5.1 数据库基础

5.1 数据库基础

本节摘要：数据库不是"更高级的文件"，而是自带并发管控、数据约束、事务保证和索引加速的专业存储系统。本节先讲清 JSON 文件在多用户场景下必然翻车的四个原因，再认识关系型数据库的核心概念——表、行、列、主键、外键，用 SQLite 亲手建出轻记账的第一张表并写几条 SQL。概念落到手上，下一节的 ORM 才不会变成黑话。

本节要解决什么

阅读完本节，你应当能够：

1. 说出文件存储在并发、约束、事务、索引四个维度上的短板
2. 理解表、行、列、主键、外键五个基本概念
3. 用 sqlite3 模块建表、插入、查询轻记账数据
4. 区分关系型与非关系型数据库的适用场景
5. 解释事务的原子性及其对记账操作的意义

为什么 JSON 文件撑不住了

复盘一个真实的翻车现场：两人同时用轻记账，甲记一笔"午饭 20"，乙记一笔"电影 40"。程序各自的流程都是"读文件到内存 → 追加 → 整体写回"。时序稍不巧：乙在甲"读之后写之前"也完成了读——两人都在旧数据上追加，后写回的把先写回的整个覆盖，甲那笔账人间蒸发。这不是粗心，是文件存储的结构性缺陷：

• 并发无管控：多个进程同时读写，谁都不知道对方的存在
• 无约束：金额存成字符串、日期格式五花八门，文件一概照收，垃圾进垃圾出
• 无事务：记一笔要改两处数据，改到一半程序崩了，文件处于半新半旧的矛盾状态
• 无索引：几千笔账里查某个月，只能从头到尾扫一遍

图 5-1 文件存储与数据库的能力对比

关系型数据库：表格的艺术

关系型数据库把数据组织成一张张二维表。轻记账的账目表长这样：

五个概念各就各位：列是字段，建表时声明类型；行是一条记录；主键是每行的身份证号（id），绝不重复；外键是表与表的纽带——user_id 指向用户表的 id，声明"这笔账属于谁"，数据库负责检查指向的人真的存在；查询语言 SQL 是通用操作语言，增删改查各一个动词。

SQLite：一个文件就是一个数据库

生产级数据库（PostgreSQL、MySQL）要安装服务、配置账号；SQLite 是"嵌进程序里的数据库"，整个库就是一个文件，Python 标准库自带驱动，零配置——学习与中小项目的事实标准：

import sqlite3

# 连接（文件不存在会自动创建）
conn = sqlite3.connect("ledger.db")
cur = conn.cursor()

# 建表：类型与约束在这里立规矩
cur.execute("""
    CREATE TABLE IF NOT EXISTS records (
        id      INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT,
        item    TEXT NOT NULL,
        amount  REAL NOT NULL CHECK (amount > 0),
        date    TEXT NOT NULL,
        user_id INTEGER NOT NULL REFERENCES users(id)
    )
""")

# 插入：问号占位符传参，杜绝拼接注入
cur.execute(
    "INSERT INTO records (item, amount, date, user_id) VALUES (?, ?, ?, ?)",
    ("午饭", 20.0, "2026-09-02", 1),
)
conn.commit()          # 提交事务

# 查询：九月的账目，按日期倒序
rows = cur.execute(
    "SELECT item, amount FROM records WHERE date LIKE ? ORDER BY date DESC",
    ("2026-09%",),
).fetchall()
print(rows)            # [('午饭', 20.0)]

conn.close()
​

三处工程要点：占位符问号由驱动安全传参，绝不用字符串拼接拼 SQL——那是注入攻击的头号入口，6.6 安全节展开；commit 与 execute 分离，你不提交就不落盘，事务的原子性正来自于此——同一事务里多条语句要么全部生效要么全部作废，"记账成功但统计没更新"的矛盾数据从根上杜绝；CHECK 约束让负数金额在数据库层面就进不了门，与应用层校验构成双保险。

关系型还是非关系型

主流分两大阵营：关系型（表、SQL、强约束）与非关系型（文档、键值、灵活结构）。选型一句话版：数据有清晰关系、要一致性保证，选关系型——账目、订单、用户，几乎一切业务系统的主干；结构多变、追求极致读写吞吐，考虑非关系型——缓存（第 6 章会用的 Redis 就是键值型）、日志、消息队列。轻记账毫无疑问用关系型，但你的工具箱里该知道还有另一格抽屉。

演练与变式

给 SQLite 库补一张 users 表（id、username 两列即可），插入两个用户，把上面的账目分别挂到两人名下，再用 JOIN 查询"每个用户各自的合计"：

rows = cur.execute("""
    SELECT u.username, SUM(r.amount)
    FROM users u JOIN records r ON r.user_id = u.id
    GROUP BY u.username
""").fetchall()
print(rows)    # [('甲', 16.5), ('乙', 40.0)]
​

变式一：往表里插入一条负数金额，观察 CHECK 约束怎样当场拦截。变式二：连续插入两条不 commit 就 close，重开库验证数据没有进去——亲手确认"不提交不落盘"。

易错点清单

• 忘记 commit：程序不报错，数据却没保存，重启后一脸茫然
• 字符串拼接 SQL：注入攻击开门揖盗，占位符是唯一正解
• 主键当业务数据用：id 只做标识，别用它表达含义，重排与迁移都会痛
• 一库多程序直接开文件：SQLite 并发能力有限，多进程高频写要上专业数据库

本节要点回顾

• 文件存储四短板：并发、约束、事务、索引，数据库各给一套保证
• 五概念：表、行、列、主键、外键，SQL 四动词增删改查
• SQLite 零配置上手，占位符传参防注入，commit 决定事务生效
• CHECK 与 NOT NULL 是双保险的底层，垃圾数据进不了门
• 关系型管主干业务，非关系型补缓存与高吞吐场景

表建好了、SQL 会写了，但业务代码里到处写 SQL 字符串很快会烦。下一节 ORM，用对象说话。