《关系数据库基础》课件

关系数据库基础关系数据库是现代数据管理的核心概念之一。它使用表格结构来组织数据，并提供结构化查询语言（SQL）来访问和操作数据。什么是关系数据库数据结构化关系数据库将数据组织成表格形式，每个表格称为关系。表格结构关系数据库中的每个表格都由行和列组成，行表示数据记录，列表示数据属性。主键约束关系数据库使用主键来唯一标识每一行数据，确保数据完整性和一致性。关系连接关系数据库使用外键来建立不同表格之间的联系，实现数据之间关联查询和操作。关系数据库的特点数据结构化数据以表格的形式组织，方便查询和管理。关系模型使用二维表来表示数据，每个表代表一个实体。数据一致性使用主键和外键约束保证数据的一致性和完整性。关系数据库采用数据完整性约束来确保数据的一致性，防止数据丢失或错误。数据独立性数据独立性是指数据的逻辑结构和物理结构的独立性。关系数据库提供数据独立性，即使数据存储方式发生变化，也不影响应用程序对数据的访问。数据共享性多个用户可以同时访问和共享数据库中的数据。通过使用不同的权限级别，可以控制用户对数据的访问权限。关系数据库的组成数据表数据表是关系数据库的核心，包含所有数据，用于存储和管理信息。模式模式定义数据库的结构，包括数据表、列、数据类型和关系。数据库管理系统DBMS用于创建、管理和访问数据库，提供数据完整性、安全性和并发控制等功能。数据表的概念数据表是关系数据库的基本组成部分。它可以被看作是一个二维表格，包含了有关特定主题的数据。表由行和列组成，行代表记录，列代表属性或字段。每个字段都包含一个特定数据类型的值，例如数字、文本或日期。每个数据表都有一个唯一的名称，用于标识它在数据库中的位置。数据表是存储和管理数据的核心结构，也是关系数据库的核心概念。数据库中的基本操作1数据插入INSERT语句将新数据行插入到表中，并指定要插入的列和值。插入的数据必须与表结构一致，并满足约束条件。2数据更新UPDATE语句修改表中已存在的数据行，根据条件筛选需要更新的行，并将特定列的值更改为新的值。更新操作需要遵循数据完整性和一致性原则。3数据删除DELETE语句从表中删除符合特定条件的数据行，并确保删除操作不会破坏数据完整性和一致性。数据类型数值类型数值类型用于存储数值数据，例如整数、浮点数、货币等。常用的数值类型包括INT、FLOAT、DECIMAL等。字符类型字符类型用于存储文本数据，例如姓名、地址、描述等。常用的字符类型包括CHAR、VARCHAR、TEXT等。日期和时间类型日期和时间类型用于存储日期和时间数据，例如生日、创建日期、更新时间等。常用的日期和时间类型包括DATE、TIME、DATETIME等。布尔类型布尔类型用于存储真假值，通常用于表示状态或判断条件。常用的布尔类型包括BOOLEAN或BIT。主键和外键1主键用于唯一标识数据表中每一行记录的列或列组合，确保数据表中每一行数据都是唯一的。2外键用于建立不同表之间关系的列或列组合，它引用了另一个表的主键，以维护数据之间的完整性。3关系类型一对一、一对多、多对多，通过外键来关联不同表，实现数据关联和完整性。数据库的规范化消除数据冗余规范化旨在减少数据冗余，避免数据不一致，提高数据完整性。提高数据一致性规范化有助于确保数据在数据库中的一致性，防止数据更新时出现冲突。优化数据库性能减少数据冗余可以提高数据查询速度，减少存储空间，提升数据库性能。简化数据维护规范化简化了数据维护，减少了更新数据的操作，提高了数据维护效率。数据库的设计原则数据一致性保证数据完整性，避免数据重复或矛盾，确保数据的一致性.数据独立性应用程序对数据的访问独立于数据的存储方式，提高数据可移植性和可维护性.数据安全性通过数据访问控制和权限管理，保护数据库安全，防止数据丢失或泄露.数据完整性数据完整性是指数据的正确性和可靠性，保证数据的准确性和一致性.SQL语言概述结构化查询语言SQL是一种结构化查询语言，用于管理和操作关系数据库。数据操作SQL可以用于创建、修改和删除表，以及插入、更新和删除数据。数据查询SQL的核心功能是数据查询，可以检索、过滤和排序数据，生成报表。数据库管理SQL是数据库管理员的工具，用于维护数据库的完整性和性能。SQL语言的分类1数据定义语言(DDL)DDL用于创建、修改和删除数据库对象，例如表、视图和索引。2数据操纵语言(DML)DML用于插入、更新、删除和查询数据，例如SELECT、INSERT、UPDATE和DELETE。3数据控制语言(DCL)DCL用于控制数据库访问权限，例如GRANT和REVOKE。4事务控制语言(TCL)TCL用于管理事务，例如COMMIT、ROLLBACK和SAVEPOINT。SELECT语句1SELECT指定要检索的列2FROM指定要检索的表3WHERE筛选符合条件的行4ORDERBY排序检索结果SELECT语句是关系数据库中最基础的查询语句。它允许用户从数据库中检索特定数据。WHERE条件过滤1等值比较使用“=”运算符2范围比较使用“>”、“<”、“>=”、“<=”3模糊匹配使用“LIKE”运算符4空值判断使用“ISNULL”或“ISNOTNULL”WHERE条件过滤用于筛选满足特定条件的数据行。可以使用多种比较运算符，例如等值比较、范围比较和模糊匹配。GROUPBY和HAVING1分组将数据按指定列的值分组。2聚合函数统计每个分组的汇总信息。3筛选分组根据指定条件过滤分组。GROUPBY用于对结果集进行分组，然后对每个组应用聚合函数，例如SUM、AVG、COUNT等。HAVING语句用于过滤分组，类似于WHERE语句对记录进行过滤。JOIN连接查询1内连接(INNERJOIN)返回两个表中匹配条件的记录，不匹配的记录被过滤掉。2左外连接(LEFTJOIN)返回左表的所有记录，即使在右表中没有匹配的记录。3右外连接(RIGHTJOIN)返回右表的所有记录，即使在左表中没有匹配的记录。INSERT、UPDATE和DELETEINSERT用于向数据库表中添加新数据行。指定要插入的列名及其对应值。UPDATE用于修改数据库表中已有数据行的值。指定要修改的列名、新值以及条件。DELETE用于从数据库表中删除数据行。指定要删除的条件，可以删除整行或满足特定条件的行。事务处理事务处理是数据库管理系统(DBMS)中的一个重要概念，它确保一组操作要么全部成功执行，要么全部失败。这对于保持数据完整性和一致性至关重要。1原子性事务中的操作要么全部执行，要么全部不执行。2一致性事务执行后，数据库必须保持一致状态。3隔离性多个事务之间相互隔离，不会相互影响。4持久性事务一旦成功提交，其结果将永久保存在数据库中。事务处理机制使用日志文件和锁来确保数据的一致性和完整性。日志记录了所有事务操作，以便在发生错误时进行恢复。锁机制防止多个事务同时修改相同数据，从而避免数据冲突。索引及其应用定义索引是数据库系统中加速数据检索的一种数据结构。它类似于书籍的目录，可以通过关键字快速定位到数据。作用索引能够显著提高查询速度，特别是在数据量庞大且频繁查询的情况下，能够有效地减少数据库服务器的负担，提高系统性能。类型常见的索引类型包括：B树索引、哈希索引、全文索引等，不同的索引类型适用于不同的场景。应用索引广泛应用于各种数据库系统中，例如关系数据库、搜索引擎等，能够有效提升数据检索效率，满足用户对快速响应的需求。数据库安全性数据加密使用加密算法保护敏感数据，例如AES和RSA。访问控制限制用户访问权限，根据角色和权限分配访问级别。防火墙阻止来自外部网络的恶意访问，保护数据库服务器。备份与恢复定期备份数据库，以防数据丢失，并制定恢复计划。数据备份和恢复1定期备份防止意外数据丢失2备份策略全量备份、增量备份3备份存储本地存储、云存储4恢复操作还原数据库到指定时间点数据备份是保护数据的重要措施，定期备份可以防止意外数据丢失或损坏。备份策略可以根据实际情况选择全量备份或增量备份。备份存储可以采用本地存储或云存储，提高安全性。恢复操作可以将数据库还原到指定时间点，恢复丢失的数据。数据库的体系结构层级结构将数据库系统划分为多个层次，每个层次负责特定功能，例如数据访问层、查询处理层和数据存储层。客户/服务器结构客户端负责发出请求，服务器负责处理请求并返回结果，例如常见的数据库管理系统（DBMS）体系结构。分布式结构将数据库分布在多个服务器上，提高性能和可扩展性，例如分布式数据库系统。云数据库将数据库服务部署在云计算平台上，提供灵活的资源分配和按需付费模式，例如云数据库服务。分布式数据库数据分片将数据库拆分成多个独立的数据库，每个数据库存储一部分数据。分布式存储数据分布在多个物理节点上，提高数据存储的可靠性和容错性。分布式处理多个节点并行处理数据请求，提高系统性能和吞吐量。并发控制机制锁机制锁机制是并发控制中最常用的机制，它通过锁定数据资源来确保数据一致性。乐观锁乐观锁假设数据冲突很少发生，只有在提交数据时才检查冲突，提高并发效率。时间戳通过时间戳来判断数据是否被修改，如果时间戳冲突则拒绝提交操作。多版本并发控制MVCC允许多个事务同时访问相同的数据，通过创建数据快照来避免冲突。数据库性能优化索引优化索引可以加快数据检索速度，减少磁盘I/O操作，从而提高查询效率。合理设计索引，选择合适的索引类型，并避免过度索引。查询优化优化SQL语句，避免使用通配符，尽量使用索引，减少数据访问量。使用查询计划工具分析查询性能，找出性能瓶颈。数据库配置调整数据库配置参数，例如缓存大小、连接池大小等，根据实际情况优化数据库配置，提高数据库性能。硬件优化使用更快的硬件设备，例如SSD硬盘、高性能CPU，可以提升数据库的读写速度，提高性能。关系代数1集合论基础关系代数基于集合论，用运算符处理关系。2操作符包括并、交、差、笛卡尔积等，用于数据操作。3关系操作选择、投影、连接、除法等运算，用于查询数据。4查询语言为数据库系统提供一种形式化查询语言，例如SQL。关系calculus逻辑表达式关系calculus使用逻辑表达式查询数据。集合论基础基于集合论，定义关系和元组。谓词逻辑使用谓词逻辑表达查询条件。关系模型关系calculus适用于关系数据库模型。数据库设计方法论11.需求分析明确数据库要解决的问题，收集并分析用户需求，确定数据模型和数据关系。22.概念设计将需求转化为抽象的数据库模型，包括实体、属性、关系和约束等。33.逻辑设计将概念模型转换为具体的逻辑结构，选择合适的数据库管理系统，创建数据表和视图。44.物理设计确定存储结构、索引策略、安全策略等物