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本文介紹關系數據庫的設計思想：在 SQL 中，一切皆關系。
在計算機齡域有許多偉大的設計理念和思想，例如：
在?Unix?中，一切皆文件。
在面向對象的編程語言中，一切皆對象。
關系數據庫同樣也有自己的設計思想：在?SQL?中，一切皆關系。
01
關系模型 ? ? 關系模型（Relational model）由 E.F.Codd 博士于 1970 年提出，以集合論中的關系概念為基礎；無論是現實世界中的實體對象還是它們之間的聯系都使用關系表示。我們在數據庫系統中看到的關系就是二維表（Table），由行（Row）和列（Column）組成。因此，也可以說關系表是由數據行構成的集合。 ?
關系模型由數據結構、關系操作、完整性約束三部分組成。
關系模型中的數據結構就是關系表，包括基礎表、派生表（查詢結果）和虛擬表（視圖）。
常用的關系操作包括增加、刪除、修改和查詢（CRUD），使用的就是 SQL 語言。其中查詢操作最為復雜，包括選擇（Selection）、投影（Projection）、并集（Union）、交集（Intersection）、差集（Exception）以及笛卡兒積（Cartesian product）等。
完整性約束用于維護數據的完整性或者滿足業務約束的需求，包括實體完整性（主鍵約束）、參照完整性（外鍵約束）以及用戶定義的完整性（非空約束、唯一約束、檢查約束和默認值）。
我們今天的主題是關系操作語言，也就是 SQL。
02
面向集合 ? ? SQL（結構化查詢語言）是操作關系數據庫的標準語言。SQL 非常接近英語，使用起來非常簡單。它在設計之初就考慮了非技術人員的使用需求，我們通常只需說明想要的結果（What），而將數據處理的過程（How）交給數據庫管理系統。所以說，SQL 才是真正給人用的編程語言！
接下來我們具體分析一下關系的各種操作語句；目的是為了讓大家能夠了解 SQL 是一種面向集合的編程語言，它的操作對象是集合，操作的結果也是集合。 ?
在關系數據庫中，關系、表、集合三者通常表示相同的概念。
03
SELECT ? ? 下面是一個簡單的查詢語句：
SELECT?employee_id, first_name, last_name, hire_date ??FROM?employees; ? 它的作用就是從 employees 表中查詢員工信息。 ? 顯然，我們都知道 FROM 之后是一個表（關系、集合）。不僅如此，整個查詢語句的結果也是一個表。 ? 所以，我們可以將上面的查詢作為表使用： ?
SELECT?* ??FROM?(SELECT?employee_id, first_name, last_name, hire_date ??????????FROM?employees) t; ? 括號內的查詢語句被稱為派生表，我們給它指定了一個別名叫做 t。同樣，整個查詢結果也是一個表；這就意味著我們可以繼續嵌套，雖然這么做很無聊。 我們再看一個 PostgreSQL 中的示例： ?
-- PostgreSQL SELECT?* ??FROM?upper('sql'); | upper | |-------| | SQL | ? upper()?是一個大寫轉換的函數。它出現再 FROM 子句中，意味著它的結果也是一個表，只不過是?1 行 1 列的特殊表。 ? SELECT?子句用于指定需要查詢的字段，可以包含表達式、函數值等。SELECT 在關系操作中被稱為投影（Projection），看下面的示意圖應該就比較好理解了。 ?
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GROUP BY ? ? 分組（ GROUP BY）操作和其他的關系操作不同，因為它改變了關系的結構。來看下面的示例：
SELECT?department_id,?count(*), first_name ??FROM?employees ?GROUP?BY?department_id; ? 該語句的目的是按照部門統計員工的數量，但是存在一個語法錯誤，就是 first_name 不能出現在查詢列表中。原因在于按照部門進行分組的話，每個部門包含多個員工；無法確定需要顯示哪個員工的姓名，這是一個邏輯上的錯誤。 ? 所以說，GROUP BY?改變了集合元素（數據行）的結構，創建了一個全新的關系。 ? 分組操作的示意圖如下： ?
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UNION ? ? SQL 面向集合特性最明顯的體現就是：
UNION（并集運算）
INTERSECT（交集運算）
EXCEPT/MINUS（差集運算）
這些集合運算符的作用都是將兩個集合并成一個集合，因此需要滿足以下條件：
兩邊的集合中字段的數量和順序必須相同；
兩邊的集合中對應字段的類型必須匹配或兼容。
具體來說，UNION 和 UNION ALL 用于計算兩個集合的并集，返回出現在第一個查詢結果或者第二個查詢結果中的數據。 ? 它們的區別在于?UNION排除了結果中的重復數據，UNION ALL保留了重復數據。 ? 下面是 UNION 操作的示意圖：
? INTERSECT?操作符用于返回兩個集合中的共同部分，即同時出現在第一個查詢結果和第二個查詢結果中的數據，并且排除了結果中的重復數據。 ? INTERSECT 運算的示意圖如下：
? EXCEPT?或者?MINUS?操作符用于返回兩個集合的差集，即出現在第一個查詢結果中，但不在第二個查詢結果中的記錄，并且排除了結果中的重復數據。 ? EXCEPT 運算符的示意圖如下：
? 除此之外，DISTINCT?運算符用于消除重復數據，也就是排除集合中的重復元素。 ?
SQL 中的關系概念來自數學中的集合理論，因此 UNION、INTERSECT 和 EXCEPT 分別來自集合論中的并集（∪cup∪）、交集（∩cap∩）和差集（?setminus?）運算。 ? 需要注意的是，集合理論中的集合不允許存在重復的數據，但是 SQL 允許。因此，SQL 中的集合也被稱為多重集合（multiset）；多重集合與集合理論中的集合都是無序的，但是 SQL 可以通過 ORDER BY 子句對查詢結果進行排序。
06
JOIN ? ? 在 SQL 中，不僅實體對象存儲在關系表中，對象之間的聯系也存儲在關系表中。因此，當我們想要獲取這些相關的數據時，需要使用到另一個操作：連接查詢（JOIN）。 ? 常見的 SQL連接查類型包括內連接、外連接、交叉連接等。其中，外連接又可以分為左外連接、右外連接以及全外連接。 ? 內連接（Inner Join）返回兩個表中滿足連接條件的數據，內連接的原理如下圖所示：
? 左外連接（Left Outer Join）返回左表中所有的數據；對于右表，返回滿足連接條件的數據；如果沒有就返回空值。 ? 左外連接的原理如下圖所示：
? 右外連接（Right Outer Join）返回右表中所有的數據；對于左表，返回滿足連接條件的數據，如果沒有就返回空值。右外連接與左外連接可以互換，以下兩者等價：
t1?RIGHT?JOIN t2 t2?LEFT?JOIN t1 ? 全外連接（Full Outer Join）等價于左外連接加上右外連接，同時返回左表和右表中所有的數據；對于兩個表中不滿足連接條件的數據返回空值。 ? 全外連接的原理如下圖所示： ?
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其他類型的連接還有半連接（SEMI JOIN）、反連接（ANTI JOIN）。
集合操作將兩個集合合并成一個更大或更小的集合；連接查詢將兩個集合轉換成一個更大或更小的集合，同時獲得了一個更大的元素（更多的列）。很多時候集合操作都可以通過連接查詢來實現，例如：
SELECT?department_id ??FROM?departments ?UNION SELECT?department_id ??FROM?employees; ? 等價于： ?
SELECT?COALESCE(d.department_id, e.department_id) ??FROM?departments d ??FULL?JOIN?employees e?ON?(e.department_id = d.department_id); ? 我們已經介紹了許多查詢的示例，接下來看看其他的數據操作。 ?
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DML ? ? DML?表示數據操作語言，也就是插入、更新和刪除。以下是一個插入語句示例：??
CREATE?TABLE?test(id?int); -- MySQL、SQL Server 等 INSERT?INTO?test(id)?VALUES?(1),(2),(3); -- Oracle INSERT?INTO?test(id) (SELECT?1?AS?id?FROM?DUAL UNION?ALL SELECT?2?FROM?DUAL UNION?ALL SELECT?3?FROM?DUAL); ? 我們通過一個 INSERT 語句插入了 3 條記錄，或者說是插入了一個包含 3 條記錄的關系表。因為，UNION ALL 返回的是一個關系表。VALUES 同樣是指定了一個關系表，在 SQL Server 和 PostgreSQL 中支持以下語句： ?
SELECT?* FROM?( ??VALUES(1),(2),(3) )?test(id); ? 前面我們已經說過，FROM?之后是一個關系表，所以這里的?VALUES?也是一樣。由于我們經常插入單條記錄，并沒有意識到實際上是以表為單位進行操作。 同樣，UPDATE 和 DELETE?語句也都是以關系表為單位的操作；只不過我們習慣了說更新一行數據或者刪除幾條記錄。
? 編輯：黃飛
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