数据库原理 简单基础入门
數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)特點(diǎn)
Massive 數(shù)據(jù)量大
Presistent 持久
Safe 安全
Multi-user 多用戶
convenient 方便
Efficient 高效
feliable 可靠
一個(gè)數(shù)據(jù)庫網(wǎng)站
https://db-engines.com/en/
數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)概念
數(shù)據(jù)和信息
信息：客觀事物的存在方式和狀態(tài)
數(shù)據(jù)：用來記錄信息的可識(shí)別的符號(hào) 是信息的具體表現(xiàn)形式
數(shù)據(jù)與信息的連接：數(shù)據(jù)是信息的載體 信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵
數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫管理員
數(shù)據(jù)庫：
是長期存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi) 有組織的 可共享 ，可存儲(chǔ)，可讀寫的數(shù)據(jù)集合
數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：
用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件
數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)
三層模式 兩層印象
邏輯模式：數(shù)據(jù)庫中全體數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征的描述，邏輯模式與具體的物理實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)無關(guān)，是一種體現(xiàn)用戶需求的公共數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，（類似于中間件），一個(gè)數(shù)據(jù)庫只有一個(gè)邏輯模式
外模式：具體使用者看到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（局部數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和特征），一個(gè)應(yīng)用有多個(gè)外模式
內(nèi)模式：數(shù)據(jù)物理結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)方式的描述，數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫內(nèi)部的表示方式，一個(gè)數(shù)據(jù)庫只有一個(gè)內(nèi)模式
外模式印象：每一個(gè)外模式對(duì)應(yīng)一個(gè)外模式印象，定義外模式與邏輯模式的對(duì)應(yīng)關(guān)系
內(nèi)模式印象：定義數(shù)據(jù)全局的邏輯結(jié)構(gòu)與存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系
兩級(jí)印象保證數(shù)據(jù)的邏輯獨(dú)立性和物理獨(dú)立性。
當(dāng)內(nèi)模式改變了，只要改變內(nèi)模式印象就可以不改變邏輯模式
當(dāng)邏輯模式改變了，改變兩級(jí)印象，就可以不改變外模式和內(nèi)模式
數(shù)據(jù)模型
數(shù)據(jù)模型要滿足模擬真實(shí)世界，便于理解，便于實(shí)現(xiàn)。
數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
數(shù)據(jù)操作
數(shù)據(jù)的約束條件
關(guān)系模型
半結(jié)構(gòu)化模型
?網(wǎng)狀模型//早期模型
?層次模型
?XML //網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)表示格式，傳輸和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)
?JSON
不同的模型具體區(qū)別就是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不同
數(shù)據(jù)管理技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展
人工管理階段
文件管理階段
數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)
關(guān)系數(shù)據(jù)庫
關(guān)系數(shù)據(jù)模型
關(guān)系型： 表 、SQL
非關(guān)系型: noSQL
關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)： 是支持關(guān)系模型的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)
關(guān)系模型：
?關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
?關(guān)系操作
?完整性約束
關(guān)系數(shù)結(jié)構(gòu)：
?單一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：關(guān)系
??實(shí)體及實(shí)體間的聯(lián)系均用各種關(guān)系來表示
?數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)：二維表
??關(guān)系模型中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就是一張二維表
關(guān)系模型建立在幾何代數(shù)之上
域：一組具有相同數(shù)據(jù)類型的值的集合
笛卡爾積：
笛卡爾積每行代表一個(gè)元組，每列代表一個(gè)域。
關(guān)系：
關(guān)系也是一個(gè)二維表
?每行表示一個(gè)元組
?每列是一個(gè)域，表示一個(gè)屬性
碼（key,鍵）
候選碼：在關(guān)系中唯一能標(biāo)識(shí)元組的屬性或?qū)傩约?br /> 主屬性：候選碼的各個(gè)屬性
主碼：用戶選作元組表示的候選鍵
全碼：關(guān)系的說有屬性是這個(gè)關(guān)系的全碼
基本關(guān)系的性質(zhì)：
? 列是同質(zhì)的
?列的順序無所謂
?行的順序無所謂
什么是關(guān)系模式
? 關(guān)系模式是對(duì)關(guān)系的描述
? 學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，年齡，性別，籍貫）
? R(A1,A2,A3,A4,A5)
? 關(guān)系是關(guān)系模式在某時(shí)刻的取值
關(guān)系數(shù)據(jù)庫：
在一個(gè)給定的應(yīng)用領(lǐng)域中，實(shí)體及實(shí)體之間聯(lián)系的關(guān)系的集合構(gòu)成一個(gè)關(guān)系數(shù)據(jù)庫
關(guān)系操作：
? 查詢 插入 刪除 修改
關(guān)系操作特點(diǎn)：
?集合操作方式
關(guān)系數(shù)據(jù)語言的種類：
? 關(guān)系代數(shù)的語言
? 關(guān)系演算的語言
關(guān)系的完整性約束：
? 實(shí)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(shí)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(gè)關(guān)系中的某個(gè)屬性是某個(gè)關(guān)系的主碼，外碼作為主碼的關(guān)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(guī)則
關(guān)系數(shù)據(jù)語言
關(guān)系代數(shù)
一種抽象的數(shù)據(jù)查詢語言
用對(duì)關(guān)系的運(yùn)算來表達(dá)查詢
關(guān)系代數(shù) 關(guān)系演算 ：早期 ，現(xiàn)在不用
關(guān)系代數(shù)：
? 并 差 交
? 投影 選擇
? 笛卡爾積、連接
? 重命名
運(yùn)算對(duì)象：關(guān)系
運(yùn)算符：4類
運(yùn)算結(jié)果:關(guān)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(fù)的列
重命名：
等價(jià)運(yùn)算：
運(yùn)算符優(yōu)先級(jí)：
表達(dá)樹：
SQL (Structured Query Language)
DDL
數(shù)據(jù)定義語言
定義表：
? 創(chuàng)建表
? 刪除表
? 修改表定義
定義基本表：
?關(guān)系名（表名）
?屬性名（列名）
?屬性數(shù)據(jù)類型
?完整性約束
SQL支持的數(shù)據(jù)類型：
整型：
bigint 8個(gè)字節(jié)
int 4個(gè)字節(jié)
smallint 2個(gè)字節(jié)
tinyint 1個(gè)字節(jié)
bit 只能取0或者1
精確數(shù)值數(shù)據(jù)：
decimal (p,q) p數(shù)據(jù)寬度，q小數(shù)點(diǎn)后面的位數(shù)
numeric
浮點(diǎn)數(shù)類型：
float 8個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)數(shù)據(jù) ±3.04E+308
real 位數(shù)為24 4個(gè)字節(jié) ±3.04E+38
字符串?dāng)?shù)據(jù)類型：
char : char(n)固定長度為n個(gè)字符的字符串
varchar:varchar(n),可變長度，最長長度為n個(gè)字符串
日期時(shí)間數(shù)據(jù)：
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(shù)據(jù)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(gè)表
SELECT：選擇表中的若干列
WHERE ：選擇表中的若干元組
ORDER BY：對(duì)查詢結(jié)果排序
GROUP BY： 對(duì)查詢結(jié)果分組
HAVING:對(duì)分組之后的結(jié)果進(jìn)行篩選
通配符：
通配符配合like使用，like是模糊匹配符
對(duì)于某些情況下 只是希望通配符作為普通字符，可以使用轉(zhuǎn)移字符,
a_b 就是普通的a_b
.
IS NULL 表示 = NULL,= NULL會(huì)報(bào)錯(cuò)
.
集函數(shù)：
統(tǒng)計(jì)時(shí)不計(jì)NULL值
HAVING對(duì)分組之后的結(jié)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(gè)學(xué)生及其選修課的情況 select Stu.* ,SC.* From Stu, SC where Stu.sno = SC.sno;--查詢計(jì)算機(jī)系學(xué)生的學(xué)號(hào) 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(shù)據(jù)：
刪除數(shù)據(jù)：
數(shù)據(jù)控制語言
INDEX
定義索引
索引就是給某一列創(chuàng)建一個(gè)排序，使用查詢語句時(shí)，如果創(chuàng)建的索引合適就會(huì)加速查詢的速度，反過來索引會(huì)降低表更新或者插入的速度
VIEW
虛表，從一個(gè)或幾個(gè)基本表導(dǎo)出的表 ，只存放視圖的定義 不會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)步驟
構(gòu)造最優(yōu)的數(shù)據(jù)模型，建立數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng)的過程
數(shù)據(jù)分析 ->數(shù)據(jù)建模->關(guān)系數(shù)據(jù)庫模式->關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理
數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)全過程：
規(guī)劃階段：
需求分析階段：
概念設(shè)計(jì)階段：
概念設(shè)計(jì)反映用戶需求的數(shù)據(jù)庫概念結(jié)構(gòu)的概念模型，具有硬件獨(dú)立，軟件獨(dú)立的特點(diǎn)。
局部概念模型->全局概念模型->評(píng)審
概念設(shè)計(jì)方法 ER方法 得到一個(gè)與DBMS無關(guān)的概念模型
邏輯設(shè)計(jì)階段：
將概念模型轉(zhuǎn)換成DBMS支持的數(shù)據(jù)模型相符合的邏輯結(jié)構(gòu)
概念模型 -> 設(shè)計(jì)外模型 -> 設(shè)計(jì)應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫的接口->評(píng)價(jià)模型->修正模型
物理設(shè)計(jì)階段：
存儲(chǔ)記錄結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
確定數(shù)據(jù)存放位置
存取方法設(shè)計(jì)
完整性和安全性考慮
程序設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)庫的實(shí)現(xiàn)：
用DDL定義數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)
組織數(shù)據(jù)入庫
編制調(diào)試應(yīng)用程序
數(shù)據(jù)庫試運(yùn)行
數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行與維護(hù)：
小結(jié)：
數(shù)據(jù)庫的各級(jí)模式是在設(shè)計(jì)過程中逐步形成的
需求分析階段綜合各個(gè)用戶的應(yīng)用需求
概念設(shè)計(jì)獨(dú)立于機(jī)器特點(diǎn)，獨(dú)立于各個(gè)DBMS產(chǎn)品的概念模式 用ER圖來描述
概念設(shè)計(jì)工具
ER圖：
ER模型組成元素：
實(shí)體 ：對(duì)應(yīng)客觀世界的某一物體
實(shí)體集：多個(gè)實(shí)體組成
屬性 ：實(shí)體的某一個(gè)特征稱為屬性，在ER圖中加下劃線的為實(shí)體標(biāo)識(shí)符
聯(lián)系：表示一個(gè)或多個(gè)實(shí)體之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系
1：1 聯(lián)系：兩個(gè)實(shí)體集之間的實(shí)體一一對(duì)應(yīng)
1：m 聯(lián)系：實(shí)體集1中的每個(gè)實(shí)體對(duì)應(yīng)實(shí)體及的多個(gè)實(shí)體，反過來實(shí)體集2的多個(gè)實(shí)體對(duì)應(yīng)實(shí)體集1的一個(gè)實(shí)體
m: n 聯(lián)系：實(shí)體集1的多個(gè)實(shí)體對(duì)應(yīng)實(shí)體集2的多個(gè)實(shí)體
E模型概念設(shè)計(jì)的步驟：
設(shè)計(jì)局部ER模型，
綜合局部ER模型得到全局模型
對(duì)全局模型優(yōu)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(gè)屬性
如果聯(lián)系有屬性，就考慮把聯(lián)系轉(zhuǎn)化為實(shí)體
案例分析：
ER模型轉(zhuǎn)換成關(guān)系模式：
步驟一：實(shí)體類型的轉(zhuǎn)換
每個(gè)實(shí)體類型轉(zhuǎn)換成一個(gè)關(guān)系模式，實(shí)體的屬性即為關(guān)系模式的屬性，實(shí)體標(biāo)識(shí)符即為關(guān)系模式的鍵
步驟二：聯(lián)系的轉(zhuǎn)換
二元聯(lián)系轉(zhuǎn)化
案例：
ER模型的邏輯設(shè)計(jì)步驟：
導(dǎo)出初始關(guān)系模式集
規(guī)范化處理
模式評(píng)價(jià)
模式修正
設(shè)計(jì)子模式
小結(jié)：
ER模型的基本元素
聯(lián)系的設(shè)計(jì)
采用ER模型的概念設(shè)計(jì)步驟
ER模型轉(zhuǎn)化為關(guān)系模式
UML圖
邏輯設(shè)計(jì)工具
針對(duì)一個(gè)問題，確定應(yīng)該構(gòu)幾個(gè)關(guān)系，每個(gè)關(guān)系由哪些屬性組成
規(guī)范化理論是數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)的工具
關(guān)系：描述實(shí)體及其屬性、實(shí)體間的聯(lián)系
關(guān)系模式: 用來定義關(guān)系
關(guān)系數(shù)據(jù)庫：基于關(guān)系模型的數(shù)據(jù)庫 利用關(guān)系來描述現(xiàn)實(shí)世界
關(guān)系數(shù)據(jù)庫的模式： 定義這組關(guān)系的關(guān)系模式的全體
數(shù)據(jù)依賴：
定義屬性間的相互關(guān)聯(lián)。
函數(shù)依賴
平凡函數(shù)依賴與非平凡函數(shù)依賴
完全函數(shù)依賴與部分函數(shù)依賴
傳遞函數(shù)依賴
碼
函數(shù)依賴：
多值依賴：
鏈接依賴：
關(guān)系模式的評(píng)價(jià)分析：
數(shù)據(jù)是否冗余過大
更新異常
插入異常
刪除異常
對(duì)于不合適的關(guān)系模式可以分解模式
范式：
范式是數(shù)據(jù)庫中關(guān)系滿足一定要求的不同級(jí)別的集合
1NF
一個(gè)關(guān)系模式R中的所有屬性都是不可分的基本數(shù)據(jù)項(xiàng)，關(guān)系數(shù)據(jù)庫的基本要求
2NF
滿足一范式的基礎(chǔ)上，不存在部分函數(shù)依賴的關(guān)系模式
3NF
滿足二范式的基礎(chǔ)上，不存在傳遞函數(shù)依賴的關(guān)系模式
BC范式（達(dá)到BC范式即可滿足一般要求）函數(shù)依賴的最高級(jí)別
小結(jié)：
規(guī)范換程度較低的范式會(huì)存在 插入異常 刪除異常 修改復(fù)雜 數(shù)據(jù)冗余的問題，將低級(jí)范式轉(zhuǎn)換為高級(jí)范式 的方法：模式分解
4NF
數(shù)據(jù)庫管理
數(shù)據(jù)庫安全性
只允許有合法使用權(quán)限的用戶訪問允許他存取的數(shù)據(jù)
非法使用數(shù)據(jù)庫的情況：
用戶繞過DBMS的數(shù)據(jù)庫授權(quán)機(jī)制，通過操作系統(tǒng)直接存取 修改 備份數(shù)據(jù)庫中的操作
通過多次查詢數(shù)據(jù)，推到出本沒有權(quán)限查看的數(shù)據(jù)
安全性控制方法：
定義存儲(chǔ)權(quán)限：
數(shù)據(jù)對(duì)象，操作類型、
定義一個(gè)用戶可以在那些對(duì)象上進(jìn)行那些操作
檢查存取權(quán)限：
鍵槽用戶操作請求是否超出權(quán)限
授權(quán)粒度：
可以定義的數(shù)據(jù)對(duì)象的范圍，粒度越細(xì)，授權(quán)越靈活
數(shù)據(jù)對(duì)象粒度：
數(shù)據(jù)庫
表
屬性列
行
GRANT 授權(quán)
REVOKE回收權(quán)限
可以將視圖機(jī)制與授權(quán)機(jī)制配合使用
審計(jì)日志：將用戶所有操作都記錄
數(shù)據(jù)加密：
將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為密文
并發(fā)安全控制
事務(wù)：
一致性：
隔離性：
持續(xù)性：
丟失修改：
不可重復(fù)讀：
讀臟數(shù)據(jù)：
并發(fā)控制：
可串行化的調(diào)度：
封鎖
事務(wù)使用某個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象之前，對(duì)期加鎖，限制其他事務(wù)對(duì)該數(shù)據(jù)的更新，是并發(fā)控制關(guān)鍵。
排他鎖：
共享鎖：
鎖的相容表：
封鎖粒度：
可以對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)庫加鎖，也可以只對(duì)某個(gè)屬性加鎖。
封鎖協(xié)議：
何時(shí)申請加鎖
持鎖時(shí)間
何時(shí)釋放
三級(jí)封鎖協(xié)議： 保證數(shù)據(jù)一致性
一級(jí)封鎖協(xié)議：
2級(jí)封鎖協(xié)議：
三級(jí)封鎖協(xié)議：
**兩段鎖協(xié)議：**保證并行可調(diào)度性
死鎖和活鎖：
活鎖：
某個(gè)事務(wù)永遠(yuǎn)等待，解決辦法，采用先來先服務(wù)策略
死鎖
死鎖預(yù)防：
一次封鎖法
順序封鎖法
診斷并解除
超時(shí)法：事務(wù)等待超過一定時(shí)間，就任務(wù)發(fā)生了死鎖
等待圖法
故障和恢復(fù)
數(shù)據(jù)庫故障：
事務(wù)故障：事務(wù)運(yùn)行過程中，非正常終止
系統(tǒng)故障：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)非正常結(jié)束，內(nèi)存區(qū)數(shù)據(jù)丟失
介質(zhì)故障： 外存中數(shù)據(jù)意外丟失
恢復(fù)：
數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)：
將整個(gè)數(shù)據(jù)復(fù)制到另一個(gè)磁盤，解決介質(zhì)故障
靜態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)
動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)儲(chǔ)
海量轉(zhuǎn)儲(chǔ)與增量轉(zhuǎn)儲(chǔ)
日志文件：
登錄日志文件的數(shù)據(jù)：
事務(wù)故障恢復(fù)：
系統(tǒng)故障恢復(fù)：
小結(jié)：
數(shù)據(jù)庫復(fù)制
數(shù)據(jù)庫復(fù)制方式：
對(duì)等復(fù)制：
主從復(fù)制：
級(jí)聯(lián)復(fù)制：
數(shù)據(jù)庫復(fù)制要求：
用戶透明
保持事務(wù)完整性
避免沖突
數(shù)據(jù)庫鏡像：
自動(dòng)把整個(gè)數(shù)據(jù)庫復(fù)制到另一個(gè)磁盤上，出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)恢復(fù)。
實(shí)現(xiàn)X鎖和S鎖的控制
總結(jié)
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