不支持撤销。

查看支持的存储引擎：

SHOW ENGINES;

• Support：支持级别（DEFAULT、YES、NO、DISABLED）。
• Transactions：是否支持事务。
• XA：是否支持分布式事务。
• Savepoints：是否支持保存点。

Default storage engine can be viewed in the configuration file /etc/my.cnf:

常用存储引擎

InnoDB

• 默认引擎：MySQL 5.5 及以上版本。
• 特点：
  • 支持事务（ACID 特性），确保数据一致性。
  • 行级锁，允许多用户并发修改不同行。
  • 支持外键，维护引用完整性。
  • 提供崩溃恢复（通过日志文件）。
  • 兼容 MySQL Cluster。
• 适用场景：事务密集型应用，如电商、银行系统。

MyISAM

• 历史默认：MySQL 5.5 之前。
• 特点：
  • 表级锁，适合读多写少场景。
  • 不支持事务，数据一致性要求较低。
  • 读取速度快，支持全文索引（MySQL 5.6 前优势）。
• 适用场景：数据仓库、日志记录等只读场景。

实验：对比存储引擎文件

1. 创建表，分别使用 MyISAM 和 InnoDB：

   CREATE TABLE test1 (
       id INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,
       name VARCHAR(100) NOT NULL,
       description TEXT
   ) ENGINE=MyISAM;
   
   CREATE TABLE test2 (
       id INT AUTO_INCREMENT PRIMARY KEY,
       name VARCHAR(100) NOT NULL,
       description TEXT
   ); -- 默认 InnoDB
   

2. 查看数据库目录：

   

结果：

• MyISAM：
  • .frm：表元数据。
  • .MYD：表数据。
  • .MYI：表索引。
• InnoDB：
  • .frm：表元数据。
  • .ibd：表数据和索引（独立表空间模式）。

提示
不同存储引擎生成的文件数量和类型不同，反映了其数据管理方式的差异。

---

常用 SQL 语句

SQL（Structured Query Language，结构化查询语言）是操作关系型数据库的核心工具。MySQL 主要通过 SQL 语句管理数据，以下是常见分类：

1. 数据查询语言（DQL, Data Query Language）

   • 用于检索数据。
   • 代表语句：SELECT，从表中提取数据。

2. 数据操作语言（DML, Data Manipulation Language）

   • 用于插入、更新、删除表中数据。
   • 代表语句：INSERT、UPDATE、DELETE。

3. 数据定义语言（DDL, Data Definition Language）

   • 用于创建、修改、删除数据库结构（如表、索引、数据库）。
   • 代表语句：CREATE、ALTER、DROP。

   注意
   项目开发完成后，数据库结构通常固定不变，因为修改结构可能影响相关代码，需谨慎操作。

试一试
创建一个简单表，插入几行数据并查询，体验 DQL 和 DML 的基本操作！

---

总结

MySQL 是一个功能强大且灵活的数据库系统，其核心优势在于：

• C/S 架构：客户端与服务端分离，易于扩展和维护。
• 插件式存储引擎：支持 InnoDB、MyISAM 等，适应不同场景。
• 标准 SQL 接口：简化开发，提升跨平台兼容性。

通过本文，你了解了 MySQL 的基本概念、架构、存储引擎和 SQL 操作。建议在实际项目中多实践，如创建数据库、表，尝试不同存储引擎，逐步掌握 MySQL 的精髓。

---