(2025年)大型数据库期末试题以及答案

(2025年)大型数据库期末试题以及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.下列关于数据库事务ACID特性的描述中，错误的是（）。A.原子性（Atomicity）保证事务的所有操作要么全部完成，要么全部回滚B.一致性（Consistency）依赖于数据库模式设计和应用逻辑的正确性C.隔离性（Isolation）通过锁机制或时间戳排序实现，确保事务间互不干扰D.持久性（Durability）仅通过内存缓存实现，无需写入磁盘2.某银行系统需支持每秒10万次转账操作，且要求事务隔离级别为“可重复读”，最适合的并发控制机制是（）。A.基于时间戳的乐观并发控制B.两阶段锁协议（2PL）C.多版本并发控制（MVCC）D.意向锁（IntentionLock）3.关于索引优化，下列说法正确的是（）。A.为所有查询字段添加联合索引可最大化提升查询性能B.B+树索引适合范围查询，而哈希索引适合等值查询C.聚集索引（ClusteredIndex）的叶子节点存储表的所有数据行D.覆盖索引（CoveringIndex）无需回表，因此一定比非覆盖索引快4.某分布式数据库采用“按用户ID哈希分片”策略，当用户量增长导致分片负载不均时，最合理的调整方式是（）。A.手动迁移部分数据到新分片B.动态调整哈希函数的分片数（如从8片扩展到16片）C.改用范围分片，按用户ID大小重新划分D.增加只读副本分担查询压力5.下列关于关系数据库范式的描述中，正确的是（）。A.1NF要求属性不可再分，因此不允许存在数组类型字段B.2NF消除了非主属性对候选键的部分函数依赖C.3NF允许存在主属性对候选键的传递函数依赖D.BCNF要求所有属性（包括主属性）都完全依赖于候选键6.在数据仓库设计中，维度表（DimensionTable）的核心作用是（）。A.存储事实数据的度量值（如销售额）B.提供对事实数据的多维度分析视角（如时间、地区）C.优化OLTP事务的写入性能D.实现数据的实时更新和事务一致性7.某数据库系统出现“脏读”现象，可能的原因是（）。A.事务隔离级别设置为“读未提交”（ReadUncommitted）B.事务使用了共享锁（S锁）但未正确释放C.数据库采用MVCC但版本管理异常D.日志写入顺序与事务执行顺序不一致8.HTAP（混合事务分析处理）数据库的核心设计目标是（）。A.同时支持高并发事务处理和实时数据分析，避免ETL过程B.替代传统OLTP和OLAP系统，降低硬件成本C.优化单表查询性能，支持超大规模数据存储D.增强数据库的安全性和容灾能力9.关于LSM（Log-StructuredMerge-Tree）存储引擎，下列说法错误的是（）。A.写入时先写WAL（预写日志），再写入内存中的MemTableB.适合写多读少的场景（如日志类数据）C.读取时需合并多层SSTable文件，可能导致读放大D.相比B+树，LSM树的写操作延迟更低、吞吐量更高10.某云数据库采用“存算分离”架构，计算节点与存储节点通过网络连接，其主要优势是（）。A.降低网络延迟，提升实时查询性能B.支持计算和存储独立扩展，提高资源利用率C.简化事务一致性实现，降低开发复杂度D.增强数据安全性，避免存储节点故障二、填空题（每空1分，共15分）1.数据库恢复的基础是（），其记录了事务对数据库的所有修改操作。2.分布式数据库的CAP定理中，C代表（），A代表（），P代表（）。3.关系代数中，（）操作从关系中选择满足条件的元组，（）操作从关系中选择满足条件的属性列。4.索引按存储结构可分为（）（如B+树）和（）（如哈希表）。5.事务的隔离级别从低到高依次为：读未提交、（）、可重复读、（）。6.数据仓库的建模方法主要包括（）（如星型模型）和（）（如雪花模型）。7.分布式一致性协议中，Raft协议通过（）机制选举领导者，确保日志一致性。8.内存数据库为实现快速访问，通常采用（）存储结构（如哈希表或平衡树），并通过（）技术保障数据持久性。三、简答题（每题8分，共40分）1.简述多版本并发控制（MVCC）的核心思想及实现方式。2.比较B+树索引与LSM树索引在读写性能上的差异，并说明各自适用的场景。3.分布式数据库中，为什么需要“分片（Sharding）”？常见的分片策略有哪些？各自的优缺点是什么？4.什么是数据库的“死锁”？如何检测和避免死锁？5.数据仓库与传统OLTP数据库的主要区别有哪些？在设计数据仓库时需要考虑哪些关键因素？四、设计题（15分）某高校拟开发“图书馆管理系统”，需求如下：-读者信息：读者ID（主键）、姓名、学院、联系方式、可借数量（默认10本）。-书籍信息：ISBN（主键）、书名、作者、出版社、出版时间、总库存量、剩余库存量。-借阅记录：记录ID（主键）、读者ID、ISBN、借阅时间、应还时间、实际归还时间（未归还时为空）。要求：（1）绘制该系统的E-R图（需标注实体、属性及联系，联系类型用1:1、1:n或m:n表示）。（2）将E-R图转换为关系模式，标注主码和外码。（3）为提升查询性能，建议在哪些字段上创建索引？说明理由。（4）设计一个事务，实现“读者借书”操作（需包含库存检查、借阅记录插入、剩余库存量更新等步骤），并说明如何保证事务的原子性。五、综合应用题（10分）某电商公司拟构建一套支持“大促期间高并发交易（OLTP）”和“实时销售分析（OLAP）”的数据库系统。假设当前系统存在以下问题：-OLTP数据库（MySQL）在大促期间写入延迟高，部分订单丢失。-OLAP分析需从OLTP数据库抽取数据，存在30分钟延迟，无法实时查看销售数据。请设计一个解决方案：（1）选择合适的数据库架构（如HTAP、存算分离、混合部署等），并说明理由。（2）设计数据存储与同步策略，确保OLTP的高并发写入和OLAP的实时分析。（3）提出一致性保障机制，避免OLAP分析时读取到未提交或不一致的数据。答案一、单项选择题1.D2.C3.B4.B5.D6.B7.A8.A9.A10.B二、填空题1.日志（或事务日志/WAL）2.一致性（Consistency）；可用性（Availability）；分区容忍性（PartitionTolerance）3.选择（σ）；投影（π）4.树型索引；哈希索引5.读已提交；可串行化6.维度建模；实体-关系建模（或ER建模）7.任期（Term）8.内存原生；持久化（或日志记录/快照）三、简答题1.核心思想：通过为数据行提供多个版本，允许读操作访问旧版本数据，避免读操作阻塞写操作，从而提高并发性能。实现方式：-为每个数据行添加版本号（或时间戳），记录创建和删除时间。-读操作根据事务开始时间选择可见的版本（如MVCC通过“读视图”判断哪些版本对当前事务可见）。-写操作提供新版本，并标记旧版本为“已删除”（非物理删除，通过垃圾回收机制清理）。2.读写性能差异：-B+树：写操作需定位到叶子节点并更新，可能涉及页分裂/合并，写延迟较高；读操作通过树结构快速定位，范围查询效率高。-LSM树：写操作先写入内存MemTable（O(1)或O(logn)），再批量刷盘（SSTable），写吞吐量高；读操作需遍历MemTable和多层SSTable，可能需合并数据，读延迟较高（存在读放大）。适用场景：B+树适合读多写少（如用户信息查询）；LSM树适合写多读少（如日志、监控数据）。3.分片原因：通过将数据分散存储到多个节点，突破单机存储和性能限制，支持水平扩展。常见策略及优缺点：-范围分片：按字段范围划分（如用户ID1-1000在分片A）。优点：支持范围查询；缺点：数据分布不均易导致热点（如热门ID集中）。-哈希分片：对分片键哈希后取模分配。优点：数据分布均匀；缺点：范围查询需跨分片，性能下降。-列表分片：手动指定分片规则（如按地区划分）。优点：灵活；缺点：扩展时需手动调整，维护成本高。4.死锁：两个或多个事务因争夺资源（如锁）而相互等待，导致无法继续执行的状态。检测：通过超时机制（事务等待超过阈值则回滚）或构建资源等待图（检测环的存在）。避免：按固定顺序申请锁；使用超时机制；采用乐观并发控制（无锁）。5.主要区别：-目的：OLTP支持日常事务（增删改），OLAP支持复杂分析（聚合、多维查询）。-数据模型：OLTP使用规范化模型（高范式），OLAP使用维度模型（星型/雪花）。-数据特征：OLTP数据实时更新、规模较小；OLAP数据批量加载、历史数据为主。关键因素：维度设计（如时间、地区）、事实表粒度（详细或汇总）、索引策略（位图索引、聚合索引）、ETL流程（数据清洗、转换）。四、设计题（1）E-R图：-实体：读者（读者ID、姓名、学院、联系方式、可借数量）；书籍（ISBN、书名、作者、出版社、出版时间、总库存量、剩余库存量）；借阅记录（记录ID、借阅时间、应还时间、实际归还时间）。-联系：读者与借阅记录为1:n（一个读者可有多条借阅记录）；书籍与借阅记录为1:n（一本书可被多次借阅）。（2）关系模式：-读者（读者ID，姓名，学院，联系方式，可借数量）主码：读者ID-书籍（ISBN，书名，作者，出版社，出版时间，总库存量，剩余库存量）主码：ISBN-借阅记录（记录ID，读者ID，ISBN，借阅时间，应还时间，实际归还时间）主码：记录ID；外码：读者ID（引用读者）、ISBN（引用书籍）（3）索引建议：-读者表：读者ID（主键索引，加速读者信息查询）；学院（辅助索引，支持按学院统计读者）。-书籍表：ISBN（主键索引）；书名（全文索引，支持书名模糊查询）。-借阅记录表：读者ID（外码索引，加速按读者查询借阅记录）；ISBN（外码索引，加速按书籍查询借阅记录）；借阅时间（范围索引，支持统计某时间段借阅量）。（4）借书事务设计：```sqlBEGINTRANSACTION;--检查读者可借数量是否>0SELECT可借数量FROM读者WHERE读者ID=XXXFORUPDATE;--检查书籍剩余库存量是否>0SELECT剩余库存量FROM书籍WHEREISBN=YYYFORUPDATE;--插入借阅记录INSERTINTO借阅记录(记录ID,读者ID,ISBN,借阅时间,应还时间)VALUES(ZZZ,XXX,YYY,NOW(),DATE_ADD(NOW(),INTERVAL30DAY));--更新读者可借数量（减1）UPDATE读者SET可借数量=可借数量-1WHERE读者ID=XXX;--更新书籍剩余库存量（减1）UPDATE书籍SET剩余库存量=剩余库存量-1WHEREISBN=YYY;COMMIT;```原子性保障：通过数据库的事务日志（WAL）实现，若任意步骤失败（如库存不足），事务回滚，所有修改撤销。五、综合应用题（1）架构选择：采用HTAP数据库（如TiDB、CockroachDB）。理由：HTAP支持事务处理（OLTP）和分析处理（OLAP）在同一系统中完成，避免ETL延迟；支持水平扩展，应对大促期间的高并发写入。（2）存储与同步策略：-OLTP部分：使用分布式事务引擎，数据按用户ID哈希分片，分散写入压力；内存中缓存热点数据（如商品库存），减少磁盘IO。-OLAP部分：基于LSM树或列存引擎