数据库笔记

三大范式：

一.数据库中的范式：

　　范式， 英文名称是 Normal Form，它是英国人 E.F.Codd（关系数据库的老祖宗）在上个世纪70年代提出关系数据库模型后总结出来的，范式是关系数据库理论的基础，也是我们在设计数据库结构过程中所要遵循的规则和指导方法，以下就是对这三个范式的基本介绍：

第一范式（1NF）：

　　数据表中的每一列(字段)，必须是不可拆分的最小单元，也就是确保每一列的原子性。

　　例如： userInfo: '山东省烟台市 1318162008' 依照第一范式必须拆分成
                   userInfo: '山东省烟台市'　　 userTel: '1318162008'两个字段

第二范式（2NF）：

　　满足1NF后要求表中的所有列，都必需依赖于主键，而不能有 任何一列与主键没有关系（一个表只描述一件事情）。

　　例如：订单表只能描述订单相关的信息，所以所有的字段都必须与订单ID相关。
                  产品表只能描述产品相关的信息，所以所有的字段都必须与产品ID相关。
        因此在同一张表中不能同时出现订单信息与产品信息。

第三范式（3NF）：第三范式(3NF)：满足2NF后，要求：表中的每一列都要与主键直接相关，而不是间接相关（表中的每一列只能依赖于主键）

　　例如：订单表中需要有客户相关信息，在分离出客户表之后，订单表中只需要有一个用户
       ID即可，而不能有其他的客户信息，因为其他的用户信息是直接关联于用户ID，而不是关联
       于订单ID。

注意事项：

1.第二范式与第三范式的本质区别：在于有没有分出两张表。

第二范式是说一张表中包含了多种不同实体的属性，那么必须要分成多张表，第三范式是要求已经分好了多张表的话，一张表中只能有另一张标的ID，而不能有其他任何信息，（其他任何信息，一律用主键在另一张表中查询）。

2.必须先满足第一范式才能满足第二范式，必须同时满足第一第二范式才能满足第三范式。

数据库中的五大约束：

数据库中的五大约束包括：

1.主键约束（Primay Key Coustraint） 唯一性，非空性；

2.唯一约束 （Unique Counstraint）唯一性，可以空，但只能有一个；

3.默认约束 (Default Counstraint) 该数据的默认值；

4.外键约束 (Foreign Key Counstraint) 需要建立两表间的关系；

5.非空约束（Not Null Counstraint）:设置非空约束，该字段不能为空。

详细介绍：

（1）[外键约束 (Foreign Key Counstraint) ]
1.设置外键的注意事项：
　　①：只有INNODB的数据库引擎支持外键，修改my.ini文件设置default-storage-engine=INNODB；
　　②：外键与参照列的数据类型必须相同。（数值型要求长度和无符号都相同，字符串要求类型相同，长度可以不同）；
　　③：设置外键的字段必须要有索引，如果没有索引，设置外键时会自动生成一个索引；

2.设置外键的语法：
[CONSTRAINT 外键名] FOREIGN KEY(外键字段) REFERENCES 参照表(参照字段)；
[ON DELETE SET NULL ON UPDATE CASCADE] -- 设置操作完整。

3、外键约束的参照操作：
当对参照表的参照字段进行删除或更新时，外键表中的外键如何应对。
参照操作可选值：
　　RESTRICT: 拒绝对参照字段的删除或修改（默认）；
　　NO ACTION:与RESTRICT相同，但这个指令只在MySql生效；
　　CASCADE:  删除或更新参照表的参照字段时，外键表的记录同步删除或更新；
　　SET NULL: 删除删除或更新参照表的参照字段时，外键表的外键设为NULL (此时外键不能设置为NOT NULL)。

（2）[主键约束]（Primay Key Coustraint） 
1.主键的注意事项：主键默认非空，默认唯一性约束，只有主键可以设置自动增长（主键不一定自增，自增一定是主键）。
2.设置主键的方式：

　　①：在定义列时设置：id     INT UNSIGNED PRIMARY KEY。
　　②：在列定义完成后设置：PRIMARY KEY(id)。

其他约束没有特殊要求因此不做解释。

四大特性：

数据库中事务的四大特性（ACID）：原子性、一致性、隔离性、持久性。如果一个数据库声称支持事务的操作，那么该数据库必须要具备以下四个特性：

（1）原子性（Atomicity）

原子性是指事务包含的所有操作要么全部成功，要么全部失败回滚，因此事务的操作如果成功就必须要完全应用到数据库，如果操作失败则不能对数据库有任何影响。

（2）一致性（Consistency）

一致性是指事务必须使数据库从一个一致性状态变换到另一个一致性状态，也就是说一个事务执行之前和执行之后都必须处于一致性状态。
  如：拿转账来说，假设用户A和用户B两者的钱加起来一共是5000，那么不管A和B之间如何转账，转几次账，事务结束后两个用户的钱相加起来应该还得是5000，这就是事务的一致性。

（3）隔离性（Isolation）

隔离性是当多个用户并发访问数据库时，比如操作同一张表时，数据库为每一个用户开启的事务，不能被其他事务的操作所干扰，多个并发事务之间要相互隔离。
  即要达到这么一种效果：对于任意两个并发的事务T1和T2，在事务T1看来，T2要么在T1开始之前就已经结束，要么在T1结束之后才开始，这样每个事务都感觉不到有其他事务在并发地执行。

（4）持久性（Durability）

持久性是指一个事务一旦被提交了，那么对数据库中的数据的改变就是永久性的，即便是在数据库系统遇到故障的情况下也不会丢失提交事务的操作。
  例如：我们在使用JDBC操作数据库时，在提交事务方法后，提示用户事务操作完成，当我们程序执行完成直到看到提示后，就可以认定事务以及正确提交，即使这时候数据库出现了问题，也必须要将我们的事务完全执行完成，否则就会造成我们看到提示事务处理完毕，但是数据库因为故障而没有执行事务的重大错误。

 

事务的隔离级别

由低到高依次为Read uncommitted(未授权读取、读未提交)、Read committed（授权读取、读提交）、Repeatable read（可重复读取）、Serializable（序列化），这四个级别可以逐个解决脏读、不可重复读、幻读这几类问题。

（1）Read uncommitted(未授权读取、读未提交)：

1）其他事务读未提交数据，出现脏读；
2）如果一个事务已经开始写数据，则另外一个事务则不允许同时进行写操作，但允许其他事务读此行数据。该隔离级别可以通过“排他写锁”实现。
3）避免了更新丢失，却可能出现脏读。也就是说事务B读取到了事务A未提交的数据。
（读未提交：一个事务写数据时，只允许其他事务对这行数据进行读，所以会出现脏读，事务T1读取T2未提交的数据）

实现原理是，读数据时候不加锁，写数据时候加行级别的共享锁，提交时释放锁。行级别的共享锁，不会对读产生影响，但是可以防止两个同时的写操作。

（2）Read committed（授权读取、读提交）：

1）允许写事务，所以会出现不可重复读
2）读取数据的事务允许其他事务继续访问该行数据，但是未提交的写事务将会禁止其他事务访问该行。
3）该隔离级别避免了脏读，但是却可能出现不可重复读。事务A事先读取了数据，事务B紧接了更新了数据，并提交了事务，而事务A再次读取该数据时，数据已经发生了改变。
（读已提交：读取数据的事务允许其他事务进行操作，避免了脏读，但是会出现不可重复读，事务T1读取数据，T2紧接着更新数据并提交数据，事务T1再次读取数据的时候，和第一次读的不一样。即虚读）

实现原理是，事务读取数据（读到数据的时候）加行级共享锁，读完释放；事务写数据时候（写操作发生的瞬间）加行级独占锁，事务结束释放。由于事务写操作加上独占锁，因此事务写操作时，读操作也不能进行，因此，不能读到事务的未提交数据，避免了脏读的问题。但是由于，读操作的锁加在读上面，而不是加在事务之上，所以，在同一事务的两次读操作之间可以插入其他事务的写操作，所以可能发生不可重复读的问题。

不可重复读的重点是修改:

（3）Repeatable read（可重复读取）：

1）禁止写事务；
2）读取数据的事务将会禁止写事务（但允许读事务），写事务则禁止任何其他事务。
3）避免了不可重复读取和脏读，但是有时可能出现幻读。这可以通过“共享读锁”和“排他写锁”实现。
（可重复读：读事务会禁止所有的写事务，但是允许读事务，避免了不可重复读和脏读，但是会出现幻读，即第二次查询数据时会包含第一次查询中未出现的数据）

实现原理，和读提交数据不同的是，事务读取数据在读操作开始的瞬间就加上行级共享锁，而且在事务结束的时候才释放。分析方法和读提交数据类似，本处不再赘述。但是，由于加锁只是加在行上，所以，仍然可能发生虚读的问题。

幻读的重点在于新增或者删除 (数据条数变化)

（4）Serializable（序列化）：

1）禁止任何事务，一个一个进行；
2）提供严格的事务隔离。它要求事务序列化执行，事务只能一个接着一个地执行，但不能并发执行。如果仅仅通过“行级锁”是无法实现事务序列化的，必须通过其他机制保证新插入的数据不会被刚执行查询操作的事务访问到。
3）序列化是最高的事务隔离级别，同时代价也花费最高，性能很低，一般很少使用，在该级别下，事务顺序执行，不仅可以避免脏读、不可重复读，还避免了幻读

实现原理是，在读操作时，加表级共享锁，事务结束时释放；写操作时候，加表级独占锁，事务结束时释放。

出现的问题：

当多个线程都开启事务操作数据库中的数据时，数据库系统要能进行隔离操作，以保证各个线程获取数据的准确性，在介绍数据库提供的各种隔离级别之前，我们先看看如果不考虑事务的隔离性，会发生的几种问题：脏读、不可重复读、幻读。

（1）脏读

1.脏读定义：

1）说法1：指在一个事务处理过程里读取了另一个未提交的事务中的数据，读取数据不一致。
2）说法2：指事务A对数据进行增删改操作，但未提交，另一事务B可以读取到未提交的数据。如果事务A这时候回滚了，则第二个事务B读取的即为脏数据。

2.举例：

当一个事务正在多次修改某个数据，而在这个事务中多次的修改都还未提交，这时一个并发的事务来访问该数据，就会造成两个事务得到的数据不一致。
例如：用户A向用户B转账100元，对应SQL命令如下
　　update account set money=money+100 where name=’B’; (此时A通知B)
　　update account set money=money - 100 where name=’A’;
当只执行第一条SQL时，A通知B查看账户，B发现确实钱已到账（此时即发生了脏读），而之后无论第二条SQL是否执行，只要该事务不提交，则所有操作都将回滚，那么当B以后再次查看账户时就会发现钱其实并没有转。

（2）不可重复读

1.不可重复读定义：

1）说法1：是指在对于数据库中的某个数据，一个事务范围内多次查询却返回了不同的数据值，这是由于在查询间隔，被另一个事务修改并提交了。
2）说法2：一个事务A中发生了两次读操作，第一次读操作和第二次读操作之间，另一个事务B对数据进行了修改，这时两个事务读取的数据不一致。

2.举例：

例如事务T1在读取某一数据，而事务T2立马修改了这个数据并且提交事务给数据库，事务T1再次读取该数据就得到了不同的结果，发送了不可重复读。

3.不可重复读和脏读的区别：

脏读是某一事务读取了另一个事务未提交的脏数据，而不可重复读则是读取了前一事务提交的数据。
  在某些情况下，不可重复读并不是问题，比如我们多次查询某个数据当然以最后查询得到的结果为主。但在另一些情况下就有可能发生问题，例如对于同一个数据A和B依次查询就可能不同，A和B就可能打起来了……

（3）虚读(幻读)

1.幻读定义：

1）说法1：是事务非独立执行时发生的一种现象。
2）说法2：第一个事务A对一定范围的数据进行批量修改，第二个事务B在这个范围增加一条数据，这时候第一个事务就会丢失对新增数据的修改。

2.举例：

例如事务T1对一个表中所有的行的某个数据项做了从“1”修改为“2”的操作，这时事务T2又对这个表中插入了一行数据项，而这个数据项的数值还是为“1”并且提交给数据库。而操作事务T1的用户如果再查看刚刚修改的数据，会发现还有一行没有修改，其实这行是从事务T2中添加的，就好像产生幻觉一样，这就是发生了幻读。

3.幻读和不可重复读区别：

都是读取了另一条已经提交的事务（这点就脏读不同），所不同的是不可重复读查询的都是同一个数据项，而幻读针对的是一批数据整体（比如数据的个数）。

3、MySQL数据库提供的四种隔离级别：

•   ① Serializable (串行化)：可避免脏读、不可重复读、幻读的发生。
•   ② Repeatable read (可重复读)：可避免脏读、不可重复读的发生。
•   ③ Read committed (读已提交)：可避免脏读的发生。
•   ④ Read uncommitted (读未提交)：最低级别，任何情况都无法保证。

以上四种隔离级别最高的是Serializable级别，最低的是Read uncommitted级别，当然级别越高，执行效率就越低。像Serializable这样的级别，就是以锁表的方式(类似于Java多线程中的锁)使得其他的线程只能在锁外等待，所以平时选用何种隔离级别应该根据实际情况。在MySQL数据库中默认的隔离级别为Repeatable read (可重复读)。
　　在MySQL数据库中，支持上面四种隔离级别，默认的为Repeatable read (可重复读)；而在Oracle数据库中，只支持Serializable (串行化)级别和Read committed (读已提交)这两种级别，其中默认的为Read committed级别。