【MySQL】数据库基础 - 详解

数据库初识

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0. 前言

​ 数据库是现代应用的核心，它为数据的安全存储、高效查询和便捷管理提供了解决方案。本文以 MySQL 为例，从基础概念到实际操作，带你快速入门并理解数据库的整体架构与常见用法。

1. MySQL的登录

命令：mysql -h 127.0.0.1 -P 3306 -u_root-p

命令中选项的解释：

  • -h：指明登录部署了mysql服务的主机ip地址，这里127.0.0.1表示本机

  • -P：指明我们要访问的端口号，不输入-P时，默认使用配置文件中的端口

  • -u：指明登陆用户

  • -p：指明登录时需要输入密码

密码输入后，不会回显

  • 登入mysql后，输入quit退出

2. 什么是数据库

  • mysql与mysqld

在这里插入图片描述

  • mysql：是数据库服务的客户端
  • mysqld：是数据库服务的服务器端。可执行程序带上d，表示这是一个守护进程。
  • mysql本质：是基于C(mysql)S(mysqld)模式的一种网络服务
    • Cilent
    • Server

mysql是一套提供数据存取的服务的网络程序

  • 口语中说的数据库，一般指的是，在磁盘或者内存中存储的特定结构组织的数据，也就是将来在磁盘上存储的一套数据库方案

  • 数据库服务，可以特指mysqld

3. 为什么要用数据库存储数据

  • 数据库：结构化的存储在磁盘上的文件
  • 数据库：为用于提供数据存储服务的一整套解决方案

为什么要有数据库？

  • 提升数据安全性：文件方式存储容易丢失或损坏，安全性差，缺少完整的访问控制和权限管理。数据库提供访问控制、备份与恢复机制，更安全可靠。
  • 便于数据查询和管理：文件只能顺序读取或简单查找，而数据库支持高效的查询语言（SQL）、索引、事务管理，极大提高数据管理能力。
  • 支持海量数据存储：文件在面对海量数据时效率低下，不易扩展。数据库可以高效组织、分片和扩展，满足大规模应用需求。数据库能够同时支持磁盘存储和内存优化，实现大数据量下的高效操作。
  • 方便程序操作：使用文件存放存储，程序员需要自己维护文件的读写、索引、并发控制，开发复杂。数据库提供统一的接口和 API，用户只需提出“存储字段”和“查询需求”，数据库就能高效返回结果，减少开发者对底层存储的直接管理，使应用更易维护和扩展。

为什么用数据库存储数据

  • 安全性：数据库支持用户权限、加密、备份与恢复机制，保障数据不丢失、不泄露。
  • 高效性：数据库利用索引和优化器快速定位数据，比单纯的文件操作更快。
  • 可扩展性：支持存储海量数据，并能通过分库分表、集群扩展性能，可灵活扩展容量和性能。
  • 易管理性：通过 SQL 或 API，开发者可以方便地进行增删改查、统计分析，减少冗余和不一致。
  • 一致性与可靠性：数据库事务机制保证数据在并发操作下仍然正确可靠。
  • 支持并发，多个用户或程序可同时安全访问数据。
  • 保障完整性，通过约束和事务机制保证数据正确性。

总结一句话：数据库是为了解决文件存储在安全性、管理性、查询效率、扩展性和程序操作上的不足，使数据能够更安全、更高效、更可控地存储与使用。

4. Linux中MySQL数据库的使用样例

  • Ubuntu 22.04中mysql服务中配置文件存放的路径：/etc/mysql/mysql.conf.d/mysqld.cnf
  • 打开Ubuntu 22.04 中MySQL的配置文件:vim /etc/mysql/mysql.conf.d/mysqld.cnf
[mysqld]
pid-file        = /var/run/mysqld/mysqld.pid
socket          = /var/run/mysqld/mysqld.sock
datadir         = /var/lib/mysql      # mysql服务中数据存放的路径
log-error       = /var/log/mysql/error.log
character-set-server = utf8
default-storage-engine = innodb
bind-address = 0.0.0.0
  • 查看已有的数据库
show databases;

数据库中数据在磁盘中存储的位置：

datadir         = /var/lib/mysql      # mysql服务中数据存放的路径
  • 在数据库中建表：
create database helloWorld;      # 建立名为 helloWorld 的表

建立数据库的本质是在磁盘中建立了一个文件夹：

在这里插入图片描述

  • 创建数据库表
create table student(
id int,
name varchar(32),
gender varchar(2)
);
  • 表中插入数据
insert into student (id, name, gender) values (1, '张三', '男');
insert into student (id, name, gender) values (2, '李四', '女');
insert into student (id, name, gender) values (3, '王五', '男');
  • 查询表中的数据
select * from student;

在这里插入图片描述

总结结论：

  • 建立一个数据库，本质是在Linux下建立一个目录
  • 在数据库内建立表，本质就是在Linux下创建对应的文件！
  • **数据库本质其实也是文件！！**只不过这些文件并不由程序员直接操作，而是由数据库服务帮我们进行操作

以上工作是谁做的？是mysqld服务帮我们做的

5. 常见主流数据库

  • SQL Sever： 微软的产品，.Net程序员的最爱，中大型项目。
  • Oracle： 甲骨文产品，适合大型项目，复杂的业务逻辑，并发一般来说不如MySQL。
  • MySQL：世界上最受欢迎的数据库，属于甲骨文，并发性好，不适合做复杂的业务。主要用在电商，SNS，论坛。对简单的SQL处理效果好。
  • PostgreSQL ：加州大学伯克利分校计算机系开发的关系型数据库，不管是私用，商用，还是学术研究使用，可以免费使用，修改和分发。
  • SQLite： 是一款轻型的数据库，是遵守ACID的关系型数据库管理系统，它包含在一个相对小的C库中。它的设计目标是嵌入式的，而且目前已经在很多嵌入式产品中使用了它，它占用资源非常的低，在嵌入式设备中，可能只需要几百K的内存就够了。
  • H2： 是一个用Java开发的嵌入式数据库，它本身只是一个类库，可以直接嵌入到应用项目中

6. 服务器，数据库，表关系

  • 所谓安装数据库服务只是在机器上安装了一个数据库管理系统程序，这个管理程序可以管理多个数据库，一般开发人员会针对每一个应用创建一个数据库
  • 为保存应用中实体的数据，一般会在数据库中创建多个表，以保存程序中实体的数据。
  • 数据库服务器、数据库和表的关系如下:

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

7. MySQL整体架构

  • MySQL 是一个可移植的数据库，几乎能在当前所有的操作系统上运行，如 Unix/Linux、Windows、Mac 和 Solaris。各种系统在底层实现方面各有不同，但是 MySQL 基本上能保证在各个平台上的物理体系结构的一致性

在这里插入图片描述

这张图大致把 MySQL 分为 四层结构：

1. 最上层：客户端连接层（Client Connectors）

  • 包括 JDBC、ODBC、.NET、PHP、Python、Perl、C API 等。
  • 作用：为不同的编程语言或应用程序提供访问 MySQL 的接口。
  • 用户通过这些驱动或 API 与 MySQL 进行通信，发送 SQL 语句、获取结果。

2. MySQL Server 层（核心层）

这是 MySQL 的“大脑”，处理请求、解析 SQL、优化执行。它又分为几个模块：

（1）Connection Pool（连接池）

  • 负责 客户端连接管理：建立连接、用户认证（用户名、密码）、权限校验。
  • 处理连接复用、安全性、并发控制。

（2）SQL Interface（SQL 接口）

  • 提供执行 SQL 的入口，支持 DML（增删改查）、DDL（建表/改表）、存储过程、视图、触发器等。

（3）Parser（解析器）

  • 词法解析（Lexical）：把 SQL 语句分解成一个个词法单元。
  • 语法解析（Syntactic）：检查 SQL 是否符合语法规则。
  • 语义解析：检查 SQL 是否合理，例如表名是否存在。

（4）Optimizer（优化器）

  • 选择最优的 SQL 执行方案。
  • 例如：决定走哪个索引、选择连接顺序、是否使用全表扫描等。
  • 优化器的好坏直接影响查询效率。

（5）Caches（缓存）

  • 全局缓存和引擎特定缓存。
  • 常见如 Query Cache（在 MySQL 8.0 已废弃）、InnoDB Buffer Pool（页缓存、索引缓存）。
  • 缓存能减少磁盘 IO，提高查询性能。

（6）Services & Utilities（服务与工具）

  • 提供数据库的周边功能：
    • 备份与恢复
    • 安全机制
    • 主从复制、集群
    • 分区表
    • 可视化工具（Workbench）

3. 存储引擎层（Pluggable Storage Engines）

  • MySQL 的 核心特点之一：存储引擎可插拔。
  • 常见存储引擎：
    • InnoDB（默认，支持事务、外键，行级锁）
    • MyISAM（轻量级，读多写少场景）
    • Memory（数据存放在内存，速度快，但不持久化）
    • Archive（适合归档存储，压缩高效）
    • Federated（访问远程 MySQL 数据库）
    • Merge、Cluster、Example 等

不同存储引擎可以共享 MySQL 上层的 SQL 接口，但负责数据的实际存储与读取。

4. 最底层：文件系统与日志层

  • File System（文件系统）
    • 数据最终存放到操作系统文件系统（如 NTFS、ext4、SAN、NAS）。
  • Logs and Files（日志与文件）
    • MySQL 运行时生成各种日志：
      • Binary log（二进制日志，用于复制与恢复）
      • Error log（错误日志）
      • Slow log（慢查询日志）
      • General log（通用日志，记录所有语句）
      • Redo log（InnoDB 用于崩溃恢复）
      • Undo log（事务回滚用）
      • Data files、Index files（实际数据和索引文件）

总结一句话

MySQL 的整体架构是 “连接层 → SQL 执行层 → 存储引擎层 → 文件系统层”。

  • 上层（Server 层）处理 SQL 解析、优化、缓存、安全。
  • 中间（存储引擎层）负责数据的存取方式（可插拔）。
  • 底层（文件系统）最终把数据写入磁盘，并通过日志保证事务一致性与高可用性。

8. SQL语句分类和存储引擎

SQL分类

  • DDL【data definition language】数据定义语言，用来维护存储数据的结构
    代表指令：create, drop, alter
  • DML【data manipulation language】数据操纵语言，用来对数据进行操作
    代表指令：insert，delete，update
    • DML中又单独分了一个DQL，数据查询语言，代表指令：select
  • DCL【Data Control Language】数据控制语言，主要负责权限管理和事务
    代表指令：grant，revoke，commit

存储引擎

  • 存储引擎是：数据库管理系统如何存储数据、如何为存储的数据建立索引和如何更新、查询数据等技术的实现方法

MySQL的核心就是插件式存储引擎，支持多种存储引擎。

查看存储引擎：

show engines;

在这里插入图片描述

MySQL 存储引擎对比

FeatureMyISAMBDBMemoryInnoDBArchiveNDB
Storage LimitsNoNoYes64TBNoYes
Transactions (commit, rollback, etc.)✘✔✘✔✘✔
Locking granularityTablePageTableRowRowRow
MVCC/Snapshot Read✘✘✘✔✘✘
Geospatial support✔✘✘✔✘✘
B-Tree indexes✔✔✔✔✘✔
Hash indexes✘✘✔✔✘✔
Full text search index✔✘✘✔✘✘
Clustered index✘✘✘✔✘✔
Data Caches✘✘✘✔✘✔
Index Caches✔✘✘✔✘✔
Compressed data✘✘✘✔✔✘
Encrypted data (via function)✔✘✘✔✘✘
Storage cost (space used)LowLowN/AHighVery LowLow
Memory costLowLowMediumHighLowHigh
Bulk Insert SpeedHighHighHighLowVery HighHigh
Cluster database support✘✘✘✘✘✔
Replication support✔✘✘✔✘✔
Foreign key support✘✘✘✔✘✘
Backup/Point-in-time recovery✔✘✘✔✘✔
Query cache support✔✔✔✔✔✔
Update Statistics for Data Dictionary✔✘✘✔✘✔

总结要点：

  • InnoDB：MySQL 默认引擎，支持事务、行级锁、外键，适合大多数应用。
  • MyISAM：读写性能高，支持全文索引，但不支持事务，表级锁。
  • Memory：数据存储在内存中，速度快，但断电数据丢失。
  • Archive：高压缩率，适合日志、归档数据存储。
  • NDB (Cluster)：支持分布式集群，适合高可用、高并发场景。
  • BDB：较旧的事务引擎，现在已基本弃用。

9. 结语

​ 通过本文的学习，我们了解了数据库的作用、MySQL 的基本使用方式及其架构特点。数据库不仅是数据存放的工具，更是应用高效运行的关键。

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posted @ 2025-10-31 16:55  yangykaifa  阅读(3)  评论(0)    收藏  举报