六、数据库与身份认证

一、数据库基本概念

1、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。

2、常见数据库及分类

市面上的数据库有很多种，最常见的数据库有如下几个：

• 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。

3、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。

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。

二、MySQL 的基本使用

1、 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

-- 从 FROM 指定的表中，查询出所有的数据。*表示所有列
-- select * from users

-- 查询username，password列数据
-- select username, password from users

-- 向表中插入username为ww，password为111111的用户数据
-- insert into users(username, password) values ('ww', '111111')

-- 把表中id为2的用户密码更新为666666
-- update users set password='666666' where id=2
-- 把表中id为1的用户名与密码改为ppp，admin123
-- update users set username='ppp', password='admin123' where id=1

-- 删除表中指定的id为4的数据
-- delete from users where id=3

-- 查询表中status为1的数据
-- select * from users where status=1

-- 查询表中id大于2的数据
-- select * from users where id>2

-- 查询表中username不等于zs的数据
-- select * from users where username<>'zs'
-- select * from users where username!='zs'

-- 查询表中status为0并且id小于3的数据
-- select * from users where status=0 and id<3

-- 查询表中status为1或id小于3的数据
-- select * from users where status=1 or id<3

-- users表中按照username进行升序排列
-- order by默认进行升序排列
-- asc 关键字表示升序排列
-- select * from users order by username
-- select * from users order by username asc

-- 按照username降序排列
-- select * from users order by username desc

-- 先按照status降序排列，再按照id升序排列
-- select * from users order by status desc, id asc

-- 查询表中status为0的总条数
-- select count(*) from users where status=0

-- as设置别名，将count(*)设置为total
select count(*) as total from users where status=0

三、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

1、安装、配置、测试mysql模块

• 1、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。

npm install mysql

• 2、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：

// 1、导入mysql模块
const mysql = require('mysql')

// 2、建立与mysql数据库的连接
const db = mysql.createPool({
  host: '127.0.0.1',     // 指定数据库ip地址
  user: 'root',          // 登录数据库的账号
  password: 'admin123',  // 登录数据库的密码
  database: 'my_db'      // 指定要操作那个数据库
})

• 3、测试mysql模块是否能够正常工作
  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：

db.query('select 1', (err, results) => {
  if (err) return console.log(err.message)
  // 只要打印出 [ RowDataPacket { '1': 1 } ] 的结果，就证明数据库连接成功
  console.log(results)
})

2、 使用 mysql 模块增删改查数据

• 1、查询数据
  查询 users 表中所有的数据：

// 查询users表中所有用户的数据
db.query('select * from users', (err, results) => {
  if (err) return console.log(err.message)
  console.log(results)
})

• 2.1、插入数据
  向 users 表中新增数据， 其中 username 为 李华，password 为 123456。示例代码如下：

// 向users表中插入数据1
const user = {username: '李华', password: '123456'}
// 待执行的sql语句
const sqlStr = 'insert into users (username, password) values (?, ?)'
db.query(sqlStr, [user.username, user.password], (err, results) => {
  if (err) return console.log(err.message)
  if (results.affectedRows === 1) {
    console.log('插入成功！')
  }
})

• 2.2、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：

// 向users表中插入数据便捷方式2
const user = {username: '韩梅梅', password: '999999'}
// 待执行的sql语句
const sqlStr = 'insert into users set ?'
db.query(sqlStr, user, (err, results) => {
  if (err) return console.log(err.message)
  if (results.affectedRows === 1) {
    console.log('插入成功！')
  }
})

• 3.1、更新数据

// 向users表中更新数据1
const user = {id: 1, username: '小明', password: '000000'}
// 待执行的sql语句
const sqlStr = 'update users set username=?, password=? where id=?'
db.query(sqlStr, [user.username, user.password, user.id], (err, results) => {
  if (err) return console.log(err.message)
  if (results.affectedRows === 1) {
    console.log('数据更新成功！')
  }
})

• 3.2、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：

// 向users表中更新数据便捷方式2
const user = {id: 2, username: '赵六', password: '111111'}
// 待执行的sql语句
const sqlStr = 'update users set ? where id=?'
db.query(sqlStr, [user, user.id], (err, results) => {
  if (err) return console.log(err.message)
  if (results.affectedRows === 1) {
    console.log('数据更新成功！')
  }
})

• 4、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：

// 向users表中删除数据
// 待执行的sql语句
const sqlStr = 'delete from users where id=?'
db.query(sqlStr, 4, (err, results) => {
  if (err) return console.log(err.message)
  if (results.affectedRows === 1) {
    console.log('数据删除成功！')
  }
})

• 5、标记删除数据
  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。

// 向users表中标记删除数据
// 待执行的sql语句
const sqlStr = 'update users set status=1 where id=?'
db.query(sqlStr, 5, (err, results) => {
  if (err) return console.log(err.message)
  if (results.affectedRows === 1) {
    console.log('数据标记删除成功！')
  }
})

四、前后端的身份认证

1、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

1.1、服务端渲染的 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：

app.get('/index.html', (req, res) => {
  // 1、要渲染的数据
  const data = {name: 'plm', age: 20}
  // 2、服务端通过字符串的拼接，动态生成html内容
  const html = `<h1>姓名：${data.name}, 年龄${data.age}</h1>`
  // 3、把生成好的页面内容响应给客户端。客户端拿到的是带有真实数据的html页面
  res.send(html)
})

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。

1.2、前后端分离的 Web 开发模式

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。

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！）

1.3、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。

2、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。你只有报了相应的手机号码或者取件号，快递员才能确认你的身份，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

3、Session 认证机制

在了解什么是Session 认证机制之前，我们需先了解下关于http协议方面的知识。

3.1、HTTP 协议的无状态性

了解 HTTP 协议的无状态性是进一步学习 Session 认证机制的必要前提。

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。

如下图，超市每天有着无数的客户购买物品，超市的收营员单凭客户的样貌是无法记住每个客户谁是会员，谁不是会员的。

3.2、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。

3.3、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

3.4、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。

3.5、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。

3.6、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。

3.7、Session 的工作原理

3.8、在 Express 中使用 Session 认证

• 1、安装 express-session 中间件
  npm install express-session

• 2、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：

// 1、导入session中间件
let session = require('express-session')

// 2、配置session中间件
app.use(session({
  secret: 'keyword aaa',  // secret 属性可以输入任意字符串
  resave: false,          // 固定写法
  saveUninitialized: true // 固定写法
}))

• 3、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。
  注意：在未配置session中间件前，是没有 req.session 属性的

app.post('/api/login', (req, res) => {
  // 判断用户提交信息是否正确
  if (req.body.username !== 'admin' || req.body.password!== '000000') {
    return res.send({ status: 1, msg: '登录失败！' })
  }
  
  req.session.user = req.body   // 将用户信息存储到session中
  req.session.isLogin= true     // 将用户登录状态存储到session中
  
  res.send({ status: 0, msg: '登录成功！' })
})

• 4、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：

// 获取用户姓名
app.get('/api/getName', (req, res) => {
  // 判断用户是否登录
  if (!req.session.isLogin) {
    return res.send({ status: 1, msg: '用户未登录！' })
  }
  
  res.send({ status: 0, msg: 'success', username: req.session.user.username })
})

• 5、清空 session
  调用 req.session.destroy() 函数，即可清空服务器保存的 session 信息。

// 退出登录的接口
app.post('/api/logout', (req, res) => {
  // 清空当前客户端对应的session信息
  req.session.destroy()
  res.send({ status: 0, msg: '退出登录成功！' })
})

4、JWT 认证机制

JWT（英文全称：JSON Web Token）是目前最流行的跨域认证解决方案。

4.1、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。\

4.2、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。

4.3、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：

Header.Payload.Signature

// 下面是jwt字符串示例：
eyJhbGciOiJSUzI1NiIsImtpZCI6IjjoiYXQrand0In0.eyJuYmYiOjE2NjEzMTE0NTYsImV4cCI6MTY2MTMzMzA1NiwiaXNzIjoiaHR0cDovL2xvY2FsaG9zdC9pZGVudGl0eSIsImF1ZCI6WyJQbGF0Zm9ybSIsIkhTRSJdLCJjbGllbnRfaWQiOiJj1MDMwMjcyIiwianRpIjoiMzBDMTNGMjZGMDdDRUFBQUY1NkQ4MEU2RDc4NTY0QUMiLCJzaWQiOiJFNDBDRTA2Q0M3QkIwMkMwMjNCNjY4QTdEQ0M4MkZBMSIsImlhdCI6MTY2MTMxMTQ1Niwic2NvcGUiOlsib3BlbmlkIiwicHJvZmlsZSIsInJvbGVzIiwiSWRlbnRpdHlTZXJ2ZXIiLCJQbGF0Zm9ybSIsIkFsYXJtIiwiTW9uaXRvciIsIlBJTVMiLC.QjbFgNFWTN8poGEBZs4uXpqvhCAJ5EbNXIU9a3EPcMttmC3WFn4lEA

4.4、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。

• 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。
  

  

4.5、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：

// 注意：Bearer与token字符串中间有个空格
Authorization: Bearer token字符串

4.6、在 Express 中使用 JWT

• 1、安装 JWT 相关的包

// 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
npm install jsonwebtoken express-jwt

• 2、导入 JWT 相关的包

// 1、用户生成JWT字符串的包
const jwt = require('jsonwebtoken')

// 2、导入用于将客户端发送过来的JWT字符串。解析还原成JSON对象的包
const expressJWT= require('express-jwt')

• 3、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

// 3、secret 密钥的本质：就是一个字符串（随意编写）
const secretKey = 'haha123456'

• 4、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：

app.post('/api/login', (req, res) => {
  // 判断用户提交信息是否正确
  if (req.body.username !== 'admin' || req.body.password!== '000000') {
    return res.send({ status: 1, msg: '登录失败！' })
  }  
  res.send({ 
  	status: 200, 
  	msg: '登录成功！',
  	// 调用jwt.sign()生成JWT字符串，三个参数分别是：用户信息对象、加密密钥、配置对象（expiresIn表示token产生开始到失效时间为30s）
  	token: jwt.sign({ username: req.body.username }, secretKey, { expiresIn: '30s' })
  })
})

• 5、 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：

// expressJWT({ secret: secretKey } 用来解析token的中间件
// .unless({ path: [/^\/api\//] })) 用来指定那些接口不需要访问权限
app.use(expressJWT({ secret: secretKey }).unless({ path: [/^\/api\//] }))

• 6、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：

app.get('/admin/getInfo', function(req, res) {
  console.log(req.user)
  res.send({
    status: 200,
    message: '获取用户信息成功！',
    data: req.user
  })
})

• 7、 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：

app.use((err, req, res, next) => {
  // token 解析失败导致的错误
  if (err.name === 'UnauthorizedError') {
    return res.send({ status: 401, message: '无效的token！' })
  }
  // 其他原因导致的错误
  res.send({ status: 500, message: '未知错误！' })
})

五、MySQL Workbench 可视化工具使用（补充）

1、连接数据库

2、了解主界面的组成部分

3、创建数据库

4、创建数据表

5、向表中写入数据