关系型数据库模型
在上一章中，你了解了数据模型的基本概念和分类方式，这一节我们将深入介绍最常见、最经典的数据模型——关系型数据库模型。你将学习它的核心思想、基本结构、组成元素，以及它在实际数据库系统中的应用方式。
什么是关系型数据库模型？
关系型数据库模型（Relational Data Model），是一种用“表格”来组织和表示数据的数据模型。这种模型由美国学者 Edgar F. Codd（埃德加·科德）在 1970 年提出，至今仍是主流数据库系统（如 MySQL、PostgreSQL、SQL Server、Oracle 等）所采用的基础模型。
在关系模型中：
- 一张 表（Table） 就代表一个 关系（Relation）；
- 表中的每一行，叫做一条 记录（Tuple）；
- 表中的每一列，叫做一个 字段 或 属性（Attribute）；
- 表本身的结构，称为 关系模式（Relation Schema）。
你可以把它类比为 Excel 表格：每一张表是一个 Sheet，每一行是一个数据记录，每一列是一个字段。
关系模型的基本概念
关系（Relation）
“关系”就是一张表，用来存储某一类结构化的数据。
例如，你有一个“学生信息表”（Student）如下：
| 学号 | 姓名 | 班级 |
|---|---|---|
| 1001 | 小明 | 一年级一班 |
| 1002 | 小红 | 一年级二班 |
| 1003 | 小刚 | 一年级一班 |
这张表就是一个关系，它的结构由字段组成，数据由记录填充。
元组（Tuple）
每一行数据，就是一个元组（也叫记录）。例如：
(1001, 小明, 一年级一班)
这个元组表示一个学生的完整信息。
属性/字段（Attribute）
每一列就是一个属性，也就是字段。例如“学号”、“姓名”、“班级”就是属性。属性的数据类型需要定义清楚，比如学号是整数、姓名是字符串等。
以下是关系型数据库中最常见的几类数据类型（以 SQL 标准为例，略去各数据库差异）：
| 类型 | 示例值 | 说明 | |
|---|---|---|---|
| 数值类型 | INT | 123 | 整数，适用于编号、计数等 |
BIGINT | 922337203 | 更大的整数范围 | |
DECIMAL | 12.34 | 精确小数（适用于金融） | |
FLOAT | 3.14159 | 近似小数（速度快但不精确） | |
| 字符串类型 | CHAR(n) | 'CN' | 固定长度字符串（性能好） |
VARCHAR(n) | '北京' | 可变长度字符串（节省空间） | |
TEXT | 大段文字 | 存放长文本，比如评论、文章内容等 | |
| 日期和时间类型 | DATE | 2025-04-17 | 日期（不含时间） |
TIME | 14:30:00 | 时间（不含日期） | |
DATETIME | 2025-04-17 14:30:00 | 日期+时间 | |
TIMESTAMP | 同上 | 可记录时间戳（有时区支持） | |
| 布尔类型 | BOOLEAN / BOOL | TRUE 或 FALSE | 通常表示“是否启用”、“是否通过”等 |
域（Domain）
属性可以取值的合法范围叫做“域”。例如：
- 姓名字段的域可能是“所有 UTF-8 字符串”；
- 学号的域可能是“正整数”；
- 出生日期的域是“合法的日期”。
域的定义有助于确保数据的合法性。
主键（Primary Key）
主键（Primary Key）是用来唯一标识表中一行记录的字段（或字段组合）。你可以把主键理解成“身份证号”，主键具有以下特点：
- 唯一性：不能重复，每一行都必须有不同的主键值；
- 非空性：不能是空（NULL）；
- 稳定性：值尽量不要变，比如学号、工号、订单号；
- 通常是某个字段（或多个字段组合）；
- 每个表只能有一个主键。
例如在学生表（Student）中，“学号”就可以作为主键，因为每个学生的学号都是唯一的。
| 学号 | 姓名 | 班级 |
|---|---|---|
| 1001 | 小明 | 一年级一班 |
| 1002 | 小红 | 一年级二班 |
| 1003 | 小刚 | 一年级一班 |
外键（Foreign Key）
外键（Foreign Key）是用于建立两个表之间联系的字段。外键本身也是一个字段，并且它引用自另一个表的主键，因此可以用来建立两个表之间的关系。外键具有以下特点：
- 外键的值必须是另一个表中主键的值，或者是 NULL；
- 外键可以有多个。
我们将前面学生表（Student）中的“班级”字段修改为“班级ID”，如下所示：
| 学号 | 姓名 | 班级ID（外键） |
|---|---|---|
| 1001 | 小明 | 1 |
| 1002 | 小红 | 2 |
我们再建一个“班级表”（Class）：
| 班级ID | 班级名 |
|---|---|
| 1 | 一年级一班 |
| 2 | 一年级二班 |
那么，学生表中的“班级ID”（Student.班级ID）就是“班级表”中主键的外键（它引用的是 Class.班级ID）。外键的存在使得数据可以关联查询，而不是冗余存储。
外键告诉数据库：“学生表中的班级ID，必须是班级表中已经存在的ID。”
这样做的好处是：数据更一致、更规范。比如你就不能插入一个“班级ID=999”的学生记录，因为班级表里没有这个班。
候选键（Candidate Key）
候选键是指在一张表中，可以唯一标识每一行记录的字段（或字段组合）。也就是说，候选键 = 有资格成为主键的字段。在多个候选键中，你可以选择其中一个作为主键，其他的就是“备用”的。
假设你有这样一个学生表：
| 学号 | 身份证号 | 姓名 | 手机号 |
|---|---|---|---|
| 1001 | 11010120000101 | 小明 | 13812345678 |
| 1002 | 11010120000202 | 小红 | 13987654321 |
在这个表中，以下字段都有可能唯一标识一个学生：
- 学号（比如 1001）
- 身份证号（每个人唯一）
- 手机号（一般也唯一）
所以这些字段都是候选键。你可以选其中一个（比如学号）作为主键，其它就是候选键，但不是主键。
关系操作：集合思维
关系模型是以集合为基础的，这意味着你可以用集合操作（如选择、投影、连接、并集、差集等）来处理表格数据。
在 SQL 中，这些操作被转化为各种 查询语句（SELECT、JOIN、UNION 等）。
关系模型的优势
- ✅ 结构清晰：表结构简单，易于理解和维护；
- ✅ 高度标准化：支持 SQL 语言，跨平台通用；
- ✅ 数据完整性好：主键、外键、约束机制完善；
- ✅ 支持事务：保证操作的一致性和可靠性；
- ✅ 适合结构化数据：适用于大多数业务系统，如电商、财务、库存等。
你在数据库中如何使用关系模型？
在实际使用关系型数据库时：
- 你会设计表结构（建模）；
- 使用 SQL 语言来创建表（如
CREATE TABLE）； - 通过
INSERT插入数据，SELECT查询数据； - 设置主键、外键、索引等，确保数据正确性和查询效率；
- 使用
JOIN等操作连接多个表，实现复杂业务逻辑。
这些过程，正是关系模型在实际系统中的体现。
小结
本节你学习了：
- 关系型数据库模型的由来与基本定义；
- 表（关系）、元组、属性、主键、外键、候选键等核心概念；
- 关系模型的优点与适用场景；
- 如何在实际项目中使用关系模型建表、管理数据。
关系型数据库模型是数据库学习的基石。掌握这些基础知识，将帮助你更好地理解后续的数据库设计、SQL 查询和规范化理论等内容。