数据库及其应用-重点复习资料.代码02120

一、数据库基本概念1.1数据、数据库、数据库管理系统与数据库系统数据（Data）是数据库中存储的基本对象，是描述事物的符号记录。数据库（DB）则是长期存储在计算机内、有组织、可共享的数据集合，其基本特点包括数据按一定的数据模型组织、描述和存储，具有较小的冗余度、较高的数据独立性和易扩展性，并可为各种用户共享。数据库管理系统（DBMS）是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件，它为用户或应用程序提供访问数据库的方法，包括数据库的建立、查询、更新及各种数据控制。其主要功能有数据定义、数据操纵、数据库的运行管理、数据组织、存储与管理以及数据库的保护。数据库系统（DBS）是指在计算机系统中引入数据库后的系统构成，一般由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员（DBA）和用户构成。1.2数据模型数据模型是数据库系统的核心和基础，它是对现实世界数据特征的抽象。数据模型通常由数据结构、数据操作和完整性约束三部分组成，称为数据模型的三要素。概念模型，也称信息模型，它是按用户的观点来对数据和信息建模，主要用于数据库设计。最常用的概念模型是实体-联系模型（E-R模型），其中实体、属性、联系是E-R模型的基本成分。逻辑模型主要包括层次模型、网状模型、关系模型、面向对象模型等，它是按计算机系统的观点对数据建模，主要用于DBMS的实现。关系模型是目前应用最广泛的数据模型，其数据结构是一张规范化的二维表。1.3数据库系统的三级模式结构数据库系统的三级模式结构是指外模式、模式和内模式。模式也称逻辑模式，是数据库中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。外模式也称子模式或用户模式，它是数据库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。内模式也称存储模式，一个数据库只有一个内模式，它是数据物理结构和存储方式的描述，是数据在数据库内部的组织方式。三级模式之间提供了两级映像：外模式/模式映像和模式/内模式映像，这两级映像保证了数据库系统中的数据能够具有较高的逻辑独立性和物理独立性。二、关系数据库2.1关系模型的基本概念关系模型中，基本术语包括关系、元组、属性、码、域、分量、关系模式等。一个关系对应通常所说的一张表；元组是表中的一行；属性是表中的一列；码是表中可以唯一确定一个元组的某个属性组；域是属性的取值范围；分量是元组中的一个属性值；关系模式是对关系的描述，一般表示为关系名（属性1，属性2，...，属性n）。关系的完整性约束包括实体完整性、参照完整性和用户定义的完整性。实体完整性要求主码中的属性值不能为空值；参照完整性要求外码的值必须是另一个关系主码的有效值，或者是空值；用户定义的完整性则是针对某一具体关系数据库的约束条件，它反映某一具体应用所涉及的数据必须满足的语义要求。2.2关系代数关系代数是一种抽象的查询语言，它用对关系的运算来表达查询。关系代数的运算对象是关系，运算结果也是关系。传统的集合运算包括并、差、交、笛卡尔积。专门的关系运算包括选择、投影、连接和除。选择运算是从关系中找出满足给定条件的元组；投影运算是从关系中选出若干属性列组成新的关系；连接运算是从两个关系的笛卡尔积中选取属性间满足一定条件的元组，常用的连接有等值连接和自然连接；除运算较为复杂，用于找出在一个关系中存在而在另一个关系中不存在的某些属性组合的元组。三、结构化查询语言SQL3.1SQL概述SQL（StructuredQueryLanguage）是关系数据库的标准语言，它集数据查询、数据操纵、数据定义和数据控制功能于一体。其特点包括综合统一、高度非过程化、面向集合的操作方式、以同一种语法结构提供多种使用方式以及语言简洁、易学易用。3.2数据定义SQL的数据定义功能包括定义表、视图、索引等。创建基本表使用CREATETABLE语句，其一般格式为：CREATETABLE<表名>(<列名><数据类型>[列级完整性约束条件],...[表级完整性约束条件]);修改基本表使用ALTERTABLE语句，可以添加列、修改列的数据类型、添加或删除完整性约束等。删除基本表使用DROPTABLE语句。3.3数据查询SELECT语句是SQL中用于查询数据的主要语句，其一般格式为：SELECT[ALL|DISTINCT]<目标列表达式>[别名][,<目标列表达式>[别名]]...FROM<表名或视图名>[别名][,<表名或视图名>[别名]]...[WHERE<条件表达式>][GROUPBY<列名1>[HAVING<条件表达式>]][ORDERBY<列名2>[ASC|DESC]];其中，WHERE子句用于指定查询条件；GROUPBY子句用于对查询结果进行分组；HAVING子句用于对分组后的结果进行筛选；ORDERBY子句用于对查询结果进行排序。连接查询是关系数据库中最主要的查询，包括等值连接、自然连接、非等值连接、自身连接、外连接（左外连接、右外连接、全外连接）和复合条件连接等。子查询是嵌套在其他SQL语句中的SELECT语句，子查询可以嵌套在SELECT、INSERT、UPDATE、DELETE语句中，也可以嵌套在另一个子查询中。根据子查询返回的结果集，可分为单行子查询、多行子查询等。3.4数据操纵数据操纵包括插入数据、修改数据和删除数据。插入数据使用INSERT语句，可以插入一个元组或多个元组。修改数据使用UPDATE语句，可以修改表中的部分元组。删除数据使用DELETE语句，可以删除表中的部分元组或全部元组（但表结构仍然存在）。3.5视图视图是从一个或几个基本表（或视图）导出的表，它与基本表不同，是一个虚表。数据库中只存放视图的定义，而不存放视图对应的数据，这些数据仍存放在原来的基本表中。创建视图使用CREATEVIEW语句，其一般格式为：CREATEVIEW<视图名>[(<列名>[,<列名>]...)]AS<子查询>[WITHCHECKOPTION];视图的作用主要包括简化用户操作、使用户能以多种角度看待同一数据、对重构数据库提供了一定程度的逻辑独立性、能够对机密数据提供安全保护等。四、数据库设计4.1数据库设计概述数据库设计是指对于一个给定的应用环境，构造最优的数据库模式，建立数据库及其应用系统，使之能够有效地存储数据，满足各种用户的应用需求（信息要求和处理要求）。数据库设计通常分为需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计、物理结构设计、数据库实施、数据库运行和维护六个阶段。4.2需求分析需求分析是数据库设计的起点，其任务是通过详细调查现实世界要处理的对象（组织、部门、企业等），充分了解原系统（手工系统或计算机系统）工作概况，明确用户的各种需求，然后在此基础上确定新系统的功能。需求分析的重点是调查、收集与分析用户在数据管理中的信息要求、处理要求、安全性与完整性要求。4.3概念结构设计概念结构设计是将需求分析得到的用户需求抽象为信息结构即概念模型的过程。概念模型是现实世界到机器世界的一个中间层次。E-R模型是进行概念结构设计的主要工具。采用E-R方法进行概念结构设计的步骤包括：设计局部E-R图、合并局部E-R图（消除冲突）、优化全局E-R图。4.4逻辑结构设计逻辑结构设计的任务是将概念结构转换为某个DBMS所支持的数据模型（关系模型、层次模型、网状模型等），并对其进行优化。对于关系模型而言，逻辑结构设计的主要步骤是将E-R图转换为关系模式，然后进行关系模式的优化。E-R图向关系模式的转换规则包括：一个实体型转换为一个关系模式；一个m:n联系转换为一个关系模式；一个1:n联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与n端对应的关系模式合并；一个1:1联系可以转换为一个独立的关系模式，也可以与任意一端对应的关系模式合并。关系模式的优化通常采用规范化理论，通过对关系模式进行分解，使其达到较高的范式，以减少数据冗余，消除插入异常、删除异常和更新异常。4.5数据库的物理设计数据库的物理设计是为一个给定的逻辑数据模型选取一个最适合应用环境的物理结构（包括存储结构和存取方法）。物理设计的内容主要包括确定数据的存储结构、选择存取路径、确定数据的存放位置、确定系统配置等。五、数据库的安全性与完整性5.1数据库安全性数据库的安全性是指保护数据库以防止不合法使用所造成的数据泄露、更改或破坏。数据库安全性控制的常用方法包括用户标识与鉴别、存取控制、视图机制、审计、数据加密等。存取控制是数据库安全性控制的主要手段，它通过定义用户权限，并将用户权限登记到数据字典中，当用户对数据库访问时，DBMS查找数据字典，根据用户权限进行合法权限检查，若用户的操作请求超出了定义的权限，DBMS将拒绝执行此操作。5.2数据库完整性数据库完整性是指数据库中数据的正确性和相容性。数据库完整性控制的方法主要是通过定义各种完整性约束条件来实现的，这些约束条件作为模式的一部分存入数据库中。数据库系统提供了定义和检查实体完整性、参照完整性和用户定义完整性的机制。实体完整性和参照完整性是关系模型必须满足的完整性约束条件，应由关系数据库管理系统自动支持。用户定义的完整性是针对某一具体应用领域定义的约束条件，体现了具体应用所涉及的数据必须满足的语义要求。六、事务管理6.1事务的基本概念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。事务具有原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔离性（Isolation）和持续性（Durability）四个特性，简称ACID特性。6.2并发控制并发控制是指当多个用户同时存取数据库时，防止由于他们的事务间相互干扰而导致数据不一致的技术。并发操作可能会带来丢失修改、不可重复读和读“脏”数据等问题。并发控制的主要技术是封锁。基本的封锁类型有两种：排它锁（X锁）和共享锁（S锁）。排它锁允许事务对数据进行写操作，加了X锁的数据，其他事务不能再对其加任何锁；共享锁允许事务对数据进行读操作，加了S锁的数据，其他事务可以对其加S锁，但不能加X锁。封锁协议是对封锁方式的规定，不同的封锁协议能达到不同的一致性级别。三级封锁协议就是为了解决不同的并发问题而制定的。七、数据库技术发展趋势随着计算机技术和应用需求的发展，数据库技术也在不