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数据库

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💾 数据库

本节部分知识点来自《数据库系统概论（第 5 版）》

基本概念

  • 数据（data）：描述事物的符号记录称为数据。
  • 数据库（DataBase，DB）：是长期存储在计算机内、有组织的、可共享的大量数据的集合，具有永久存储、有组织、可共享三个基本特点。
  • 数据库管理系统（DataBase Management System，DBMS）：是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件。
  • 数据库系统（DataBase System，DBS）：是有数据库、数据库管理系统（及其应用开发工具）、应用程序和数据库管理员（DataBase Administrator DBA）组成的存储、管理、处理和维护数据的系统。
  • 实体（entity）：客观存在并可相互区别的事物称为实体。
  • 属性（attribute）：实体所具有的某一特性称为属性。
  • 码（key）：唯一标识实体的属性集称为码。
  • 实体型（entity type）：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。
  • 实体集（entity set）：同一实体型的集合称为实体集。
  • 联系（relationship）：实体之间的联系通常是指不同实体集之间的联系。
  • 模式（schema）：模式也称逻辑模式，是数据库全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图。
  • 外模式（external schema）：外模式也称子模式（subschema）或用户模式，它是数据库用户（包括应用程序员和最终用户）能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，是数据库用户的数据视图，是与某一应用有关的数据的逻辑表示。
  • 内模式（internal schema）：内模式也称为存储模式（storage schema），一个数据库只有一个内模式。他是数据物理结构和存储方式的描述，是数据库在数据库内部的组织方式。

常用数据模型

  • 层次模型（hierarchical model）
  • 网状模型（network model）
  • 关系模型（relational model）
    • 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
    • 码（key）：表中可以唯一确定一个元组的某个属性组
    • 域（domain）：一组具有相同数据类型的值的集合
    • 分量：元组中的一个属性值
    • 关系模式：对关系的描述，一般表示为 关系名(属性1, 属性2, ..., 属性n)
  • 面向对象数据模型（object oriented data model）
  • 对象关系数据模型（object relational data model）
  • 半结构化数据模型（semistructure data model）

常用 SQL 操作

对象类型 对象 操作类型
数据库模式 模式 CREATE SCHEMA
基本表 CREATE SCHEMA，ALTER TABLE
视图 CREATE VIEW
索引 CREATE INDEX
数据 基本表和视图 SELECT，INSERT，UPDATE，DELETE，REFERENCES，ALL PRIVILEGES
属性列 SELECT，INSERT，UPDATE，REFERENCES，ALL PRIVILEGES

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关系型数据库

  • 基本关系操作：查询（选择、投影、连接（等值连接、自然连接、外连接（左外连接、右外连接））、除、并、差、交、笛卡尔积等）、插入、删除、修改
  • 关系模型中的三类完整性约束：实体完整性、参照完整性、用户定义的完整性

索引

数据库完整性

  • 数据库的完整性是指数据的正确性和相容性。
    • 完整性：为了防止数据库中存在不符合语义（不正确）的数据。
    • 安全性：为了保护数据库防止恶意破坏和非法存取。
  • 触发器：是用户定义在关系表中的一类由事件驱动的特殊过程。

关系数据理论

  • 数据依赖是一个关系内部属性与属性之间的一种约束关系，是通过属性间值的相等与否体现出来的数据间相关联系。
  • 最重要的数据依赖：函数依赖、多值依赖。

范式

  • 第一范式（1NF）：属性（字段）是最小单位不可再分。
  • 第二范式（2NF）：满足 1NF，每个非主属性完全依赖于主键（消除 1NF 非主属性对码的部分函数依赖）。
  • 第三范式（3NF）：满足 2NF，任何非主属性不依赖于其他非主属性（消除 2NF 非主属性对码的传递函数依赖）。
  • 鲍依斯-科得范式（BCNF）：满足 3NF，任何非主属性不能对主键子集依赖（消除 3NF 主属性对码的部分和传递函数依赖）。
  • 第四范式（4NF）：满足 3NF，属性之间不能有非平凡且非函数依赖的多值依赖（消除 3NF 非平凡且非函数依赖的多值依赖）。

数据库恢复

  • 事务：是用户定义的一个数据库操作序列，这些操作要么全做，要么全不做，是一个不可分割的工作单位。
  • 事物的 ACID 特性：原子性、一致性、隔离性、持续性。
  • 恢复的实现技术：建立冗余数据 -> 利用冗余数据实施数据库恢复。
  • 建立冗余数据常用技术：数据转储（动态海量转储、动态增量转储、静态海量转储、静态增量转储）、登记日志文件。

并发控制

  • 事务是并发控制的基本单位。
  • 并发操作带来的数据不一致性包括：丢失修改、不可重复读、读 “脏” 数据。
  • 并发控制主要技术：封锁、时间戳、乐观控制法、多版本并发控制等。
  • 基本封锁类型：排他锁（X 锁 / 写锁）、共享锁（S 锁 / 读锁）。
  • 活锁死锁：
    • 活锁：事务永远处于等待状态，可通过先来先服务的策略避免。
    • 死锁：事务永远不能结束
      • 预防：一次封锁法、顺序封锁法；
      • 诊断：超时法、等待图法；
      • 解除：撤销处理死锁代价最小的事务，并释放此事务的所有的锁，使其他事务得以继续运行下去。
  • 可串行化调度：多个事务的并发执行是正确的，当且仅当其结果与按某一次序串行地执行这些事务时的结果相同。可串行性时并发事务正确调度的准则。