数据库技术总结

数据库技术总结数据库技术总结数据（Data）：是数据库中存储的基本对象数据的定义：描述事物的符号记录数据的种类：文字、图形、图象、声音等数据的特点：数据与其语义是不可分的数据库（Database，简称DB）：是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的大量数据集合数据库的特征：数据按一定的数据模型组织、描述和储存可为各种用户共享冗余度较小数据独立性较高易扩展数据库管理系统（DatabaseManagementSystem,简称DBMS）：是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。DBMS的用途：科学地组织和存储数据、高效地获取和维护数据DBMS的主要功能：数据库的运行管理保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用发生故障后的系统恢复数据库的建立和维护功能（实用程序）数据库数据批量装载数据库转储介质故障恢复数据库的重组织性能监视等数据库系统（DatabaseSystem，简称DBS）是指在计算机系统中引入数据库后的系统构成。数据库系统的构成由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员（和用户）构成。数据管理对数据进行分类、组织、编码、存储、检索和维护，是数据处理的中心问题数据模型这个工具来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息。数据模型应满足三方面要求能比较真实地模拟现实世界容易为人所理解便于在计算机上实现数据模型分成两个不同的层次（1） 概念模型也称信息模型，它是按用户的观点来对数据和信息建模。（2） 数据模型主要包括网状模型、层次模型、关系模型等，它是按计算机系统的观点对数据建模。客观对象的抽象过程---两步抽象现实世界中的客观对象抽象为概念模型；把概念模型转换为某一DBMS支持的数据模型。数据结构对象类型的集合数据结构是对系统静态特性的描述两类对象与数据类型、内容、性质有关的对象与数据之间联系有关的对象数据操作对数据库中各种对象（型）的实例（值）允许执行的操作及有关的操作规则数据操作的类型检索更新（包括插入、删除、修改）数据模型对操作的定义操作的确切含义操作符号操作规则（如优先级）实现操作的语言数据操作是对系统动态特性的描述。数据模型对约束条件的定义反映和规定本数据模型必须遵守的基本的通用的完整性约束条件。提供定义完整性约束条件的机制，以反映具体应用所涉及的数据必须遵守的特定的语义约束条件。信息世界中的基本概念（1）实体（Entity）客观存在并可相互区别的事物称为实体。（2）属性（Attribute）实体所具有的某一特性称为属性。一个实体可以由若干个属性来刻画。（3）码（Key）唯一标识实体的属性集称为码。（4）域（Domain）属性的取值范围称为该属性的域。（5）实体型（EntityType）用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体称为实体型（6）实体集（EntitySet）同型实体的集合称为实体集 联系（Relationship）现实世界中事物内部以及事物之间的联系在信息世界中反映为实体内部的联系和实体之间的联系实体型间联系两个实体型一对一联系（1:1）三个实体型一对多联系（1:n）一个实体型多对多联系（m:n）两个实体型间的联系一对一联系如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中至多有一个实体与之联系，反之亦然，则称实体集A与实体集B具有一对一联系。记为1:1。一对多联系如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n个实体（n0）与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中至多只有一个实体与之联系，则称实体集A与实体集B有一对多联系记为1:n多对多联系（m:n）如果对于实体集A中的每一个实体，实体集B中有n个实体（n0）与之联系，反之，对于实体集B中的每一个实体，实体集A中也有m个实体（m0）与之联系，则称实体集A与实体B具有多对多联系。记为m:n概念模型的表示方法实体一联系方法（E-R方法）用E-R图来描述现实世界的概念模型E-R方法也称为E-R模型常用数据模型非关系模型层次模型（HierarchicalModel）网状模型（NetworkModel）数据结构：以基本层次联系为基本单位基本层次联系：两个记录以及它们之间的一对多（包括一对一）的联系关系模型（RelationalModel）数据结构：表面向对象模型（ObjectOrientedModel）数据结构：对象层次模型满足下面两个条件的基本层次联系的集合为层次模型。1.有且只有一个结点没有双亲结点，这个结点称为根结点2.根以外的其它结点有且只有一个双亲结点表示方法实体型：用记录类型描述。每个结点表示一个记录类型。属性：用字段描述。每个记录类型可包含若干个字段。联系：用结点之间的连线表示记录（类）型之间的满足下面两个条件的基本层次联系的集合为网状模型。1.允许一个以上的结点无双亲；2.一个结点可以有多于一个的双亲。表示方法（与层次数据模型相同）实体型：用记录类型描述。每个结点表示一个记录类型。属性：用字段描述。每个记录类型可包含若干个字段。联系：用结点之间的连线表示记录（类）型之间的一对多的父子联系。关系模型的基本概念关系（Relation）一个关系对应通常说的一张表。元组（Tuple）表中的一行即为一个元组。属性（Attribute）表中的一列即为一个属性，给每一个属性起一个名称即属性名。关系必须是规范化的，满足一定的规范条件最基本的规范条件:关系的每一个分量必须是一个不可分的数据项。查询、插入、删除、更新存取路径对用户隐蔽，用户只要指出“干什么”，不必详细说明“怎么干”关系模型的完整性约束实体完整性参照完整性用户定义的完整性关系数据模型的存储结构表以文件形式存储有的DBMS一个表对应一个操作系统文件有的DBMS自己设计文件结构关系模型的优缺点优点建立在严格的数学概念的基础上概念单一。数据结构简单、清晰，用户易懂易用实体和各类联系都用关系来表示。对数据的检索结果也是关系。关系模型的存取路径对用户透明具有更高的数据独立性，更好的安全保密性存取路径对用户透明导致查询效率往往不如非关系数据模型为提高性能，必须对用户的查询请求进行优化增加了开发数据库管理系统的难度数据库系统外部的体系结构单用户结构主从式结构分布式结构客户/服务器结构浏览器/应用服务器/数据库服务器结构分布式结构的数据库系统数据库中的数据在逻辑上是一个整体，但物理地分布在计算机网络的不同结点上。网络中的每个结点都可以独立处理本地数据库中的数据，执行局部应用同时也可以同时存取和处理多个异地数据库中的数据，执行全局应用优点适应了地理上分散的公司、团体和组织对于数据库应用的需求。缺点数据的分布存放给数据的处理、管理与维护带来困难。当用户需要经常访问远程数据时，系统效率会明显地受到网络传输的制约数据库管理员(DBA)决定数据库中的信息内容和结构决定数据库的存储结构和存取策略定义数据的安全性要求和完整性约束条件关系数据库关系模型的组成关系数据结构关系操作集合关系完整性约束常用的关系操作查询选择、投影、连接、除、并、交、差数据更新插入、删除、修改查询的表达能力是其中最主要的部分2） 关系操作的特点集合操作方式，即操作的对象和结果都是集合。非关系数据模型的数据操作方式：一次一记录文件系统的数据操作方式3） 关系数据语言的种类关系代数语言用对关系的运算来表达查询要求4） 关系数据语言的特点关系语言是一种高度非过程化的语言存取路径的选择由DBMS的优化机制来完成用户不必用循环结构就可以完成数据操作能够嵌入高级语言中使用关系代数、元组关系演算和域关系演算三种语言在表达能力上完全等价关系域（Domain）笛卡尔积（CartesianProduct）3.关系（Relation）域是一组具有相同数据类型的值的集合。例：整数实数介于某个取值范围的整数长度指定长度的字符串集合｛男，女｝介于某个取值范围的日期笛卡尔积给定一组域D1，D2,…，Dn，这些域中可以有相同的°D1，D2,…，Dn的笛卡尔积为：D1xD2x...xDn=｛（d1，d2，…，dn）ldiDi，i=1，2，…，n｝所有域的所有取值的一个组合不能重复元组(Tuple)笛卡尔积中每一个元素(dl,d2,…，dn)叫作一个n元组Intuple)或简称元组。分量(Component)笛卡尔积元素(dl，d2,…，dn)中的每一个值di叫作一个分量。基数(Cardinalnumber)若Di(i=1,2,…，n)为有限集，其基数为mi(i=1,2,…，n),则D1xD2x-xDn的基数M为：笛卡尔积的表示方法笛卡尔积可表示为一个二维表。表中的每行对应一个元组，表中的每列对应一个域。关系(Relation)关系D1xD2x・・・xDn的子集叫作在域D1,D2,…，Dn上的关系，表示为R(D1,D2,…，Dn)R：关系名n：关系的目或度(Degree)2)元组关系中的每个元素是关系中的元组，通常用t表示。3)单元关系与二元关系当n=1时，称该关系为单元关系(Unaryrelation)。当n=2时，称该关系为二元关系(Binaryrelation)4)关系的表示关系也是一个二维表，表的每行对应一个元组，表的每列对应一个域。5)属性关系中不同列可以对应相同的域，为了加以区分，必须对每列起一个名字，称为属性(Attribute)on目关系必有n个属性。6)码候选码(Candidatekey)若关系中的某一属性组的值能唯一地标识一个元组，则称该属性组为候选码在最简单的情况下，候选码只包含一个属性。称为全码（All-key）在最极端的情况下，关系模式的所有属性组是这个关系模式的候选码，称为全码（All-key）主码若一个关系有多个候选码，则选定其中一个为主码（Primarykey）主码的诸属性称为主属性（Primeattribute）。不包含在任何侯选码中的属性称为非码属性（Non-keyattribute）7）三类关系基本关系（基本表或基表）实际存在的表，是实际存储数据的逻辑表示查询表查询结果对应的表视图表由基本表或其他视图表导出的表，是虚表，不对应实际存储的数据基本关系的性质列是同质的（Homogeneous）每一列中的分量是同一类型的数据，来自同一个域不同的列可出自同一个域其中的每一列称为一个属性不同的属性要给予不同的属性名③列的顺序无所谓列的次序可以任意交换遵循这一性质的数据库产品（如ORACLE），增加新属性时，永远是插至最后一列但也有许多关系数据库产品没有遵循这一性质，例如FoxPro仍然区分了属性顺序④任意两个元组不能完全相同由笛卡尔积的性质决定但许多关系数据库产品没有遵循这一性质。例如：Oracle，FoxPro等都允许关系表中存在两个完全相同的元组，除非用户特别定义了相应的约束条件。⑤行的顺序无所谓行的次序可以任意交换遵循这一性质的数据库产品（如ORACLE），插入一个元组时永远插至最后一行但也有许多关系数据库产品没有遵循这一性质，例如FoxPro仍然区分了元组的顺序⑥分量必须取原子值每一个分量都必须是不可分的数据项。这是规范条件中最基本的一条关系模式(RelationSchema)是型关系是值关系模式是对关系的描述元组集合的结构属性构成属性来自的域属性与域之间的映象关系元组语义以及完整性约束条件属性间的数据依赖关系集合定义关系模式关系模式可以形式化地表示为：R(U，D，dom，F)R关系名U组成该关系的属性名集合D属性组U中属性所来自的域dom属性向域的映象集合F属性间的数据依赖关系集合关系模式通常可以简记为R(U)或R(A1，A2，…，An)R关系名A1，A2，…，An属性名注：域名及属性向域的映象常常直接说明为属性的类型、长度关系模式对关系的描述静态的、稳定的关系关系模式在某一时刻的状态或内容动态的、随时间不断变化的关系模式和关系往往统称为关系通过上下文加以区别1.关系数据库在一个给定的应用领域中，所有实体及实体之间联系的关系的集合构成一个关系数据库。2.关系数据库的型与值关系数据库也有型和值之分关系数据库的型称为关系数据库模式，是对关系数据库的描述若干域的定义在这些域上定义的若干关系模式关系数据库的值是这些关系模式在某一时刻对应的关系的集合，通常简称为关系数据库3关系的完整性关系模型的完整性规则是对关系的某种约束条件。关系模型中三类完整性约束：实体完整性参照完整性用户定义的完整性实体完整性和参照完整性是关系模型必须满足的完整性约束条件，被称作是关系的两个不变性，应该由关系系统自动支持。实体完整性实体完整性规则(EntityIntegrity)若属性A是基本关系R的主属性，则属性A不能取空值关系模型必须遵守实体完整性规则的原因实体完整性规则是针对基本关系而言的。一个基本表通常对应现实世界的一个实体集或多对多联系。现实世界中的实体和实体间的联系都是可区分的，即它们具有某种唯一性标识。(3)相应地，关系模型中以主码作为唯一性标识。关系模型必须遵守实体完整性规则的原因(续)(4)主码中的属性即主属性不能取空值。空值就是“不知道”或“无意义”的值。主属性取空值，就说明存在某个不可标识的实体，即存在不可区分的实体，这与第(2)点相矛盾，因此这个规则称为实体完整性。、、/4汪意、实体完整性规则规定基本关系的所有主属性都不能取空值参照完整性关系间的引用2.外码参照完整性规则1.关系间的引用在关系模型中实体及实体间的联系都是用关系来描述的，因此可能存在着关系与关系间的引用。外码(ForeignKey)设F是基本关系R的一个或一组属性，但不是关系R的码。如果F与基本关系S的主码Ks相对应，则称F是基本关系R的外码基本关系R称为参照关系(ReferencingRelation)基本关系S称为被参照关系(ReferencedRelation)或目标关系(TargetRelation)。说明关系R和S不一定是不同的关系目标关系S的主码Ks和参照关系的外码F必须定义在同一个(或一组)域上外码并不一定要与相应的主码同名当外码与相应的主码属于不同关系时，往往取相同的名字，以便于识别3.参照完整性规则若属性（或属性组）F是基本关系R的外码它与基本关系S的主码Ks相对应（基本关系R和S不一定是不同的关系），则对于R中每个元组在F上的值必须为：或者取空值（F的每个属性值均为空值）或者等于S中某个元组的主码值。2.3.3用户定义的完整性用户定义的完整性是针对某一具体关系数据库的约束条件，反映某一具体应用所涉及的数据必须满足的语义要求。关系模型应提供定义和检验这类完整性的机制，以便用统一的系统的方法处理它们，而不要由应用程序承担这一功能。Operation运算，操作Operator算子Operand操作数关系代数一种抽象的查询语言用对关系的运算来表达查询关系代数运算的三个要素运算对象：关系运算结果：关系运算符：四类关系代数运算符关系代数运算的分类传统的集合运算并、差、交、广义笛卡尔积专门的关系运算选择、投影、连接、除5.表示记号（1）R，tR，t[Ai]设关系模式为R（A1，A2，…，An）它的一个关系设为R。tR表示t是R的一个元组t[Ai]则表示元组t中相应于属性Ai的一个分量（2）A，t[A]，A若A=（Ai1，Ai2，…，Aik），其中Ai1，Ai2，…，Aik是A1，A2，…，An中的一部分，则A称为属性列或域列。t[A]=（t[Ai1]，t[Ai2]，…，t[Aik]）表示元组t在属性列A上诸分量的集合。A则表示｛A1，A2,…，An）中去掉｛Ai1，Ai2，…，Aik）后剩余的属性组。trtstrts称为元组的连R为n目关系，S为m目关系。trR,tsStrts称为元组的连接。它是一个n+m列的元组，前n个分量为R中的一个n元组，后m个分量为S中的一个m元组。4)象集Zx给定一个关系R(X，Z)，X和Z为属性组。当t[X]=x时，x在R中的象集(ImagesSet)为：Zx=(t[Z]|tR，t[X]=x)它表示R中属性组X上值为x的诸元组在Z上分量的集合。1.并(Union)R和S具有相同的目n(即两个关系都有n个属性)相应的属性取自同一个域RUS仍为n目关系，由属于R或属于S的元组组成RUS=(t|tRVtS}R和S具有相同的目n相应的属性取自同一个域R-S仍为n目关系，由属于R而不属于S的所有元组组成R-S=(t|tRAtS}R和S具有相同的目n相应的属性取自同一个域RPS仍为n目关系，由既属于R又属于S的元组组成RPS=(t|tRAtS}RPS=RC(R-S)4.广义笛卡尔积(ExtendedCartesianProduct)Rn目关系，k1个元组Sm目关系，k2个元组RxS列：(n+m)列的元组的集合元组的前n列是关系R的一个元组后m列是关系S的一个元组行：k1xk2个元组RxS=(trts|trRAtsS}专门的关系运算1.选择(Selection)1)选择又称为限制(Restriction)2)选择运算符的含义在关系R中选择满足给定条件的诸元组oF(R)=(t|tRAF(t)='真'}F：选择条件，是一个逻辑表达式，基本形式为：[(]X10Y1[)]0[(]X20Y2[)]]•••B：比较运算符(〉，，V，，=或)X1，Y1等：属性名、常量、简单函数；属性名也可以用它的序号来代替；3：逻辑运算符(A或V)[]：表示任选项…：表示上述格式可以重复下去3)选择运算是从行的角度进行的运算2.投影(Projection)投影运算符的含义从R中选择出若干属性列组成新的关系nA(R)=(t[A]|tR}A：R中的属性列投影操作主要是从列的角度进行运算但投影之后不仅取消了原关系中的某些列，而且还可能取消某些元组（避免重复行）连接（Join）1）连接也称为e连接2）连接运算的含义从两个关系的笛卡尔积中选取属性间满足一定条件的元组RS=（|trRAtsSAtr[A]ets[B]}A和B：分别为R和S上度数相等且可比的属性组e：比较运算符连接运算从R和S的广义笛卡尔积RxS中选取（R关系）在A属性组上的值与（S关系）在B属性组上值满足比较关系的元组。3）两类常用连接运算等值连接（equijoin）什么是等值连接e为“=”的连接运算称为等值连接等值连接的含义从关系R与S的广义笛卡尔积中选取A、B属性值相等的那些元组，即等值连接为：RS=（|trRAtsSAtr[A]=ts[B]}4）一般的连接操作是从行的角度进行运算。自然连接还需要取消重复列，所以是同时从行和列的角度进行运算。4）象集Z给定一个关系R（X,Z）,X和Z为属性组。当t[X]=x时，x在R中的象集（ImagesSet）为：Zx=（t[Z]|tR,t[X]=x}它表示R中属性组X上值为x的诸元组在Z上分量的集合。4.除（Division）给定关系R（X,Y）和S（Y,Z）,其中X,Y,Z为属性组。R中的Y与S中的Y可以有不同的属性名，但必须出自相同的域集。R与S的除运算得到一个新的关系P（X）,P是R中满足下列条件的元组在X属性列上的投影：元组在X上分量值x的象集Yx包含S在Y上投影的集合。R-S=（tr［X］|trRAnY（S）Yx}Yx：x在R中的象集，x=tr［X］2）除操作是同时从行和列角度进行运算第三章关系数据库标准语言SQL3.1SQL概述SQL的特点1.综合统一2.高度非过程化面向集合的操作方式以同一种语法结构提供两种使用方法5.语言简洁，易学易用语言简捷，易学易用表3.1SQL语言的动词3.2数据定义表3.2SQL的数据定义语句3.2.1定义语句格式CREATETABLE表名（列名数据类型［列级完整性约束条件］［，列名数据类型［列级完整性约束条件］］…［，表级完整性约束条件］）；表名：所要定义的基本表的名字列名：组成该表的各个属性（列）列级完整性约束条件：涉及相应属性列的完整性约束条件表级完整性约束条件：涉及一个或多个属性列的完整性约束条件常用完整性约束主码约束：*****KEY唯一性约束：UNIQUE非空值约束：NOTNULL参照完整性约束三、删除基本表DROPTABLE表名基本表删除数据、表上的索引都删除表上的视图往往仍然保留，但删除基本表时，系统会从数据字典中删去有关该基本表及其索引的描述（标准中没有，认为表建立后就永久存在）二、修改基本表ALTERTABLE表名[ADD新列名数据类型[完整性约束]][DROP完整性约束名][MODIFY列名数据类型]；表名：要修改的基本表ADD子句：增加新列和新的完整性约束条件DROP子句：删除指定的完整性约束条件MODIFY子句：用于修改列名和数据类型ALTERTABLEStudentADDScomeDATE；不论基本表中原来是否已有数据，新增加的列一律为空值。删除属性列直接/间接删除把表中要保留的列及其内容复制到一个新表中删除原表再将新表重命名为原表名直接删除属性列:（新）例：ALTERTABLEStudentDropScome；ALTERTABLEStudentMODIFYSage*****T；注：修改原有的列定义有可能会破坏已有数据建立与删除索引建立索引是加快查询速度的有效手段建立索引DBA或表的属主（即建立表的人）根据需要建立有些DBMS自动建立以下列上的索引*****KEYUNIQUE维护索引DBMS自动完成使用索引DBMS自动选择是否使用索引以及使用哪些索引无法引用CREATE[UNIQUE][*****]INDEX索引名ON表名（列名[次序][,列名[次序]]•••）；用表名指定要建索引的基本表名字索引可以建立在该表的一列或多列上，各列名之间用逗号分隔用次序指定索引值的排列次序，升序：ASC，降序：DESC。缺省值：ASCUNIQUE表明此索引的每一个索引值只对应唯一的数据记录*****表示要建立的索引是聚簇索引唯一值索引对于已含重复值的属性列不能建UNIQUE索引对某个列建立UNIQUE索引后，插入新记录时DBMS会自动检查新记录在该列上是否取了重复值。这相当于增加了一个UNIQUE约束聚簇索引建立聚簇索引后，基表中数据也需要按指定的聚簇属性值的升序或降序存放。也即聚簇索引的索引项顺序与表中记录的物理顺序一致例：CREATE*****INDEXStusnameONStudent(Sname)；在Student表的Sname(姓名)列上建立一个聚簇索引，而且Student表中的记录将按照Sname值的升序存放在一个基本表上最多只能建立一个聚簇索引聚簇索引的用途：对于某些类型的查询，可以提高查询效率聚簇索引的适用范围很少对基表进行增删操作很少对其中的变长列进行修改操作二、删除索引DROPINDEX索引名；删除索引时，系统会从数据字典中删去有关该索引的描述。3.3查询语句格式SELECT［ALL|*****T］目标列表达式［，目标列表达式］…FROM表名或视图名［，表名或视图名］…[WHERE条件表达式][GROUPBY列名1[HAVING条件表达式]][ORDERBY列名2[ASC|DESC]]；SELECT子句：指定要显示的属性列FROM子句：指定查询对象（基本表或视图）WHERE子句：指定查询条件GROUPBY子句：对查询结果按指定列的值分组，该属性列值相等的元组为一个组。通常会在每组中作用集函数。HAVING短语：筛选出只有满足指定条件的组ORDERBY子句：对查询结果表按指定列值的升序或降序排序3.3.2单表查询查询仅涉及一个表，是一种最简单的查询操作一、选择表中的若干列二、选择表中的若干元组三、对查询结果排序四、使用集函数五、对查询结果分组查询经过计算的值SELECT子句的目标列表达式为表达式算术表达式字符串常量函数列别名等二、选择表中的若干元组消除取值重复的行查询满足条件的元组1.消除取值重复的行在SELECT子句中使用*****T短语假设SC表中有下列数据2.查询满足条件的元组WHERE子句常用的查询条件（1）比较大小在WHERE子句的比较条件中使用比较运算符二，，，二，二，!=或，!，!，逻辑运算符NOT+比较运算符（2）确定范围使用谓词*****…AND…NOT*****…AND…（3）确定集合使用谓词IN值表,NOTIN值表值表：用逗号分隔的一组取值（4）字符串匹配[NOT]LIKE匹配串[ESCAPE换码字符]匹配串：指定匹配模板匹配模板：固定字符串或含通配符的字符串当匹配模板为固定字符串时，可以用二运算符取代LIKE谓词用!=或运算符取代NOTLIKE谓词通配符%（百分号）代表任意长度（长度可以为0）的字符串例：a%b表示以a开头，以b结尾的任意长度的字符串。如acb，addgb，ab等都满足该匹配串_（下横线）代表任意单个字符例：a_b表示以a开头，以b结尾的长度为3的任意字符串。如acb，afb等都满足该匹配串查询DB_Design课程的课程号和学分。SELECTCno，CcreditFROMCourseWHERECnameLIKE'DB\_Design'ESCAPE'\'⑸涉及空值的查询使用谓词ISNULL或ISNOTNULL“ISNULL"不能用“二NULL"代替（6）多重条件查询用逻辑运算符AND和OR来联结多个查询条件AND的优先级高于OR可以用括号改变优先级可用来实现多种其他谓词[NOT]IN[NOT]*****…AND…三、对查询结果排序使用ORDERBY子句可以按一个或多个属性列排序升序：ASC；降序：DESC；缺省值为