《数据库原理与应用》期末复习

《数据库原理与应用》期末复习数据库系统概述关系代数与SQL语言数据库设计与规范化数据库安全性与完整性约束数据库管理系统（DBMS）介绍及选型建议数据库应用开发实践contents目录01数据库系统概述关系数据库提出关系模型，以表格形式表示数据，简化了数据结构，提高了数据操作的灵活性和效率。早期文件系统使用文件进行数据存储，存在数据冗余、不一致性等问题。层次和网状数据库解决了部分数据冗余问题，但数据结构复杂，不易于维护。面向对象数据库引入对象概念，支持复杂数据类型和继承、封装等面向对象特性。NoSQL数据库针对特定应用场景，提供非结构化数据存储和高效查询性能。数据库发展历史用户使用应用系统访问和操作数据库的人员。数据库管理员负责数据库的建立、维护和管理，确保数据库的安全、完整和可用。应用系统基于数据库开发的各类应用，如信息管理系统、决策支持系统等。数据库存储数据的仓库，按照一定的数据模型组织、存储和管理数据。数据库管理系统提供数据定义、数据操纵、数据控制等功能的软件系统，是数据库系统的核心。数据库系统组成对现实世界数据特征的抽象，包括数据结构、数据操作和数据完整性约束三个部分。数据模型根据用户需求，建立反映现实世界事物及其联系的概念数据模型，如实体-联系模型（E-R模型）。概念设计将概念数据模型转换为特定数据库管理系统支持的数据模型，如关系模型。逻辑设计根据数据库管理系统的特性和硬件环境，选择合适的存储结构和存取方法，提高数据库性能。物理设计数据模型与概念设计一个二维表格，由行和列组成，每行表示一个元组，每列表示一个属性。关系保证数据库中数据正确性和一致性的规则，包括实体完整性、参照完整性和用户自定义完整性。完整性约束对关系的描述，包括关系名、属性名、属性类型、属性约束等。关系模式唯一标识元组的属性或属性组合，确保关系中不存在重复元组。主键一个关系中的属性或属性组合，是另一个关系的主键，用于建立两个关系之间的联系。外键0201030405关系数据库基本概念02关系代数与SQL语言选择运算投影运算连接运算除法运算关系代数基本运算从关系中选择满足给定条件的元组。通过比较两个关系中相同属性上的值，将两个关系连接起来。从关系中选择若干列组成新的关系。将一个关系中的元组按照另一个关系中的属性进行分组，并返回满足条件的组。用于定义和管理数据库对象，如表、视图、索引等。数据定义语言（DDL）用于查询和修改数据库中的数据，如SELECT、INSERT、UPDATE、DELETE等。数据操纵语言（DML）用于控制对数据库对象的访问权限，如GRANT、REVOKE等。数据控制语言（DCL）用于管理数据库事务，如COMMIT、ROLLBACK等。事务控制语言（TCL）SQL语言基础根据查询条件选择合适的索引，可以大大提高查询效率。选择合适的索引避免全表扫描减少返回的数据量使用连接代替子查询尽量使用索引进行查询，避免对全表进行扫描。只返回需要的列和行，避免返回不必要的数据。在某些情况下，使用连接代替子查询可以提高查询效率。数据查询优化技巧视图视图是一个虚拟表，由一条或多条SQL语句定义。通过视图，用户可以方便地访问数据库中的数据，而不需要了解底层表的结构。索引索引是一种数据库对象，用于提高数据库查询效率。通过对表中的一列或多列进行排序，索引可以加快数据检索速度。存储过程存储过程是一组为了完成特定功能的SQL语句集合。用户可以通过调用存储过程来执行一系列复杂的操作，而不需要编写大量的SQL代码。存储过程可以大大提高数据库应用程序的开发效率和执行效率。010203视图、索引和存储过程03数据库设计与规范化实体-联系模型（E-R图）客观存在并可相互区别的事物，如学生、课程等。实体之间的相互作用，如学生与课程之间的选课关系。实体或联系所具有的性质，如学生的姓名、学号等。使用矩形、菱形、椭圆形等图形化表示实体、联系和属性。实体类型联系类型属性绘制E-R图规范化的目的衡量关系模式规范化的标准，如1NF、2NF、3NF等。范式规范化步骤规范化的应用01020403在数据库设计中广泛应用，提高数据库的性能和可维护性。消除数据冗余，减少数据插入、删除和更新的异常。根据范式理论，对关系模式进行逐步分解和优化。规范化理论及应用概念设计建立数据库的概念模型，如E-R图。需求分析收集和分析用户需求，确定数据库系统的功能和性能要求。逻辑设计将概念模型转换为逻辑模型，如关系模型。实现和维护根据设计结果建立数据库，并进行日常维护和更新。物理设计确定数据的存储结构和存取方法，优化数据库性能。数据库设计步骤和方法案例分析：某企业信息管理系统设计数据库逻辑设计将E-R图转换为关系模型，包括员工表、部门表、项目表等。数据库概念设计建立E-R图，包括员工、部门、项目等实体和它们之间的联系。系统需求实现员工信息管理、部门信息管理、项目管理等功能。数据库物理设计确定表的存储结构和索引方式，优化查询性能。系统实现使用SQL语言创建表、插入数据、查询数据等，实现系统功能。04数据库安全性与完整性约束通过用户名和密码、数字证书、生物特征等方式验证用户身份，确保只有合法用户能够访问数据库。基于用户的身份和角色，限制用户对数据库对象的访问权限，包括数据表、视图、存储过程等，防止未经授权的访问和数据泄露。用户身份鉴别与访问控制访问控制用户身份鉴别03用户自定义完整性根据应用需求定义特定的约束条件，如唯一性约束、检查约束等。01实体完整性确保表中的每一行数据都代表一个唯一的实体，通常通过主键约束来实现。02参照完整性维护不同表之间数据的一致性，确保外键列中的数据必须对应于被参照表中的主键列数据。完整性约束条件及实现方法并发控制技术通过事务隔离级别、锁机制等方式，控制多个用户同时访问和修改数据库时可能产生的数据不一致问题。锁机制包括共享锁、排他锁等，用于控制对数据库对象的访问权限，防止多个事务同时修改同一数据造成的数据冲突。并发控制技术与锁机制备份恢复策略及实施步骤备份策略根据数据的重要性和业务需求，制定全备份、增量备份、差异备份等策略，确保数据的可靠性和可恢复性。恢复步骤在数据丢失或损坏时，根据备份文件和日志文件，按照特定的恢复步骤将数据恢复到正常状态，包括完全恢复、部分恢复等。05数据库管理系统（DBMS）介绍及选型建议MySQL开源免费，轻量级，易于安装和使用，适合中小型网站和互联网应用。PostgreSQL开源的关系型数据库管理系统，支持SQL标准，具有强大的扩展性，适合需要定制开发的应用场景。SQLServer微软推出的关系型数据库管理系统，与Windows操作系统紧密集成，适合企业级应用。Oracle功能强大，性能卓越，支持大数据量和多用户并发处理，但价格较高，适合大型企业级应用。常见DBMS产品特点比较成本预算考虑DBMS的购买、维护、升级等成本，选择符合预算要求的DBMS。数据量大小根据应用需要处理的数据量大小选择合适的DBMS，如Oracle适合处理大数据量，而MySQL适合处理中小型数据量。并发用户数考虑应用需要支持的并发用户数，选择能够满足并发性能要求的DBMS。功能需求根据应用的功能需求选择具有相应功能的DBMS，如需要全文检索功能则可以选择支持该功能的DBMS。DBMS选型依据和建议云计算环境下数据库技术发展趋势分布式数据库随着云计算技术的发展，分布式数据库逐渐成为主流，具有高性能、可扩展性、容错性等优点。NoSQL数据库非关系型数据库在云计算环境下得到广泛应用，如MongoDB、Cassandra等，它们具有灵活的数据模型和高效的读写性能。数据库即服务（DBaaS）云计算提供商提供数据库即服务，用户无需自己搭建和维护数据库，只需按需使用，降低了成本和维护难度。多租户技术云计算环境下的多租户技术使得多个用户可以共享同一套数据库资源，提高了资源利用率和降低了成本。06数据库应用开发实践客户端/服务器架构应用开发流程明确系统功能和性能要求，确定数据库结构和内容。需求分析设计客户端界面和服务器端数据库，制定数据交互协议。编写客户端和服务器端代码，实现数据操作和交互逻辑。对系统进行全面测试，确保功能正确、性能稳定。将系统部署到实际环境中，进行日常维护和升级。系统设计编码实现测试调试部署维护数据库连接建立Web应用程序与数据库之间的连接，实现数据通信。SQL语句执行在Web应用程序中编写和执行SQL语句，进行数据库操作。数据处理对从数据库中检索到的数据进行处理，满足Web应用程序的需求。安全性考虑确保Web应用程序在访问数据库时具有足够的安全性，防止数据泄露和非法访问。Web应用程序中数据库访问技术ABCD移动端APP中数据存储和同步解决方案本地数据存储在移动端APP中使用SQLite等轻量级数据库进行本地数据存储。离线访问在移动端APP中实现离线数据访问功能，提高用户体验。数据同步通过API接口或第三方同步服务实现移动端APP与远程数据库之间的数据同步。安全性考虑加强移动端APP数据存储和同步过程中的安全性措施，保护用户隐私。ABCD海量数据处理面对海量数据，新型数据库需要