《DB数据库指南》课件

DB数据库指南课程大纲数据库发展历程从早期的文件系统到现代的云数据库，回顾数据库技术的演进。数据库基本概念深入理解数据库的概念、类型、架构和应用场景。数据模型探索不同的数据模型，包括关系模型、面向对象模型等。关系数据库学习关系数据库的核心概念，包括关系代数、SQL语言和数据库设计。数据库发展历程早期文件系统数据的存储和管理非常简单，通常使用平面文件系统。层次数据库模型将数据组织成树状结构，数据之间存在着父子关系。网络数据库模型数据之间存在更复杂的关系，可以形成网状结构。关系数据库模型将数据组织成二维表格，并使用关系代数操作进行数据管理。面向对象数据库模型支持面向对象的概念，能够更好地处理复杂的数据类型和关系。NoSQL数据库提供了一种灵活的、可扩展的、非关系型数据存储方式，适合处理海量数据。数据库基本概念数据是数据库的核心，它是所有操作和分析的基础。它可以是数字、文本、图像等各种形式。数据库模式定义了数据结构，包括表、列、数据类型和关系，它就像一个蓝图，指导着数据组织和管理。数据库是一个有组织的数据集合，它允许用户存储、管理和访问数据，并提供高效的数据检索和操作功能。数据模型简介数据模型数据模型是描述数据结构、数据之间关系以及数据操作规则的抽象表示。它为数据库设计提供蓝图，确保数据的一致性和完整性。模型类型常见的数据库模型包括层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型等。每个模型都有其优缺点，适合不同的应用场景。关系数据模型表格结构关系数据模型使用表格来存储和管理数据。表格包含行和列，分别代表记录和属性。主键约束每个表格都具有一个主键，用于唯一标识每条记录。主键值必须是唯一的，且不可为空。外键约束外键用于在不同表格之间建立关系。外键的值引用另一个表格的主键，确保数据一致性。关系代数运算1选择从关系中选取满足特定条件的元组。2投影从关系中选取特定的属性列。3并集将两个关系中所有元组合并在一起，去除重复元组。4交集将两个关系中同时存在的元组保留下来。SQL语言基础数据定义SQL语言基础包括数据定义、数据操作、数据控制等语言，并包含DDL、DML、DCL语句。数据操作SQL语言可进行数据插入、删除、更新、查询等操作。数据控制SQL语言可用于设定数据访问权限、控制数据完整性、管理数据库安全等。DDL语句创建表定义表结构，包括字段名、数据类型、约束等。修改表修改现有表结构，例如添加字段、修改数据类型等。删除表删除表及其所有数据。DML语句INSERT插入新数据记录UPDATE修改现有数据记录DELETE删除数据记录DCL语句数据控制语言DCL语句用于控制数据库的访问权限，确保数据安全和完整性。主要语句GRANT:授予用户访问权限REVOKE:取消用户访问权限数据库设计概念1需求分析明确业务需求，确定要存储的数据及其关系。2概念设计建立数据模型，描述数据结构和关系，通常采用E-R模型。3逻辑设计将概念模型转换为具体的数据库模式，选择合适的数据库系统。4物理设计确定数据库的物理存储结构，例如文件组织方式、索引策略等。实体关系模型实体关系模型(ERM)是数据库设计中的一种重要模型，它将现实世界的信息以实体、属性和关系的形式表示。实体是现实世界中可以区分的任何事物，例如学生、课程、教师等。属性是实体的特性，例如学生姓名、学号、性别等。关系是指实体之间的联系，例如学生和课程之间的“选课”关系。关系数据库设计1数据规范化消除数据冗余2关系模式设计定义表结构和属性3数据完整性保证数据一致性和准确性范式理论第一范式（1NF）每个属性都是不可分割的原子值，每个属性值都是不可再分的。第二范式（2NF）满足1NF，且所有非主键属性都完全依赖于主键，避免部分依赖。第三范式（3NF）满足2NF，且所有非主键属性都不传递依赖于主键，避免传递依赖。数据库安全性1数据完整性确保数据准确、一致和可靠，防止意外或恶意修改。2数据保密性保护敏感数据不被未授权访问，防止泄露或丢失。3数据可用性保证数据随时可用，即使在故障或攻击情况下也能正常访问。访问控制机制用户角色为不同用户分配不同的角色，例如管理员、普通用户等，并根据角色设置不同的访问权限。权限控制控制用户对数据的操作，例如查看、修改、删除等，确保数据安全性和完整性。数据加密对敏感数据进行加密，防止未经授权的访问，提高数据安全等级。备份与恢复数据备份定期备份数据以防止数据丢失或损坏。常见备份方法包括：完整备份：备份整个数据库增量备份：备份自上次完整备份以来更改的数据差异备份：备份自上次增量备份以来更改的数据数据恢复使用备份数据恢复丢失或损坏的数据。恢复过程通常包括：还原完整备份应用增量或差异备份验证恢复数据事务处理概念原子性事务中的所有操作要么全部成功，要么全部失败，保证数据的一致性。一致性事务执行后，数据库必须从一个一致状态转换为另一个一致状态。隔离性多个事务并发执行时，互不干扰，保证数据完整性。持久性事务一旦提交，其修改将永久保存在数据库中，即使系统崩溃也不会丢失。事务ACID特性1原子性(Atomicity)事务是一个不可分割的操作单元，要么全部执行成功，要么全部执行失败。如果事务执行过程中出现错误，则会回滚到初始状态。2一致性(Consistency)事务执行前后，数据库必须保持一致性。即事务执行前数据库处于一个一致的状态，执行完之后也必须处于一个一致的状态。3隔离性(Isolation)多个事务并发执行时，彼此之间相互隔离，一个事务的执行不会影响其他事务的执行结果。4持久性(Durability)事务一旦提交，其对数据库的修改就应该永久保存，即使系统出现故障，也应该能恢复。并发控制机制乐观锁乐观锁假设冲突很少发生，在更新数据时不会立即锁定数据，而是在提交更新时检查数据是否被其他事务修改过，如果有冲突就进行回滚。悲观锁悲观锁假设冲突经常发生，在更新数据时会立即锁定数据，直到更新完成才释放锁，防止其他事务修改数据。死锁问题资源竞争多个事务同时请求资源，导致相互等待，无法继续执行。循环等待多个事务形成循环等待关系，每个事务都等待对方释放资源，无法完成操作。预防死锁使用锁顺序、超时机制等方法防止死锁发生。检测与解除通过监测系统状态，检测死锁发生，并采取措施将其解除。索引机制加速数据检索索引类似于书籍目录，提供快速查找数据的方法，无需扫描整个数据库表。提升查询性能索引帮助数据库引擎快速定位符合搜索条件的数据，大幅缩短查询时间。优化数据库操作索引优化数据排序、分组、连接等操作，提高数据库整体效率。SQL优化策略执行计划分析了解SQL语句的执行计划，识别性能瓶颈。索引优化选择合适的索引类型和字段，提升查询效率。查询语句优化使用更有效的查询语句，减少数据访问量。数据库管理系统数据存储与管理DBMS是用于创建、维护和访问数据库的软件系统，提供数据存储、检索和管理功能。数据一致性和完整性DBMS确保数据的一致性和完整性，通过数据约束、事务处理等机制，保证数据的准确性和可靠性。数据安全性和权限控制DBMS提供数据安全性和权限控制，通过用户身份验证、访问控制列表等机制，保护数据库安全。数据备份与恢复DBMS提供数据备份与恢复功能，可以定期备份数据，并在出现数据丢失或损坏时进行恢复。分布式数据库1数据分布式存储将数据分散到多个物理节点上，以提高数据存储容量和可用性。2数据处理并行化将查询和更新操作分散到多个节点上，以提升性能和吞吐量。3提高数据容错性通过数据复制和冗余机制，即使部分节点失效，仍然可以保证数据的完整性。云数据库平台弹性扩展根据需求动态调整资源，无需预先规划安全可靠提供数据加密、访问控制等安全措施成本优化按需付费，降低运维成本NoSQL数据库灵活的结构NoSQL数据库提供灵活的结构，可以轻松存储和查询各种类型的数据，不受传统关系型数据库的限制。高性能NoSQL数据库旨在处理大规模数据集，并提供比关系型数据库更高的性能，特别是在读写密集型场景中。可扩展性NoSQL数据库通常可以水平扩展，通过添加更多节点来处理不断增长的数据量和用户流量。数据库发展趋势1云原生数据库基于云计算平台，提供高可用性、可扩展性和弹性。2无服务器数据库自动伸缩，按需付费，简化数据库管理。3数据湖和数据仓