6.1 数据库-基础知识

基础知识数据库华南理工大学什么是数据库

数据库是一个存储数据的仓库，并提供检索、更新、删除数据等操作。数据库的定义

数据库系统和操作系统在计算机系统中属于基础软件平台数据库所处位置

在互联网大数据人工智能时代，对数据的控制、甄别与管理则体现出一个国家的信息化程度数据库的重要地位出现于上世纪60年代数据库的基本概念数据是事物的符号记录，数据的类型多种多样，比如：数字、字符、图像、声音等数据大学生档案记录姓名性别大学学历…小袁男华南理工大学本科生…小袁是华南理工大学的本科生数据解释是数据意义的描述，也称为数据的语义数据库的基本概念数据库，存储并管理着数据，并提供供检索、更新、删除数据等操作。数据库实体数据库是“数据”和“库”概念的组合即能够有效存储数据的“仓库”技术研究对数据的存储、索引和维护两个方面的理解数据库的基本概念数据库管理系统是管理数据库的软件。位于应用的下层，操作系统的上层数据库管理系统（DBMS）数据库管理系统DBMS通过接口执行各种操作，如创建数据库、在数据库中创建表、查询数据、更新数据等DBMS为数据库提供保护和安全，保证多用户条件下的数据一致性数据库的基本概念定义函数提供数据定义语言，允许定义数据库中的数据对象数据操作数据安全与事务管理提供数据操作语言，实现权限内的数据库的基本操作保证数据的安全与完整DBMS的主要功能数据库的基本概念数据库系统数据库系统是数据库涉及的软件与硬件以及其他组成。据库系统的重要组成软件数据库开发与管理人员、最终用户数据库本身硬件人员计算机系统底层的各种物理设备操作系统、数据库管理系统、上层应用程序数据库系统主要组件数据库的基本概念数据库系统的分类数据库系统管理员视角内系统外系统用户视角C/S结构B/S结构采用模式、内部模式和外部模式集中式、分布式和并行式数据模型数据模型

数据模型是数据特征的抽象，在构建数据模型的过程中，需要经历现实世界、信息世界和机器世界，以及两个层次的抽象和转化。数据转化过程数据模型数据库模型三大元素数据结构数据操作

数据完整性约束包括是增删查改等对数据的操作，数据操作需要符合数据定义和规则用于保证数据完整性的一组规则，用于保证数据的正确性、有效性和兼容性数据逻辑层的组织结构，反应了数据本身的内容逻辑上的存在的联系数据模型数据库模型的分类数据库模型层次模型网状模型关系模型面向对象模型按照数据模型划分为层次模型、网状模型、关系模型和面向对象模型。使用树结构来表示实体之间的关系表示具有网格结构的实体之间的关系使用二维表结构来表示实体本身及其关系将实体表示为类，类描述对象属性和实体行为数据库语言数据库语言

结构化查询语言SQL是关系数据库系统的标准语言，是美国国家标准协会所提出的标准。数据库语言的分类用于定义数据库对象的语句，包括对象的创建与删除、对象的结构更改等数据定义语言1是SQL语言中用于添加、修改和删除数据的语句，需要事务提交数据操作语言2以语言的方式提供数据查询功能，保证了数据库的功能的灵活和自定义性数据查询语言3数据库用于灵活控制数据库对象访问的语句数据控制语言4数据库用于控制数据库事务的语句，以确保数据库中的事务完整性事务处理语言5关系数据库关系数据库数据结构

关系结构本质上是一种数据结构，具体是域上笛卡尔积的一个子集，在离散数学中，这样的子集成为域上的一个关系。

关系数据库关系R的约束1有限性、原子性、属性列无序性基本语义限制同一关系内数据关联和不同关系数据关联”超级键“、”候选键“，”主键““外键”机制实现不同关系数据之间的数据关联数据关联描述2关系数据库数据操作

关系数据库的特征是利用数学方法处理其中的数据，关系数据操作都有相应的数据运算作为支撑，其他数据模型（如对象模型等）所不具备的。1基于关系代数基于关系演算2基于关系代数与关系演算（SQL）3关系数据库数据完整性约束

数据语义描述与处理是数据管理的基本特征，从逻辑角度考虑，需要对数据对应实体集的范围外延和数据间关系加以约束，而关系数据完整性约束就是处理数据语义的基本途径之一。1实体完整性参照完整性2用户定义完整性3关系数据库标准语言SQLSQL是Boyce和Chamberlin在1974年提出的标准化查询语言，并在IBM开发的关系数据库管理系统的原型上实现。SQL已经发展成为一种广泛使用的关系数据库标准语言，几乎所有的关系数据库都支持它。只要告诉系统“做什么”，具体实现完全对用户透明非过程操作1每次处理对象是“元组”的集合即关系表，同时输出结果也是关系表面向集合处理2以一种统一的语法结构提供多种应用方式多样使用方式3各类SQL语言类似于自然英语表达，简洁易懂语言简洁易学4SQL具有完全数据库几乎所有功能的综合统一机制高度综合统一5数据库的基本概念标准语言SQLSQL中动词关键词基本功能对应动词模式定义CREATE，DROP，ALTER数据查询SELECT数据操作INSERT，DELETE，UPDATE数据控制GRANT，REVOKE关系数据库关系模式设计

关系模式是指对关系的描述，关系数据模型的设计实际上就是关系数据库的逻辑设计。函数依赖平凡与非平凡函数依赖部分与完全函数依赖传递与直接函数依赖

如果X→Y，且X中的任意真子集X’都有Y函数不属于X’,则Y完全依赖于X

关系数据库关系模式范式

范式是符合某一种级别的关系模式的集合，某一关系模式R为第n范式，可记为R∈nNF。数据库表的每一列都是不可分割的基本数据项，即实体中的某个属性不能有多个值或者不能有重复的属性。第一范式是关系模式的最基本要求第一范式—1NF要求属性完全依赖于主键，不能存在仅依赖主关键字一部分的属性第二范式—2NF要求每一个非主属性既不部分依赖于码也不传递依赖于码第三范式—3NF关系数据库关系数据库保护

数据完整性分为实体的完整性、引用完整性和用户自定义完整性。由基本表创建语句CREATETABLE中的主键定义。实体完整性用CREATETABLE中的外键短语定义外键用REFERENCES短语指示这些外键引用了哪些表的主键引用完整性（参照完整性）分为属性约束和元组约束用户自定义完整性关系数据库

关系数据库事务管理事务是不可分割的工作单元，对应上层应用的一个业务处理。原子性(Atomicity)A一致性（Consistency）C隔离性（Isolation）I持久性（Durability）D一个事务中的所有操作，要么全部完成，要么全部不完成在事务开始之前和事务结束以后，数据库的完整性没有被破坏数据库允许多个并发事务同时对其数据进行读写和修改的能力事务处理结束后，对数据的修改就是永久的，即便系统故障也不会丢失非关系型数据库NoSQL泛指非关系型的数据库，它包含支持SQL在内多种语言的数据库。需要更灵活的IT系统数据模型比较简单对数据库性能要求高不需要高数据一致性需要映射复杂值使用NoSQL非关系型数据库NoSQL类别键值数据库、宽列存储/列族数据库、文档数据库和图形数据库。分类优点缺点适用场景键值存储数据库扩展性好、查找速度快等无法存储结构化信息、条件查询效率较低储存用户信息，比如会话、配置文件、购物车等列存储数据库查找速度快，可扩展性强，更容易进行分布式扩展功能相对局限分布式的文件系统文档型数据库性能好，灵活性高，复杂性低，数据结构灵活缺乏统一的查询语法Web应用图数据库直观地表达关联关系，高效的插入大量数据以及查询关联数据等不适合分布式的集群社交网络，推荐系统等非关系型数据库CAP理论CAP理论是一致性、可用性和分区容忍度。一致性（Consistency）所有读操作对同一数据区域读取到的值应该是一致的可用性（Availability）发出的请求必须能在最短时间得到响应分区容忍性（Partitiontolerance）所有读操作对同一数据区域读取到的值应该是一致的非关系型数据库CAP理论