《数据库设计》课件

数据库设计数据库设计是一个复杂而重要的过程,需要认真规划和设计。它涉及数据模型的定义、数据结构的设计以及各种约束条件的制定,是构建高效、可扩展的数据系统的关键步骤。课程概述数据库基础学习数据库的基本概念、结构和功能，为后续课程奠定基础。数据模型深入了解关系数据模型，掌握数据库设计的基本原理。设计流程学习数据库设计的完整过程,从需求分析到物理设计。SQL语言精通SQL语言的各种功能,熟练应用于数据库管理。数据库基础概念什么是数据库数据库是一种用于存储和管理数据的电子系统。它能有效地组织和存储大量的结构化数据,并提供查询、更新和管理数据的功能。数据库特点数据库系统具有持久性、可共享性、数据独立性和数据冗余性等特点,能够满足各种复杂的数据管理需求。数据库分类常见的数据库类型包括关系型数据库、NoSQL数据库、对象型数据库等,每种类型都有其特定的应用场景。数据库管理系统数据库管理系统(DBMS)是一种软件,用于管理和控制数据库的存储、访问和安全性。它是数据库的核心组成部分。数据模型实体-关系模型实体-关系模型是一种概念性数据模型,通过实体和实体之间的关系来描述数据的结构。其中实体表示现实世界中的对象,关系描述了实体之间的联系。对象-关系模型对象-关系模型在传统的关系模型基础之上引入了面向对象的概念,支持对象、类、继承等特性,更好地适应现代信息系统的需求。层次模型层次模型将数据按照树状结构组织,数据以节点的形式存储,节点之间通过父子关系连接。这种模型简单直观,但扩展性较差。关系数据模型实体与属性关系数据模型将数据组织成一个个具有特定属性的实体,并通过关系将它们联系起来。关系与域关系是一个二维表格,行代表记录,列代表属性,每个单元格存储一个具体的数据值。主键与外键主键唯一标识一个实体,外键则建立不同实体之间的联系和引用关系。SQL语言关系数据模型采用结构化查询语言(SQL)作为操作和管理数据的标准语言。数据库设计的基本步骤需求分析深入了解用户需求,明确数据处理和管理的目标。概念模型设计基于需求,绘制概念模型图,定义实体及其关系。逻辑设计将概念模型转换为关系数据库的逻辑结构,如表、字段等。物理设计根据具体DBMS选择合适的存储结构和访问方法。需求分析1明确目标深入理解客户的业务目标和信息需求,为后续的数据库设计奠定基础。2分析现状全面调查现有系统及数据的现状,识别痛点和问题,为优化设计提供依据。3收集需求广泛采集各部门和角色的信息需求,确保数据库能够满足各方需求。4定义规则结合业务流程和行业标准,制定数据的存储、使用和管理规则。概念模型设计实体识别识别相关实体及其属性,构建概念模型的基础。关系描述定义实体之间的联系和交互,构建概念模型的关键。概念图建模使用ER图等方式可视化概念模型,直观展现整体架构。模型检查对概念模型进行检查和评审,确保其满足需求和设计要求。数据库逻辑设计定义逻辑模型在概念模型的基础上，进一步确定数据实体、属性、关系等，构建详细的逻辑数据模型。选择合适数据库根据系统需求和应用场景，选择关系型、NoSQL或其他类型的数据库系统。设计数据结构设计表结构、字段类型、索引等数据存储结构，满足系统功能和性能需求。优化SQL语句针对具体的业务需求，设计高效的SQL语句，提高数据库查询的性能。规范化理论1数据冗余和数据依赖规范化的目标是消除数据冗余和不合适的数据依赖，以提高数据库的完整性和效率。2范式化过程通过分解关系模式，逐步消除不合适的函数依赖关系，达到更高的范式水平。3范式等级常用的范式包括第一范式、第二范式、第三范式和BCNF范式等，体现了不同的范式化程度。4权衡与应用规范化能提高数据完整性，但也可能降低查询性能，需要根据具体需求权衡取舍。第一范式定义第一范式要求数据库表中的所有字段都是不可分割的原子值。目的通过消除表中的重复数据,提高数据存储的效率和查询的速度。实现将具有复合属性的元组拆分成多个元组,使每个属性都是不可分割的。第二范式独立性第二范式要求每个非主属性都完全依赖于复合主键，不能有部分依赖。冗余消除第二范式通过消除对复合主键的部分依赖，减少了数据冗余。规范化遵循第二范式可以进一步规范化数据库设计，提高数据的完整性。第三范式1消除传递依赖第三范式要求每个非主属性必须完全依赖于主键,不能存在任何传递依赖。2获得更好的数据独立性通过消除传递依赖,可以减少冗余数据,提高数据的独立性和可维护性。3实现更精简的数据结构第三范式可以帮助我们分解表格,创造出更简单、更紧凑的数据结构。BCNF范式数据库中的异常在关系数据库中，存在着数据冗余、插入异常、更新异常和删除异常等问题。BCNF范式BCNF范式是在第三范式基础上提出的更严格的范式要求，可以消除所有由传递依赖引起的数据冗余。数据完整性BCNF范式可以确保数据的完整性和一致性，提高数据库的查询效率。数据库物理设计表结构设计根据逻辑设计的结果,确定每个表的字段类型、长度、约束条件等,优化存储空间和查询效率。索引设计根据应用需求,为关键字段创建合适的索引,提高查询性能,同时注意控制索引的数量。分区设计对于大容量的表,可以根据业务特点进行分区存储,提升查询和管理效率。索引索引的定义索引是一种数据结构,它通过对数据表中的一个或多个列创建有序的数据副本,可以加快查询数据的速度。索引类型常见的索引类型包括聚簇索引、非聚簇索引、复合索引、唯一索引等,每种类型都有不同的特点和使用场景。索引的优势索引可以显著提高查询速度,缩短响应时间,提高数据库性能。但同时也会增加存储空间和维护开销。视图视图的定义视图是从一个或多个基表中导出的虚拟表。它是一种逻辑上的表,实际上并不存储数据,而是根据定义它的查询语句动态生成结果集。视图的作用视图能简化查询操作,增强数据安全性,以及帮助构建数据抽象层。它为用户提供了一种更加直观的数据视角。视图的特点视图是动态生成的,具有只读特性。视图不占用物理存储空间,且可以包含来自不同基表的数据。视图的操作用户可以对视图执行查询、插入、更新和删除等操作,视图的结果会反映到基表中。完整性约束实体完整性要求每个表中的主键值必须唯一且不能为空，确保记录的唯一性和标识性。参照完整性当在一个表中删除或更新数据时，相关联的外键必须有对应的值存在于被参照表中。域完整性要求数据必须满足数据类型、取值范围、格式等规则约束，确保数据的合法性和正确性。用户定义完整性用户根据业务需求自定义的额外约束条件,例如唯一性、检查等。事务管理事务的特性事务具有原子性、一致性、隔离性和持久性的特性,确保数据操作的完整性。事务的操作使用BEGIN、COMMIT和ROLLBACK等SQL语句来开始、提交和回滚事务。事务隔离级别不同的隔离级别在并发访问和事务安全性之间进行权衡取舍。并发控制事务管理通过事务保证数据的完整性和一致性,确保并发操作的正确性。并发控制机制利用锁定机制,如共享锁和排他锁,管理并发访问资源。死锁预防和检测监测死锁状态,采取策略如死锁检测、死锁预防等避免死锁发生。数据库安全性用户认证实施严格的用户认证机制,确保只有授权用户才能访问数据库。访问控制根据用户角色和权限细粒度控制数据库的访问和操作权限。数据加密对数据库中的敏感信息进行加密,确保数据在传输和存储过程中的安全性。审计跟踪记录数据库的所有操作行为,方便事后审查和溯源。数据备份与恢复数据备份定期备份数据库是确保数据安全的关键。备份可以避免因硬件故障、操作错误或恶意攻击而造成的数据丢失。数据恢复在发生数据丢失时,可以根据备份数据快速恢复数据库到特定时间点的状态,减少业务中断。通常采用增量备份和全量备份相结合的方式。合理的备份策略根据数据库的重要程度、业务需求和系统资源,制定适当的备份频率和备份保留时间,确保备份数据的完整性和可恢复性。SQL语言基础SQL概述SQL（StructuredQueryLanguage）是一种标准化的数据库语言,用于管理和操作关系型数据库。SQL语句可以用于创建、查询、更新和删除数据。SQL语句类型SQL语句主要包括DDL（数据定义语言）、DML（数据操作语言）和DCL（数据控制语言）。DDL用于创建、修改和删除数据库对象,DML用于查询和操作数据,DCL用于管理数据库权限。SQL语句语法SQL语句由关键字、表名、列名等组成,遵循特定的语法规则。熟悉SQL语法是掌握SQL的基础,能够高效地编写和执行SQL语句。SQL编程应用SQL作为标准的数据库语言,广泛应用于各种应用程序中,如Web应用、移动应用等。SQL编程技能对于软件开发人员来说非常重要。DDL语句1创建数据库使用CREATEDATABASE语句可以创建一个新的数据库。2创建数据表使用CREATETABLE语句可以创建一个新的数据表,并定义表的结构。3修改数据表使用ALTERTABLE语句可以对现有的数据表进行结构修改,如添加或删除列。4删除数据库或表使用DROPDATABASE或DROPTABLE语句可以删除整个数据库或特定的数据表。DML语句数据操作语言DML（DataManipulationLanguage）语句用于查询、插入、更新和删除数据库中的数据。这些语句是数据库编程的核心操作。SELECT语句SELECT语句用于从数据库表中查询和检索数据。它可以指定需要返回的字段、过滤条件、排序方式等。INSERT语句INSERT语句用于将新数据插入到数据库表中。可以指定要插入的字段和对应的值。UPDATE语句UPDATE语句用于修改数据库表中已有的数据。可以指定要更新的字段和新的值以及过滤条件。DCL语句数据访问控制DCL语句主要用于定义数据库用户的权限和角色,实现数据的安全性管理。用户管理通过DCL语句可以创建、修改和删除数据库用户,并为用户分配相应的权限。权限管理DCL语句可以授予或收回用户对数据库对象的操作权限,如SELECT、INSERT、UPDATE和DELETE等。存储过程与函数存储过程存储过程是一组预编译的SQL语句,可以在数据库中执行复杂的业务逻辑。它提高了代码的可重用性和安全性。自定义函数用户可以创建自定义函数来实现特定的数据处理需求,增强数据库的功能扩展性。函数可以返回单个值或复杂的结果集。参数传递存储过程和函数支持输入参数,允许灵活地传递数据。同时也可以通过输出参数返回计算结果。触发器定义触发器是一种特殊的存储过程，它在特定的数据库事件发生时自动执行。当表上的INSERT、UPDATE或DELETE操作被触发时，触发器就会被自动调用。用途触发器可以用于实现数据完整性、审计跟踪、数据验证等功能。可以确保数据操作符合业务逻辑和规则要求。特点触发器是数据库自动执行的,无需人工干预。可以在INSERT、UPDATE或DELETE语句之前或之后执行。对数据的改变会立即生效。限制触发器的编写需要熟悉SQL语言和数据库结构。过多或复杂的触发器可能会降低数据库性能。需要谨慎管理。游标游标概述游标是一种数据处理技术,允许程序一次处理一行数据,while循环的替代方案。游标操作游标提供了游标声明、打开、关闭、定位等一系列操作,用于有效控制数据检索和更新。应用场景游标在存储过程、触发器等数据库编程中广泛应用,用于复杂的数据处理逻辑。数据库应用案例分析数据库技术被广泛应用于各行各业,从电子商务、银行金融到智能制造、医疗健康等领域。我们将分析几个典型的数据库应用案例,探讨数据库在解决实际问题中的作用。电商平台数据库:支撑