编程基础22：数据库与身份认证

传统型数据库的数据组织结构：传统型数据库的数据组织结构，与 Excel 中数据的组织结构 比较类似。因此，我们可以对比着 Excel 来了解和学习传统型数据库的 数据组织结构。

数据库与身份认证

• 01-数据库的基本概念
  • 什么是数据库
    • 数据库(database)是用来组织、存储和管理数据的仓库。 当今世界是一个充满着数据的互联网世界，充斥着大量的数据。数据的来源有很多，比如出行记录、消费记录、 浏览的网页、发送的消息等等。除了文本类型的数据，图像、音乐、声音都是数据。 为了方便管理互联网世界中的数据，就有了数据库管理系统的概念(简称:数据库)。用户可以对数据库中的数 据进行新增、查询、更新、删除等操作。
  • 常见的数据库及分类
    • ⚫ MySQL 数据库(目前使用最广泛、流行度最高的开源免费数据库;Community + Enterprise) ⚫ Oracle 数据库(收费) ⚫ SQL Server 数据库(收费) ⚫ Mongodb 数据库(Community + Enterprise)
    • 其中，MySQL、Oracle、SQL Server 属于传统型数据库(又叫做:关系型数据库 或 SQL 数据库)，这三者的 设计理念相同，用法比较类似。 而 Mongodb 属于新型数据库(又叫做:非关系型数据库 或 NoSQL 数据库)，它在一定程度上弥补了传统型 数据库的缺陷。
  • 传统型数据库的数据组织结构
    • 数据的组织结构:指的就是数据以什么样的结构进行存储。
    • 传统型数据库的数据组织结构，与 Excel 中数据的组织结构 比较类似。 因此，我们可以对比着 Excel 来了解和学习传统型数据库的 数据组织结构。
    • Excel 的数据组织结构
      • 每个 Excel 中，数据的组织结构分别为工作簿、工作表、数据行、列这 4 大部分组成。
      • 1 整个 Excel 叫做工作簿 2 users 和 books 是工作表 3 users 工作表中有 3 行数据 4 每行数据由 6 列信息组成 5 每列信息都有对应的数据类型
    • 传统型数据库的数据组织结构
      • 在传统型数据库中，数据的组织结构分为数据库(database)、数据表(table)、数据行(row)、字段(field)这 4 大部分组成。
      • 1 数据库类似于 Excel 的工作簿 2 数据表类似于 Excel 的工作表 3 数据行类似于 Excel 的每一行数据 4 字段类似于 Excel 的列 5 每个字段都有对应的数据类型
      • 实际开发中库、表、行、字段的关系
        • 1 在实际项目开发中，一般情况下，每个项目都对应独立的数据库。 2 不同的数据，要存储到数据库的不同表中，例如:用户数据存储到 users 表中，图书数据存储到 books 表中。 3 每个表中具体存储哪些信息，由字段来决定，例如:我们可以为 users 表设计 id、username、password 这 3 个 字段。 4 表中的行，代表每一条具体的数据。
• 02-安装并配置 MySQL
  • 了解需要安装哪些MySQL相关的软件
    • 对于开发人员来说，只需要安装 MySQL Server 和 MySQL Workbench 这两个软件，就能满足开发的需要了。 ⚫ MySQL Server:专门用来提供数据存储和服务的软件。 ⚫ MySQL Workbench:可视化的 MySQL 管理工具，通过它，可以方便的操作存储在 MySQL Server 中的数据。
  • MySQL 在 Mac 环境下的安装
    • 在 Mac 环境下安装 MySQL 的过程比 Windows 环境下的步骤简单很多: 1 先运行 mysql-8.0.19-macos10.15-x86_64.dmg 这个安装包，将 MySQL Server 安装到 Mac 系统 2 再运行 mysql-workbench-community-8.0.19-macos-x86_64.dmg 这个安装包，将可视化的 MySQL Workbench 工具安装到 Mac 系统 具体的安装教程，可以参考 素材 -> MySQL for Mac ->安装教程 - Mac系统安装MySql -> README.md
  • MySQL 在 Windows 环境下的安装
    • 在 Windows 环境下安装 MySQL，只需要运行 mysql-installer-community-8.0.19.0.msi 这个安装包，就能一次 性将 MySQL Server 和 MySQL Workbench 安装到自己的电脑上。 具体的安装教程，可以参考 素材 -> MySQL for Windows ->安装教程 - Windows系统安装MySql -> README.md
• 03-MySQL的基本使用
  • 使用 MySQL Workbench 管理数据库
    • 连接数据库
    • 了解主界面的组成部分
    • 创建数据库
    • 创建数据表
      • DataType 数据类型: 1 int整数 2 varchar(len) 字符串 3 tinyint(1) 布尔值 字段的特殊标识: 1 PK(Primary Key)主键、唯一标识 2 NN(Not Null)值不允许为空 3 UQ(Unique)值唯一 4 AI(Auto Increment)值自动增长
    • 向表中写入数据
  • 使用 SQL 管理数据库
    • 什么是 SQL
      • SQL(英文全称:Structured Query Language)是结构化查询语言，专门用来访问和处理数据库的编程语言。能够让 我们以编程的形式，操作数据库里面的数据。
      • 三个关键点: 1 SQL 是一门数据库编程语言 2 使用 SQL 语言编写出来的代码，叫做 SQL 语句 3 SQL 语言只能在关系型数据库中使用(例如 MySQL、Oracle、SQL Server)。非关系型数据库(例如 Mongodb) 不支持 SQL 语言
    • SQL 能做什么
      • 1 从数据库中查询数据 2 向数据库中插入新的数据 3 更新数据库中的数据 4 从数据库删除数据 5 可以创建新数据库 6 可在数据库中创建新表 7 可在数据库中创建存储过程、视图 8 etc...
    • SQL 的学习目标
      • 重点掌握如何使用 SQL 从数据表中: 查询数据(select) 、插入数据(insert into) 、更新数据(update) 、删除数据(delete) 额外需要掌握的 4 种 SQL 语法: where 条件、and 和 or 运算符、order by 排序、count(*) 函数
  • SQL 的 SELECT 语句
    • 语法
      • SELECT 语句用于从表中查询数据。执行的结果被存储在一个结果表中(称为结果集)。语法格式如下:
      • 注意:SQL 语句中的关键字对大小写不敏感。SELECT 等效于 select，FROM 等效于 from。
    • SELECT * 示例
      • 我们希望从 users 表中选取所有的列，可以使用符号 * 取代列的名称，示例如下:
      • 如需获取名为 "username" 和 "password" 的列的内容(从名为 "users" 的数据库表)，请使用下面的 SELECT 语句:
  • SQL 的 INSERT INTO 语句
    • 语法
      • INSERT INTO 语句用于向数据表中插入新的数据行，语法格式如下:
      • INSERT INTO 示例
        • 向 users 表中，插入一条 username 为 tony stark，password 为 098123 的用户数据，示例如下:
  • SQL 的 UPDATE 语句
    • 语法
      • Update 语句用于修改表中的数据。语法格式如下:
      • UPDATE 示例 - 更新某一行中的一个列
        • 把 users 表中 id 为 7 的用户密码，更新为 888888。示例如下:
  • SQL 的 DELETE 语句
    • 语法
      • DELETE 语句用于删除表中的行。语法格式如下:
      • DELETE 示例
        • 从 users 表中，删除 id 为 4 的用户，示例如下:
  • SQL 的 WHERE 子句
    • 语法
      • WHERE 子句用于限定选择的标准。在 SELECT、UPDATE、DELETE 语句中，皆可使用 WHERE 子句来限定选择的标准。
      • 可在 WHERE 子句中使用的运算符
        • 下面的运算符可在 WHERE 子句中使用，用来限定选择的标准:
        • 注意:在某些版本的 SQL 中，操作符 <> 可以写为 !=
      • WHERE 子句示例
        • 可以通过 WHERE 子句来限定 SELECT 的查询条件:
  • SQL 的 AND 和 OR 运算符
    • 语法
      • AND 和 OR 可在 WHERE 子语句中把两个或多个条件结合起来。 AND 表示必须同时满足多个条件，相当于 JavaScript 中的 && 运算符，例如 if (a !== 10 && a !== 20) OR 表示只要满足任意一个条件即可，相当于 JavaScript 中的 || 运算符，例如 if(a !== 10 || a !== 20)
    • AND 运算符示例
      • 使用 AND 来显示所有 status 为 0，并且 id 小于 3 的用户:
    • OR 运算符示例
      • 使用 OR 来显示所有 status 为 1，或者 username 为 zs 的用户:
  • SQL 的 ORDER BY 子句
    • 语法
      • ORDER BY 语句用于根据指定的列对结果集进行排序。 ORDER BY 语句默认按照升序对记录进行排序。 如果您希望按照降序对记录进行排序，可以使用 DESC 关键字。
      • ORDER BY 子句 - 升序排序
        • 对 users 表中的数据，按照 status 字段进行升序排序，示例如下:
      • ORDER BY 子句 – 降序排序
        • 对 users 表中的数据，按照 id 字段进行降序排序，示例如下:
      • ORDER BY 子句 – 多重排序
        • 对 users 表中的数据，先按照 status 字段进行降序排序，再按照 username 的字母顺序，进行升序排序，示例如下:
  • SQL 的 COUNT(*) 函数
    • COUNT(*) 函数用于返回查询结果的总数据条数，语法格式如下:
    • COUNT(*) 示例
      • 查询 users 表中 status 为 0 的总数据条数:
    • 使用 AS 为列设置别名
      • 如果希望给查询出来的列名称设置别名，可以使用 AS 关键字，示例如下:
• 04-在项目中操作 MySQL
  • 在项目中操作数据库的步骤
    • 1 安装操作 MySQL 数据库的第三方模块(mysql) 2 通过 mysql 模块连接到 MySQL 数据库 3 通过 mysql 模块执行 SQL 语句
  • 安装与配置 mysql 模块
    • 安装 mysql 模块
      • mysql 模块是托管于 npm 上的第三方模块。它提供了在 Node.js 项目中连接和操作 MySQL 数据库的能力。 想要在项目中使用它，需要先运行如下命令，将 mysql 安装为项目的依赖包:
    • 配置 mysql 模块
      • 在使用 mysql 模块操作 MySQL 数据库之前，必须先对 mysql 模块进行必要的配置，主要的配置步骤如下:
    • 测试 mysql 模块能否正常工作
      • 调用 db.query() 函数，指定要执行的 SQL 语句，通过回调函数拿到执行的结果:
  • 使用 mysql 模块操作 MySQL 数据库
    • 查询数据
      • 查询 users 表中所有的数据:
    • 插入数据
      • 向 users 表中新增数据， 其中 username 为 Spider-Man，password 为 pcc321。示例代码如下:
    • 插入数据的便捷方式
      • 向表中新增数据时，如果数据对象的每个属性和数据表的字段一一对应，则可以通过如下方式快速插入数据:
    • 更新数据
      • 可以通过如下方式，更新表中的数据:
    • 更新数据的便捷方式
      • 更新表数据时，如果数据对象的每个属性和数据表的字段一一对应，则可以通过如下方式快速更新表数据:
    • 删除数据
      • 在删除数据时，推荐根据 id 这样的唯一标识，来删除对应的数据。示例如下:
    • 标记删除
      • 使用 DELETE 语句，会把真正的把数据从表中删除掉。为了保险起见，推荐使用标记删除的形式，来模拟删除的动作。 所谓的标记删除，就是在表中设置类似于 status 这样的状态字段，来标记当前这条数据是否被删除。 当用户执行了删除的动作时，我们并没有执行 DELETE 语句把数据删除掉，而是执行了 UPDATE 语句，将这条数据对应 的 status 字段标记为删除即可。
• 05-前后端的身份认证
  • Web 开发模式
    • 目前主流的 Web 开发模式有两种，分别是: 1 基于服务端渲染的传统 Web 开发模式 2 基于前后端分离的新型 Web 开发模式
    • 服务端渲染的 Web 开发模式
      • 服务端渲染的概念:服务器发送给客户端的 HTML 页面，是在服务器通过字符串的拼接，动态生成的。因此，客户端不 需要使用 Ajax 这样的技术额外请求页面的数据。代码示例如下:
        • 子主题 1
    • 服务端渲染的优缺点
      • 优点: 1 前端耗时少。因为服务器端负责动态生成 HTML 内容，浏览器只需要直接渲染页面即可。尤其是移动端，更省电。 2 有利于SEO。因为服务器端响应的是完整的 HTML 页面内容，所以爬虫更容易爬取获得信息，更有利于 SEO。
      • 缺点: 1 占用服务器端资源。即服务器端完成 HTML 页面内容的拼接，如果请求较多，会对服务器造成一定的访问压力。 2 不利于前后端分离，开发效率低。使用服务器端渲染，则无法进行分工合作，尤其对于前端复杂度高的项目，不利于 项目高效开发。
    • 前后端分离的 Web 开发模式
      • 前后端分离的概念:前后端分离的开发模式，依赖于 Ajax 技术的广泛应用。简而言之，前后端分离的 Web 开发模式， 就是后端只负责提供 API 接口，前端使用 Ajax 调用接口的开发模式。
      • 前后端分离的优缺点
        • 优点: 1 开发体验好。前端专注于 UI 页面的开发，后端专注于api 的开发，且前端有更多的选择性。 2 用户体验好。Ajax 技术的广泛应用，极大的提高了用户的体验，可以轻松实现页面的局部刷新。 3 减轻了服务器端的渲染压力。因为页面最终是在每个用户的浏览器中生成的。
        • 缺点: 1 不利于 SEO。因为完整的 HTML 页面需要在客户端动态拼接完成，所以爬虫对无法爬取页面的有效信息。(解决方 案:利用 Vue、React 等前端框架的 SSR (server side render)技术能够很好的解决 SEO 问题!)
    • 如何选择 Web 开发模式
      • 不谈业务场景而盲目选择使用何种开发模式都是耍流氓。
        • ⚫ 比如企业级网站，主要功能是展示而没有复杂的交互，并且需要良好的 SEO，则这时我们就需要使用服务器端渲染; ⚫ 而类似后台管理项目，交互性比较强，不需要考虑 SEO，那么就可以使用前后端分离的开发模式。
        • 另外，具体使用何种开发模式并不是绝对的，为了同时兼顾了首页的渲染速度和前后端分离的开发效率，一些网站采用了 首屏服务器端渲染 + 其他页面前后端分离的开发模式。
  • 身份认证
    • 什么是身份认证
      • 身份认证(Authentication)又称“身份验证”、“鉴权”，是指通过一定的手段，完成对用户身份的确认。 ⚫ 日常生活中的身份认证随处可见，例如:高铁的验票乘车，手机的密码或指纹解锁，支付宝或微信的支付密码等。 ⚫ 在 Web 开发中，也涉及到用户身份的认证，例如:各大网站的手机验证码登录、邮箱密码登录、二维码登录等。
    • 为什么需要身份认证
      • 身份认证的目的，是为了确认当前所声称为某种身份的用户，确实是所声称的用户。例如，你去找快递员取快递，你要怎 么证明这份快递是你的。
    • 不同开发模式下的身份认证
      • 对于服务端渲染和前后端分离这两种开发模式来说，分别有着不同的身份认证方案:
        • 1 服务端渲染推荐使用 Session 认证机制 2 前后端分离推荐使用 JWT 认证机制
  • Session 认证机制
    • HTTP 协议的无状态性
      • HTTP 协议的无状态性，指的是客户端的每次 HTTP 请求都是独立的，连续多个请求之间没有直接的关系，服务器不会 主动保留每次 HTTP 请求的状态。
    • 如何突破 HTTP 无状态的限制
      • 对于超市来说，为了方便收银员在进行结算时给 VIP 用户打折，超市可以为每个 VIP 用户发放会员卡。
      • 注意:现实生活中的会员卡身份认证方式，在 Web 开发中的专业术语叫做 Cookie。
    • 什么是 Cookie
      • Cookie 是存储在用户浏览器中的一段不超过 4 KB 的字符串。它由一个名称(Name)、一个值(Value)和其它几个用 于控制 Cookie 有效期、安全性、使用范围的可选属性组成。 不同域名下的 Cookie 各自独立，每当客户端发起请求时，会自动把当前域名下所有未过期的 Cookie 一同发送到服务器。
      • Cookie的几大特性:
        • 1 自动发送 2 域名独立 3 过期时限 4 4KB限制
    • Cookie 在身份认证中的作用
      • 客户端第一次请求服务器的时候，服务器通过响应头的形式，向客户端发送一个身份认证的 Cookie，客户端会自动 将 Cookie 保存在浏览器中。 随后，当客户端浏览器每次请求服务器的时候，浏览器会自动将身份认证相关的 Cookie，通过请求头的形式发送给 服务器，服务器即可验明客户端的身份。
    • Cookie 不具有安全性
      • 由于 Cookie 是存储在浏览器中的，而且浏览器也提供了读写 Cookie 的 API，因此 Cookie 很容易被伪造，不具有安全 性。因此不建议服务器将重要的隐私数据，通过 Cookie 的形式发送给浏览器。
      • 注意:千万不要使用 Cookie 存储重要且隐私的数据!比如用户的身份信息、密码等。
    • 提高身份认证的安全性
      • 为了防止客户伪造会员卡，收银员在拿到客户出示的会员卡之后，可以在收银机上进行刷卡认证。只有收银机确认存在的 会员卡，才能被正常使用。
      • 这种“会员卡 + 刷卡认证”的设计理念，就是 Session 认证机制的精髓。
    • Session 的工作原理
  • 在 Express 中使用 Session 认证
    • 安装 express-session 中间件
      • 在 Express 项目中，只需要安装 express-session 中间件，即可在项目中使用 Session 认证:
    • 配置 express-session 中间件
      • express-session 中间件安装成功后，需要通过 app.use() 来注册 session 中间件，示例代码如下:
    • 向 session 中存数据
      • 当 express-session 中间件配置成功后，即可通过 req.session 来访问和使用 session 对象，从而存储用户的关键信息:
    • 从 session 中取数据
      • 可以直接从 req.session 对象上获取之前存储的数据，示例代码如下:
    • 清空 session
      • 调用 req.session.destroy() 函数，即可清空服务器保存的 session 信息。
  • JWT 认证机制
    • 了解 Session 认证的局限性
      • Session 认证机制需要配合 Cookie 才能实现。由于 Cookie 默认不支持跨域访问，所以，当涉及到前端跨域请求后端接 口的时候，需要做很多额外的配置，才能实现跨域 Session 认证。
      • 注意: ⚫ 当前端请求后端接口不存在跨域问题的时候，推荐使用 Session 身份认证机制。 ⚫ 当前端需要跨域请求后端接口的时候，不推荐使用 Session 身份认证机制，推荐使用 JWT 认证机制。
    • 什么是 JWT
      • JWT(英文全称:JSON Web Token)是目前最流行的跨域认证解决方案。
    • JWT 的工作原理
      • 总结:用户的信息通过 Token 字符串的形式，保存在客户端浏览器中。服务器通过还原 Token 字符串的形式来认证用户的身份。
    • JWT 的组成部分
      • JWT 通常由三部分组成，分别是 Header(头部)、Payload(有效荷载)、Signature(签名)。 三者之间使用英文的“.”分隔，格式如下:
      • 下面是 JWT 字符串的示例:
    • JWT 的三个部分各自代表的含义
      • JWT 的三个组成部分，从前到后分别是 Header、Payload、Signature。 其中: ⚫ Payload 部分才是真正的用户信息，它是用户信息经过加密之后生成的字符串。 ⚫ Header 和 Signature 是安全性相关的部分，只是为了保证 Token 的安全性。
    • JWT 的使用方式
      • 客户端收到服务器返回的 JWT 之后，通常会将它储存在 localStorage 或 sessionStorage 中。 此后，客户端每次与服务器通信，都要带上这个 JWT 的字符串，从而进行身份认证。推荐的做法是把 JWT 放在 HTTP 请求头的 Authorization 字段中，格式如下:
  • 在 Express 中使用 JWT
    • 安装 JWT 相关的包
      • 运行如下命令，安装如下两个 JWT 相关的包:
      • 其中: ⚫ jsonwebtoken 用于生成 JWT 字符串 ⚫ express-jwt 用于将 JWT 字符串解析还原成 JSON 对象
    • 导入 JWT 相关的包
      • 使用 require() 函数，分别导入 JWT 相关的两个包:
    • 定义 secret 密钥
      • 为了保证 JWT 字符串的安全性，防止 JWT 字符串在网络传输过程中被别人破解，我们需要专门定义一个用于加密和解密 的 secret 密钥: 1 当生成 JWT 字符串的时候，需要使用 secret 密钥对用户的信息进行加密，最终得到加密好的 JWT 字符串 2 当把 JWT 字符串解析还原成 JSON 对象的时候，需要使用 secret 密钥进行解密
    • 在登录成功后生成 JWT 字符串
      • 调用 jsonwebtoken 包提供的 sign() 方法，将用户的信息加密成 JWT 字符串，响应给客户端:
    • 将 JWT 字符串还原为 JSON 对象
      • 客户端每次在访问那些有权限接口的时候，都需要主动通过请求头中的 Authorization 字段，将 Token 字符串发 送到服务器进行身份认证。 此时，服务器可以通过 express-jwt 这个中间件，自动将客户端发送过来的 Token 解析还原成 JSON 对象:
    • 使用 req.user 获取用户信息
      • 当 express-jwt 这个中间件配置成功之后，即可在那些有权限的接口中，使用 req.user 对象，来访问从 JWT 字符串 中解析出来的用户信息了，示例代码如下:
    • 捕获解析 JWT 失败后产生的错误
      • 当使用 express-jwt 解析 Token 字符串时，如果客户端发送过来的 Token 字符串过期或不合法，会产生一个解析失败 的错误，影响项目的正常运行。我们可以通过 Express 的错误中间件，捕获这个错误并进行相关的处理，示例代码如下: