数据库原理 简单基础入门
數據庫數據特點
Massive 數據量大
Presistent 持久
Safe 安全
Multi-user 多用戶
convenient 方便
Efficient 高效
feliable 可靠
一個數據庫網站
https://db-engines.com/en/
數據庫的基礎概念
數據和信息
信息：客觀事物的存在方式和狀態
數據：用來記錄信息的可識別的符號 是信息的具體表現形式
數據與信息的連接：數據是信息的載體 信息是數據的內涵
數據庫 數據管理系統 數據庫系統 數據庫管理員
數據庫：
是長期存儲在計算機內 有組織的 可共享 ，可存儲，可讀寫的數據集合
數據庫管理系統：
用戶與操作系統之間的一層數據管理軟件
數據庫系統的體系結構
三層模式 兩層印象
邏輯模式：數據庫中全體數據的邏輯結構和特征的描述，邏輯模式與具體的物理實現細節無關，是一種體現用戶需求的公共數據結構，（類似于中間件），一個數據庫只有一個邏輯模式
外模式：具體使用者看到的數據結構（局部數據的邏輯結構和特征），一個應用有多個外模式
內模式：數據物理結構和存儲方式的描述，數據在數據庫內部的表示方式，一個數據庫只有一個內模式
外模式印象：每一個外模式對應一個外模式印象，定義外模式與邏輯模式的對應關系
內模式印象：定義數據全局的邏輯結構與存儲結構之間的對應關系
兩級印象保證數據的邏輯獨立性和物理獨立性。
當內模式改變了，只要改變內模式印象就可以不改變邏輯模式
當邏輯模式改變了，改變兩級印象，就可以不改變外模式和內模式
數據模型
數據模型要滿足模擬真實世界，便于理解，便于實現。
數據結構
數據操作
數據的約束條件
關系模型
半結構化模型
?網狀模型//早期模型
?層次模型
?XML //網絡數據表示格式，傳輸和存儲數據
?JSON
不同的模型具體區別就是數據結構不同
數據管理技術的產生和發展
人工管理階段
文件管理階段
數據庫系統
關系數據庫
關系數據模型
關系型： 表 、SQL
非關系型: noSQL
關系數據庫系統： 是支持關系模型的數據庫系統
關系模型：
?關系數據結構
?關系操作
?完整性約束
關系數結構：
?單一的數據結構：關系
??實體及實體間的聯系均用各種關系來表示
?數據的邏輯結構：二維表
??關系模型中的數據結構就是一張二維表
關系模型建立在幾何代數之上
域：一組具有相同數據類型的值的集合
笛卡爾積：
笛卡爾積每行代表一個元組，每列代表一個域。
關系：
關系也是一個二維表
?每行表示一個元組
?每列是一個域，表示一個屬性
碼（key,鍵）
候選碼：在關系中唯一能標識元組的屬性或屬性集
主屬性：候選碼的各個屬性
主碼：用戶選作元組表示的候選鍵
全碼：關系的說有屬性是這個關系的全碼
基本關系的性質：
? 列是同質的
?列的順序無所謂
?行的順序無所謂
什么是關系模式
? 關系模式是對關系的描述
? 學生（學號，姓名，年齡，性別，籍貫）
? R(A1,A2,A3,A4,A5)
? 關系是關系模式在某時刻的取值
關系數據庫：
在一個給定的應用領域中，實體及實體之間聯系的關系的集合構成一個關系數據庫
關系操作：
? 查詢 插入 刪除 修改
關系操作特點：
?集合操作方式
關系數據語言的種類：
? 關系代數的語言
? 關系演算的語言
關系的完整性約束：
? 實體完整性
? 參照完整性
? 用戶定義的完整性
（前兩者必須滿足）
實體完整性：
? 主碼唯一且不為空
? 主屬性不能取空
參照完整性：
外碼：
?一個關系中的某個屬性是某個關系的主碼，外碼作為主碼的關系是參照表
?外碼必須取參照表的合適值或者空置
用戶自定義的完整性：
? 用戶自己定義的規則
關系數據語言
關系代數
一種抽象的數據查詢語言
用對關系的運算來表達查詢
關系代數 關系演算 ：早期 ，現在不用
關系代數：
? 并 差 交
? 投影 選擇
? 笛卡爾積、連接
? 重命名
運算對象：關系
運算符：4類
運算結果:關系
投影：
選擇：
笛卡爾積：
連接Join:
等值連接，大于連接，小于連接
自然連接：在等值連接上去除重復的列
重命名：
等價運算：
運算符優先級：
表達樹：
SQL (Structured Query Language)
DDL
數據定義語言
定義表：
? 創建表
? 刪除表
? 修改表定義
定義基本表：
?關系名（表名）
?屬性名（列名）
?屬性數據類型
?完整性約束
SQL支持的數據類型：
整型：
bigint 8個字節
int 4個字節
smallint 2個字節
tinyint 1個字節
bit 只能取0或者1
精確數值數據：
decimal (p,q) p數據寬度，q小數點后面的位數
numeric
浮點數類型：
float 8個字節存儲數據 ±3.04E+308
real 位數為24 4個字節 ±3.04E+38
字符串數據類型：
char : char(n)固定長度為n個字符的字符串
varchar:varchar(n),可變長度，最長長度為n個字符串
日期時間數據：
data :DATE ‘yyyy-mm-dd’
time:‘hh:mm:ss’
datatime:
主鍵唯一不能為空值，唯一鍵可以為空值。
FOREIGN外鍵 REFERENCE參照表
修改基本表：
刪除基本表：
DML
數據操作語言
查詢：
From之后都是SELECT的子句
單表查詢
單表查詢：選擇僅涉及一個表
SELECT：選擇表中的若干列
WHERE ：選擇表中的若干元組
ORDER BY：對查詢結果排序
GROUP BY： 對查詢結果分組
HAVING:對分組之后的結果進行篩選
通配符：
通配符配合like使用，like是模糊匹配符
對于某些情況下 只是希望通配符作為普通字符，可以使用轉移字符,
a_b 就是普通的a_b
.
IS NULL 表示 = NULL,= NULL會報錯
.
集函數：
統計時不計NULL值
HAVING對分組之后的結果再做篩選
.
連接查詢
select Stu.* ,SC.* From Stu, SC;--廣義笛卡爾積--等值連接，查詢每個學生及其選修課的情況 select Stu.* ,SC.* From Stu, SC where Stu.sno = SC.sno;--查詢計算機系學生的學號 姓名 所在系 選修的課程名及成績 select SC.sno ,Sname,ssdept,SC.Cno,Cname,Grade From Stu ,SC,Course where Stu.Sno = Sc.sno and Course.cno = SC.cno and ssdept = 'CS';--自身連接 select a1.Cname as major, a2.Cname as preMajor FROM Course a1,Course a2 where a1.Cpno = a2.cno--要起別名嵌套查詢
集合操作
修改數據：
刪除數據：
數據控制語言
INDEX
定義索引
索引就是給某一列創建一個排序，使用查詢語句時，如果創建的索引合適就會加速查詢的速度，反過來索引會降低表更新或者插入的速度
VIEW
虛表，從一個或幾個基本表導出的表 ，只存放視圖的定義 不會出現數據冗余
定義視圖：
建立
定義基于該視圖的新視圖
刪除
常見視圖形式：
刪除視圖
查詢視圖：
查詢視圖與查詢基本表的方法基本一樣
更新視圖：
嵌入式SQL
DCL
數據庫設計
數據庫設計步驟
構造最優的數據模型，建立數據庫及其應用系統的過程
數據分析 ->數據建模->關系數據庫模式->關系數據庫管理
數據庫設計全過程：
規劃階段：
需求分析階段：
概念設計階段：
概念設計反映用戶需求的數據庫概念結構的概念模型，具有硬件獨立，軟件獨立的特點。
局部概念模型->全局概念模型->評審
概念設計方法 ER方法 得到一個與DBMS無關的概念模型
邏輯設計階段：
將概念模型轉換成DBMS支持的數據模型相符合的邏輯結構
概念模型 -> 設計外模型 -> 設計應用程序與數據庫的接口->評價模型->修正模型
物理設計階段：
存儲記錄結構設計
確定數據存放位置
存取方法設計
完整性和安全性考慮
程序設計
數據庫的實現：
用DDL定義數據庫結構
組織數據入庫
編制調試應用程序
數據庫試運行
數據庫的運行與維護：
小結：
數據庫的各級模式是在設計過程中逐步形成的
需求分析階段綜合各個用戶的應用需求
概念設計獨立于機器特點，獨立于各個DBMS產品的概念模式 用ER圖來描述
概念設計工具
ER圖：
ER模型組成元素：
實體 ：對應客觀世界的某一物體
實體集：多個實體組成
屬性 ：實體的某一個特征稱為屬性，在ER圖中加下劃線的為實體標識符
聯系：表示一個或多個實體之間的關聯關系
1：1 聯系：兩個實體集之間的實體一一對應
1：m 聯系：實體集1中的每個實體對應實體及的多個實體，反過來實體集2的多個實體對應實體集1的一個實體
m: n 聯系：實體集1的多個實體對應實體集2的多個實體
E模型概念設計的步驟：
設計局部ER模型，
綜合局部ER模型得到全局模型
對全局模型優化得到最終ER模型
屬性不可再分：如下圖中的職稱不能作為一個屬性
如果聯系有屬性，就考慮把聯系轉化為實體
案例分析：
ER模型轉換成關系模式：
步驟一：實體類型的轉換
每個實體類型轉換成一個關系模式，實體的屬性即為關系模式的屬性，實體標識符即為關系模式的鍵
步驟二：聯系的轉換
二元聯系轉化
案例：
ER模型的邏輯設計步驟：
導出初始關系模式集
規范化處理
模式評價
模式修正
設計子模式
小結：
ER模型的基本元素
聯系的設計
采用ER模型的概念設計步驟
ER模型轉化為關系模式
UML圖
邏輯設計工具
針對一個問題，確定應該構幾個關系，每個關系由哪些屬性組成
規范化理論是數據庫邏輯設計的工具
關系：描述實體及其屬性、實體間的聯系
關系模式: 用來定義關系
關系數據庫：基于關系模型的數據庫 利用關系來描述現實世界
關系數據庫的模式： 定義這組關系的關系模式的全體
數據依賴：
定義屬性間的相互關聯。
函數依賴
平凡函數依賴與非平凡函數依賴
完全函數依賴與部分函數依賴
傳遞函數依賴
碼
函數依賴：
多值依賴：
鏈接依賴：
關系模式的評價分析：
數據是否冗余過大
更新異常
插入異常
刪除異常
對于不合適的關系模式可以分解模式
范式：
范式是數據庫中關系滿足一定要求的不同級別的集合
1NF
一個關系模式R中的所有屬性都是不可分的基本數據項，關系數據庫的基本要求
2NF
滿足一范式的基礎上，不存在部分函數依賴的關系模式
3NF
滿足二范式的基礎上，不存在傳遞函數依賴的關系模式
BC范式（達到BC范式即可滿足一般要求）函數依賴的最高級別
小結：
規范換程度較低的范式會存在 插入異常 刪除異常 修改復雜 數據冗余的問題，將低級范式轉換為高級范式 的方法：模式分解
4NF
數據庫管理
數據庫安全性
只允許有合法使用權限的用戶訪問允許他存取的數據
非法使用數據庫的情況：
用戶繞過DBMS的數據庫授權機制，通過操作系統直接存取 修改 備份數據庫中的操作
通過多次查詢數據，推到出本沒有權限查看的數據
安全性控制方法：
定義存儲權限：
數據對象，操作類型、
定義一個用戶可以在那些對象上進行那些操作
檢查存取權限：
鍵槽用戶操作請求是否超出權限
授權粒度：
可以定義的數據對象的范圍，粒度越細，授權越靈活
數據對象粒度：
數據庫
表
屬性列
行
GRANT 授權
REVOKE回收權限
可以將視圖機制與授權機制配合使用
審計日志：將用戶所有操作都記錄
數據加密：
將原始數據轉化為密文
并發安全控制
事務：
一致性：
隔離性：
持續性：
丟失修改：
不可重復讀：
讀臟數據：
并發控制：
可串行化的調度：
封鎖
事務使用某個數據對象之前，對期加鎖，限制其他事務對該數據的更新，是并發控制關鍵。
排他鎖：
共享鎖：
鎖的相容表：
封鎖粒度：
可以對整個數據庫加鎖，也可以只對某個屬性加鎖。
封鎖協議：
何時申請加鎖
持鎖時間
何時釋放
三級封鎖協議： 保證數據一致性
一級封鎖協議：
2級封鎖協議：
三級封鎖協議：
**兩段鎖協議：**保證并行可調度性
死鎖和活鎖：
活鎖：
某個事務永遠等待，解決辦法，采用先來先服務策略
死鎖
死鎖預防：
一次封鎖法
順序封鎖法
診斷并解除
超時法：事務等待超過一定時間，就任務發生了死鎖
等待圖法
故障和恢復
數據庫故障：
事務故障：事務運行過程中，非正常終止
系統故障：計算機系統非正常結束，內存區數據丟失
介質故障： 外存中數據意外丟失
恢復：
數據轉儲：
將整個數據復制到另一個磁盤，解決介質故障
靜態轉儲
動態轉儲
海量轉儲與增量轉儲
日志文件：
登錄日志文件的數據：
事務故障恢復：
系統故障恢復：
小結：
數據庫復制
數據庫復制方式：
對等復制：
主從復制：
級聯復制：
數據庫復制要求：
用戶透明
保持事務完整性
避免沖突
數據庫鏡像：
自動把整個數據庫復制到另一個磁盤上，出現故障時，自動恢復。
實現X鎖和S鎖的控制
總結
以上是生活随笔為你收集整理的数据库原理 简单基础入门的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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