数据库系统基础教程四：数据库语言SQL

        前面各节介绍了关系代数、关系设计理论、高层概念表示，本节之后将介绍SQL语言。

        目前主流的数据库如MySQL、Oracle等只是实现了SQL标准的部分，而且各有扩展，具体的细节需要查询各个数据库的文档。本节只是作为SQL的入门来进行介绍。

        MySQL文档库：http://dev.mysql.com/doc/

        Oracle的文档库：http://www.oracle.com/technetwork/cn/indexes/documentation/index.html

        6 SQL查询语言

        6.1 简单查询

        典型的查询为SELECT-FROM-WHERE形式，FROM子句给出查询所引用的关系，WHERE子句用来给出选择条件，SELECT决定哪些属性应该被显示出来。

        先给出一个示例：SELECT title AS name, length AS duration FROM Movie WHERE studioName='Disney' or studioName like '%ney%'  order by duration;

        从关系代数的角度，SELECT用来投影关系的字段，这个字段可以使用AS来进行重命名。基于扩展也可以将常量表达式或属性的表达式进行投影。

        使用ORDER BY <attr,...>来进行结果的排序，默认为ASC，即升序，也可以在后面加DESC来降序排列。ORDER BY位于任何语句之后，执行时在FROM和WHERE的结果上进行排序，排序之后再应用SELECT。ORDER BY后的列表，也可以包含表达式。

        WHERE子句来实现选择操作，条件可以通过逻辑运算符AND,OR,NOT来组合，分别为并、或和非运算。

        此外SQL提供了模式匹配用于字符串比较。使用方式为 like 'pattern'，模式为一个可能使用%或_的字符串，%可以匹配源中任意长度的字符串_可以匹配任意一个字符。

        SQL允许属性有一个特殊值NULL。在WHERE子句中，当对NULL进行运算时有两个重要的规则：第一，NULL和任何值进行算术运算，其结果仍为NULL。第二，当使用比较运算符时，NULL和任意值比较，结果均为UNKONWN。如果希望断定某属性是否为NULL，则需要使用关键字IS NULL或IS NOT NULL。

        上面介绍到NULL的比较会产生UNKONWN的BOOL值，与通常的TRUE/FALSE并列。我们可以将TURE视为1，FALSE视为0，而UNKONWN视为0.5，则有如一规则：

        第一：两个布尔值之间AND运算取两者最小的值。例如存在FALSE的比较结果为FALSE，而TRUE和UNKONWN的比较为UNKONWN。

        第二：两个布尔值之间OR运算取两者最大的值。

        第三：布尔值x的非为1-x。即TRUN和FALSE可以互非，而UNKNOWN的非是其自身。

        6.2 多关系查询

        SQL用简单的方式在一个查询中处理多个关系，即在FROM子句中列出每个关系，然后在SELECT和WHERE子句中引用任何出现在FROM子句中关系的属性。

        示例：SELECT name FROM Movie as m ,MoveExec as e WHERE m.title='star war' AND m.produceNo = e.certNo

        当查询涉及多个关系的时候，关系中可能会有属性重名。此时需要以明确的方式来指明我们选择的是哪个关系上的属性。SQL通过在属性前面加上关系名和一个点.来解决这个问题。

        关系代数中可以用集合操作来组合关系，SQL中对应的操作作用在查询结果上。关键字UNION, INTERSECT,EXCEPT分别对应U,M,-。当这此关键字用于两个查询时，查询应该分别用括号括起来。

        6.3 子查询

        当某个查询是另一个查询的一部分时，称其为子查询。子查询还可以拥有下一级子查询，如此递推。前面介绍了通过使用集合操作合并两个子查询的结果。下面介绍三种新的子查询的形式。

        6.3.1 子查询返回单个值用于WHERE子句

        可以将此类查询用于上层查询的WHERE子句中。

        例如SELECT name FROM MoveExec WHERE certNo = (SELECT produceNo FROM Move WHERE title = 'star war');

        6.3.2 返回关系的子查询用于WHERE子句

        SQL定义了如下几个运算符，作用于关系，可以返回BOOL结果。

        s IN R  如果s存在于R中

        EXIST R  关系R非空

        s > ALL R 表示 s >max(R)    

        s > ANY R 表示s > min(R)

        基于上面的定义，如果一个元组和一个关系有相同的属性个数，则可以使用上面的运算符来组合子查询。例如：

        SELECT producerNo FROM Movies WHERE (title,year) IN ( SELECT mtitle ,myear FROM StarsIn WHERE startName = 'Harrison Ford');

        上面介绍的子查询只需要计算一次，返回结果给上层查询。更复杂的查询要求子查询计算多次，每次需要从上层传递外部元组变量给子查询，称此类查询为关联子查询。

         SELECT title FORM Movies AS old WHERE year < ANY ( SELECT year FROM Movies WHERE title = old.title);

         6.3.3 返回关系的子查询用于FROM子句

         返回的关系需要起个名字以便用于FROM子句中，例如：SELECT title FROM Movies, (SELECT * from Movies) AS old where old.title =title and old.year < year;

        6.3.4 SQL的连接表达

        本节介绍的连接运算符是冗余的，它可以用SELECT FROM WHERE表达式替换。最简单的连接为笛卡儿积，但实际上较少使用，形式为R CROSS JOIN S。CORSS可以省略。

        θ连接形式：R JOIN S ON  <条件>

        示例：SELECT * FROM Movies JOIN StarsIn ON title = mTitle and year = mYear;

        6.3.5 θ外连接

        形式：R [ LEFT|RIGHT ] OUTER JOIN  S ON <条件>

        6.3.6 自然连接

        自然连接形式：R NATURAL JOIN S  

        由于自然连接自行为在同名且值相等的属性上连接，因此不需要外加条件。因此上面的示例在两个表的title和year字段同名时，可以化简:

        SELECT * FROM Movie NATURAL JOIN StarsIn .

        MySQL使用INNER JOIN 来表示自然连接，但可以通过 using 来指定使用的列。此外MySQL在内连接时会自行判断载入表的先后顺序，用户也可指定载入顺序，这需要使用MySQL的扩展连接关键字STRAIGHT_JOIN。其语法为 R STRAIGHT_JOIN S on 

        6.3.7 外自然连接

        外自然连接形式：R NATURAL [ LEFT | RIGHT ] OUTER JOIN S

        示例：SELECT * FROM Movies NATURAL LEFT JOIN StarsIn; 

        6.4 全关系操作

        6.4.1 消除重复

        如果希望结果中不出现重复元组，可以使用SELECT DISTINCT。然而消除重复的代价较高，只有在排序或分组才能保证相同的元组紧挨在一起。

        与SELECT不同的是，UNION等集合操作，默认是不消除重复的。如果希望在集合运算中保留重复，需要在集合运算符后加ALL关键字。

        我们也可以从 聚集操作符中消息重复，方法是在聚集运算符内对列加DISTINCT，这样可以在聚集操作符之前消除重复。

        6.4.2 分组

        分组使用group by可以对列进行分组和聚集。当元组中含有空值时要注意如下规则：

        空值在任何聚集操作中都被忽略；除了计数以外，对空包执行聚集操作，结果均为NULL。空包的计数结果为0。

        6.4.3 HAVING子句

        如果需要对基于某些分组聚集的性质选择分组，可以在GOURP BY后面加上HAVING子句，HAVING子句后跟一个分组的条件。表示分组必须满足所给的条件，才可以作为结果返回。

       示例，列出在2000之前制作过电影的制片人所摄制的电影个数

        SELECT name,COUNT(title) FROM movie,movieexec WHERE movie.`producerC#` = movieexec.`cert#`GROUP BY name HAVING MIN(year)<2000;

        6.5 数据库更新

        6.5.1 元组插入

        INSERT INTO R(a1,a2,...an) VALUES(v1,v2,...vn)，属性列表可以省略，此时必须保证属性值的顺序与关系属性的标准顺序一致。可以通过子查询向关系中插入计算出的元组集合。

        例如：INSERT INTO Movies VALUES ('star war', 1980, 120, 'POP')。

        6.5.2 删除

        DELETE FROM R WHERE <条件>，如果没有条件，则所的元组都会被删除。

        6.5.3 更新

        UPDATE R SET <col = val,...> WHERE <条件>。

        6.6 事务

        先介绍串行化的概念，为了支持事务的并行性，需要事务都是可串行化，即这些事务执行起来必须表现的串行执行的，没有重叠并行。

        除了串行化，另一概念是原子性，即事务要么执行成功，要么没有执行，不存在执行一部分的问题。

        6.6.1 SQL中提交事务

        SQL支持事务，使用START TRANSACTION标识事务开始，使用COMMIT提交事务或使用ROLLBACK回滚事务。

        通常多个读事务可以并发执行，但涉及到写事务则需要考虑具体情况。SQL允许告诉系统下面要执行的事务是性质为只读还是读写的。

        SET TRANSACTION READ [ ONLY | WRITE ] 

        6.6.2 脏读与隔离级别

        脏数据指还没提交的事务所写的数据的通用术语。脏读是对脏数据的读取。脏读的风险是写数据的事务可能回失败，那么读取的数据就是无效的。脏读有时是重要的，有时脏读是无关紧要的，脏读可以提高性能。

        SQL设备了四种隔离层次，通过设置事务的隔离层次，可以让我们控制如何处理脏数据。        

隔离解别	脏读	不可重复读	幻读
Read Uncommitted	Y	Y	Y
Read Committed	N	Y	Y
Repeatable Read (default)	N	N	Y
Serializable	N	N	N

        隔离层次对事务进行设置。如SET TRANSACTION  ISOLATION LEVEL READ COMMITED。

       对于读提交层次，SQL允许同一个查询执行多次并获得不同的结果。只要结果反应了已经提交事务定写入的数据。

       对于可重复读层次，如果第一次检索到一个元组，则后续重复这个查询会再次检索到同一元组。然而，后续操作会可能会遇到幻象元组。例如其他事务插入新元组，而本事务也想插入同一新元组，此时就冲突了，幻象元组突然“出现”起作用了。

       在串行话层次上，事务必须等待前一个执行结束方能执行。

        7 约束与触发器

        7.1 键与外键约束

        7.1 外键的创建

        我们在第二节已经看到主键的两种定义方式，外键与之类似，也有两种定义方式：

        在单个属性上的外键：在属性声明之后添加REFERENCE <TABLE>(<ATTR>)

        如果外键为多个属性，则必须在CREATE TABLE语句的属性列表之后追加声明 FOREIGN KEY(<ATTR LIST>) REFERENCE <TALBE> (<TABLE ATTR LIST>)  

        示例：CREATE TABLE Studio (name CHAR(20) PRIMARY KEY,presC# INT, FOREIGN KEY (presC#) REFERENCE MovieExec(cert#) ) ;

        7.1.2 维护引用完整性

        外键约束有当违反时有三种不同的处理方式：

        第一，缺省的拒绝违法操作；

        第二，级联(CASCADE)原则，被引用属性的改变被应用到外键上。

        第三，置空NULL，被引用的关系上的更新影响外键时，外键被置为空值。

        这三个选项可以独立的选择删除和修改，同外键一起声明。声明方法为在ON DELETE 或ON UPDATE 后加SET NULL 或 CASCADE选项。

        示例：CREATE TABLE Studio (name CHAR(20) PRIMARY KEY,presC# INT, FOREIGN KEY (presC#) REFERENCE MovieExec(cert#) ON DELETE SET NULL ON UPDATE SET CASCADE);

        7.1.3 延迟约束的检查

        7.2  属性与元组约束

        7.2.1 非空约束

        CREATE TABLE中与属性相连的简单约束为NOT NULL，其作用为不允许元组的此属性取NULL。

        7.2.2 基于属性的CHECK约束

        更复杂的约束是将保留字CHECK和圆括号括起来的条件附加在属性声明上，此条件为此属性的每个值都必须满足的条件。原则上CHECK条件可以是任何在WHERE了句中允许的描述。CHECK约束是在元组在此属性上获得新值时被检查，如果此属性没有变化，则不会执行检查。

        示例：CREATE TABLE ....., gender CHAR(1) CHECK (gender IN ('F','M') )

        7.2.3 基于元组的CHECK约束

        如果CHECK涉及多个属性，则需要在CREATE TABLE的属性定义之后声明CHECK，这点类似于键约束。

        示例：在添加影星时，如果为男性，则不能以小姐字样开头

        CREATE TABLE MovieStar (name CHAR(30) PRIMARY KEY, gender CHAR(1), CHECK (gender IN ('F','M') OR name not like 'Ms.%' )

        7.3  约束修改

        7.3.1 约束命名

        在约束前添加CONSTAINT 和约束的名字即可。

        对于主键：name char(30) CONSTRAINT name_pk PRIMARY KEY

        对于约束： gender char(1) CONSTAINT no_mr CHECK (gender IN ('F','M'))

        7.3.2 约束的修改

        约束在命名之后，可以根据名字来修改。

        约束删除：ALTER TABLE tbl_name DROP CONSTRAINT cons_name;

        约束添加：ALTER TABLE tbl_name ADD CONSTRAINT cons_name CHECK/PRIMARY KEY ()/FOREIGN KEY()

        7.4 断言

        CREATE ASSERTION <name> CHECK (<condition>)

        DROP ASSERTION name

        MySQL并不支持断言，不在此详细介绍。

        7.5 触发器

        8 视图与索引

        通常我们所说的视图即虚拟视频，其并不进行存储，但可以对其查询，就好像其确实存在于数据库中一样。视图可以被物化，需要定期地进行构造并存储。索引是一种物化视图。

        8.1 虚拟视图

        SQL中视图的定义方式为CREATE VIEW <viewname> AS <SELECT 语句>，即视图其实是对一次查询结果的虚拟存储，方便后续使用。视图在定义之后，和真实的关系表一样，可以在FROM、WHERE子句中使用。在定义视图时还可以重命名属性，方法为在视图名后加一对圆括号，将视图的属性定在括号内。

        示例：CREATE VIEW DisneyMovie ( film, year ) AS SELECT title,year FROM Movies Where studioName = ‘disney’；        

        删除视图：DROP VIEW viewname;  删除视图不影响原始表的数据。

        SQL中规定对于一些简单的视图，可以对视图进行插入、删除和更新，我们不在此进行描述。

        8.2 SQL索引及选择

        8.2.1 索引的创建和删除

        关系中属性的索引是一种数据结构，可以提高对应属性上查询的效率，常用的实现为二叉查找树，键为属性的可能的值，键对应的值为相应分组的存储位置。索引可以极大的提高相应列上查找的速度，如果没有索引，我们不得不遍历所有的元组从中过滤出符合条件的部分。

        索引创建语法：CREATE INDEX idx_name ON R(column,...)，在关系R的相应列上创建一个索引，可以针对多个属性作联合索引，此时要注意属性列表的顺序选择。

        索引删除：DROP INDEX idx_name

        除了上面介绍的索引创建方式，另一种常用的索引创建方式是在创建表时，将相应的列声明为KEY，这样DBMS会默认为相应列创建索引。

        8.2.2 索引的选择

        索引不但可以加快查找，在相应关系连接时，也可以加快操作，但索引的维护是有代价的，当相应列有新元组插入、删除和修改时，都需要更新索引。

        关系上最有用的索引为主键创建；其次，如果某些属性虽然不是键，但几乎可以作键用，则也可以创建索引；最后，如果元组在某些属性上是聚集的，则可以为此属性添加索引。

        为了计算最佳索引，需要统计查询和更新在基于关系的哪些属性上最为频繁的发生。当对频繁度有排序后，按从高到低依次添加索引，会为我们带来最大的效率。

        8.3 物化视图

        SQL标准支持物化视图，但在MySQL中并不是天然支持的。

        物化视图创建：CREATE MATERIALIZED VIEW viewname AS <SELECT .....>

        物化视图的更新不需要在基本表改变时进行，可以离线的在数据库不繁忙的时候执行。

        视图和物化视图可以简化查询语句。

        9 存储过程

        

       

        10 权限管理

        授权：GRANT <权限列表> ON <DB ELEMENT> TO <USER> [WITH GRANT OPTION]

        收权：REVORK <权限列表> ON <DB ELEMENT> FROM  <USER> [ CASCADE| RESTRICT ]

        DBMS使用授权图来跟踪所授予出到的权限。

        参考文献

        MySQL隔离级别 http://blog.csdn.net/taylor_tao/article/details/7063639