《DB數(shù)據(jù)庫(kù)指南》課件

DB數(shù)據(jù)庫(kù)指南課程大綱數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展歷程從早期的文件系統(tǒng)到現(xiàn)代的云數(shù)據(jù)庫(kù)，回顧數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的演進(jìn)。數(shù)據(jù)庫(kù)基本概念深入理解數(shù)據(jù)庫(kù)的概念、類(lèi)型、架構(gòu)和應(yīng)用場(chǎng)景。數(shù)據(jù)模型探索不同的數(shù)據(jù)模型，包括關(guān)系模型、面向?qū)ο竽Ｐ偷?。關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)學(xué)習(xí)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的核心概念，包括關(guān)系代數(shù)、SQL語(yǔ)言和數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展歷程早期文件系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理非常簡(jiǎn)單，通常使用平面文件系統(tǒng)。層次數(shù)據(jù)庫(kù)模型將數(shù)據(jù)組織成樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)之間存在著父子關(guān)系。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)模型數(shù)據(jù)之間存在更復(fù)雜的關(guān)系，可以形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)模型將數(shù)據(jù)組織成二維表格，并使用關(guān)系代數(shù)操作進(jìn)行數(shù)據(jù)管理。面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)模型支持面向?qū)ο蟮母拍睿軌蚋玫靥幚韽?fù)雜的數(shù)據(jù)類(lèi)型和關(guān)系。NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)提供了一種靈活的、可擴(kuò)展的、非關(guān)系型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，適合處理海量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)基本概念數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)庫(kù)的核心，它是所有操作和分析的基礎(chǔ)。它可以是數(shù)字、文本、圖像等各種形式。數(shù)據(jù)庫(kù)模式定義了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包括表、列、數(shù)據(jù)類(lèi)型和關(guān)系，它就像一個(gè)藍(lán)圖，指導(dǎo)著數(shù)據(jù)組織和管理。數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)有組織的數(shù)據(jù)集合，它允許用戶存儲(chǔ)、管理和訪問(wèn)數(shù)據(jù)，并提供高效的數(shù)據(jù)檢索和操作功能。數(shù)據(jù)模型簡(jiǎn)介數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型是描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)之間關(guān)系以及數(shù)據(jù)操作規(guī)則的抽象表示。它為數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)提供藍(lán)圖，確保數(shù)據(jù)的一致性和完整性。模型類(lèi)型常見(jiàn)的數(shù)據(jù)庫(kù)模型包括層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型、面向?qū)ο竽Ｐ偷?。每個(gè)模型都有其優(yōu)缺點(diǎn)，適合不同的應(yīng)用場(chǎng)景。關(guān)系數(shù)據(jù)模型表格結(jié)構(gòu)關(guān)系數(shù)據(jù)模型使用表格來(lái)存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)。表格包含行和列，分別代表記錄和屬性。主鍵約束每個(gè)表格都具有一個(gè)主鍵，用于唯一標(biāo)識(shí)每條記錄。主鍵值必須是唯一的，且不可為空。外鍵約束外鍵用于在不同表格之間建立關(guān)系。外鍵的值引用另一個(gè)表格的主鍵，確保數(shù)據(jù)一致性。關(guān)系代數(shù)運(yùn)算1選擇從關(guān)系中選取滿足特定條件的元組。2投影從關(guān)系中選取特定的屬性列。3并集將兩個(gè)關(guān)系中所有元組合并在一起，去除重復(fù)元組。4交集將兩個(gè)關(guān)系中同時(shí)存在的元組保留下來(lái)。SQL語(yǔ)言基礎(chǔ)數(shù)據(jù)定義SQL語(yǔ)言基礎(chǔ)包括數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)操作、數(shù)據(jù)控制等語(yǔ)言，并包含DDL、DML、DCL語(yǔ)句。數(shù)據(jù)操作SQL語(yǔ)言可進(jìn)行數(shù)據(jù)插入、刪除、更新、查詢等操作。數(shù)據(jù)控制SQL語(yǔ)言可用于設(shè)定數(shù)據(jù)訪問(wèn)權(quán)限、控制數(shù)據(jù)完整性、管理數(shù)據(jù)庫(kù)安全等。DDL語(yǔ)句創(chuàng)建表定義表結(jié)構(gòu)，包括字段名、數(shù)據(jù)類(lèi)型、約束等。修改表修改現(xiàn)有表結(jié)構(gòu)，例如添加字段、修改數(shù)據(jù)類(lèi)型等。刪除表刪除表及其所有數(shù)據(jù)。DML語(yǔ)句INSERT插入新數(shù)據(jù)記錄UPDATE修改現(xiàn)有數(shù)據(jù)記錄DELETE刪除數(shù)據(jù)記錄DCL語(yǔ)句數(shù)據(jù)控制語(yǔ)言DCL語(yǔ)句用于控制數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)權(quán)限，確保數(shù)據(jù)安全和完整性。主要語(yǔ)句GRANT:授予用戶訪問(wèn)權(quán)限REVOKE:取消用戶訪問(wèn)權(quán)限數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)概念1需求分析明確業(yè)務(wù)需求，確定要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)及其關(guān)系。2概念設(shè)計(jì)建立數(shù)據(jù)模型，描述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和關(guān)系，通常采用E-R模型。3邏輯設(shè)計(jì)將概念模型轉(zhuǎn)換為具體的數(shù)據(jù)庫(kù)模式，選擇合適的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。4物理設(shè)計(jì)確定數(shù)據(jù)庫(kù)的物理存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，例如文件組織方式、索引策略等。實(shí)體關(guān)系模型實(shí)體關(guān)系模型(ERM)是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)中的一種重要模型，它將現(xiàn)實(shí)世界的信息以實(shí)體、屬性和關(guān)系的形式表示。實(shí)體是現(xiàn)實(shí)世界中可以區(qū)分的任何事物，例如學(xué)生、課程、教師等。屬性是實(shí)體的特性，例如學(xué)生姓名、學(xué)號(hào)、性別等。關(guān)系是指實(shí)體之間的聯(lián)系，例如學(xué)生和課程之間的“選課”關(guān)系。關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)1數(shù)據(jù)規(guī)范化消除數(shù)據(jù)冗余2關(guān)系模式設(shè)計(jì)定義表結(jié)構(gòu)和屬性3數(shù)據(jù)完整性保證數(shù)據(jù)一致性和準(zhǔn)確性范式理論第一范式（1NF）每個(gè)屬性都是不可分割的原子值，每個(gè)屬性值都是不可再分的。第二范式（2NF）滿足1NF，且所有非主鍵屬性都完全依賴于主鍵，避免部分依賴。第三范式（3NF）滿足2NF，且所有非主鍵屬性都不傳遞依賴于主鍵，避免傳遞依賴。數(shù)據(jù)庫(kù)安全性1數(shù)據(jù)完整性確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、一致和可靠，防止意外或惡意修改。2數(shù)據(jù)保密性保護(hù)敏感數(shù)據(jù)不被未授權(quán)訪問(wèn)，防止泄露或丟失。3數(shù)據(jù)可用性保證數(shù)據(jù)隨時(shí)可用，即使在故障或攻擊情況下也能正常訪問(wèn)。訪問(wèn)控制機(jī)制用戶角色為不同用戶分配不同的角色，例如管理員、普通用戶等，并根據(jù)角色設(shè)置不同的訪問(wèn)權(quán)限。權(quán)限控制控制用戶對(duì)數(shù)據(jù)的操作，例如查看、修改、刪除等，確保數(shù)據(jù)安全性和完整性。數(shù)據(jù)加密對(duì)敏感數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，防止未經(jīng)授權(quán)的訪問(wèn)，提高數(shù)據(jù)安全等級(jí)。備份與恢復(fù)數(shù)據(jù)備份定期備份數(shù)據(jù)以防止數(shù)據(jù)丟失或損壞。常見(jiàn)備份方法包括：完整備份：備份整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)增量備份：備份自上次完整備份以來(lái)更改的數(shù)據(jù)差異備份：備份自上次增量備份以來(lái)更改的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)恢復(fù)使用備份數(shù)據(jù)恢復(fù)丟失或損壞的數(shù)據(jù)?；謴?fù)過(guò)程通常包括：還原完整備份應(yīng)用增量或差異備份驗(yàn)證恢復(fù)數(shù)據(jù)事務(wù)處理概念原子性事務(wù)中的所有操作要么全部成功，要么全部失敗，保證數(shù)據(jù)的一致性。一致性事務(wù)執(zhí)行后，數(shù)據(jù)庫(kù)必須從一個(gè)一致?tīng)顟B(tài)轉(zhuǎn)換為另一個(gè)一致?tīng)顟B(tài)。隔離性多個(gè)事務(wù)并發(fā)執(zhí)行時(shí)，互不干擾，保證數(shù)據(jù)完整性。持久性事務(wù)一旦提交，其修改將永久保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，即使系統(tǒng)崩潰也不會(huì)丟失。事務(wù)ACID特性1原子性(Atomicity)事務(wù)是一個(gè)不可分割的操作單元，要么全部執(zhí)行成功，要么全部執(zhí)行失敗。如果事務(wù)執(zhí)行過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤，則會(huì)回滾到初始狀態(tài)。2一致性(Consistency)事務(wù)執(zhí)行前后，數(shù)據(jù)庫(kù)必須保持一致性。即事務(wù)執(zhí)行前數(shù)據(jù)庫(kù)處于一個(gè)一致的狀態(tài)，執(zhí)行完之后也必須處于一個(gè)一致的狀態(tài)。3隔離性(Isolation)多個(gè)事務(wù)并發(fā)執(zhí)行時(shí)，彼此之間相互隔離，一個(gè)事務(wù)的執(zhí)行不會(huì)影響其他事務(wù)的執(zhí)行結(jié)果。4持久性(Durability)事務(wù)一旦提交，其對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的修改就應(yīng)該永久保存，即使系統(tǒng)出現(xiàn)故障，也應(yīng)該能恢復(fù)。并發(fā)控制機(jī)制樂(lè)觀鎖樂(lè)觀鎖假設(shè)沖突很少發(fā)生，在更新數(shù)據(jù)時(shí)不會(huì)立即鎖定數(shù)據(jù)，而是在提交更新時(shí)檢查數(shù)據(jù)是否被其他事務(wù)修改過(guò)，如果有沖突就進(jìn)行回滾。悲觀鎖悲觀鎖假設(shè)沖突經(jīng)常發(fā)生，在更新數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)立即鎖定數(shù)據(jù)，直到更新完成才釋放鎖，防止其他事務(wù)修改數(shù)據(jù)。死鎖問(wèn)題資源競(jìng)爭(zhēng)多個(gè)事務(wù)同時(shí)請(qǐng)求資源，導(dǎo)致相互等待，無(wú)法繼續(xù)執(zhí)行。循環(huán)等待多個(gè)事務(wù)形成循環(huán)等待關(guān)系，每個(gè)事務(wù)都等待對(duì)方釋放資源，無(wú)法完成操作。預(yù)防死鎖使用鎖順序、超時(shí)機(jī)制等方法防止死鎖發(fā)生。檢測(cè)與解除通過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)，檢測(cè)死鎖發(fā)生，并采取措施將其解除。索引機(jī)制加速數(shù)據(jù)檢索索引類(lèi)似于書(shū)籍目錄，提供快速查找數(shù)據(jù)的方法，無(wú)需掃描整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)表。提升查詢性能索引幫助數(shù)據(jù)庫(kù)引擎快速定位符合搜索條件的數(shù)據(jù)，大幅縮短查詢時(shí)間。優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)操作索引優(yōu)化數(shù)據(jù)排序、分組、連接等操作，提高數(shù)據(jù)庫(kù)整體效率。SQL優(yōu)化策略執(zhí)行計(jì)劃分析了解SQL語(yǔ)句的執(zhí)行計(jì)劃，識(shí)別性能瓶頸。索引優(yōu)化選擇合適的索引類(lèi)型和字段，提升查詢效率。查詢語(yǔ)句優(yōu)化使用更有效的查詢語(yǔ)句，減少數(shù)據(jù)訪問(wèn)量。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理DBMS是用于創(chuàng)建、維護(hù)和訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的軟件系統(tǒng)，提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、檢索和管理功能。數(shù)據(jù)一致性和完整性DBMS確保數(shù)據(jù)的一致性和完整性，通過(guò)數(shù)據(jù)約束、事務(wù)處理等機(jī)制，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。數(shù)據(jù)安全性和權(quán)限控制DBMS提供數(shù)據(jù)安全性和權(quán)限控制，通過(guò)用戶身份驗(yàn)證、訪問(wèn)控制列表等機(jī)制，保護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)安全。數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)DBMS提供數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)功能，可以定期備份數(shù)據(jù)，并在出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失或損壞時(shí)進(jìn)行恢復(fù)。分布式數(shù)據(jù)庫(kù)1數(shù)據(jù)分布式存儲(chǔ)將數(shù)據(jù)分散到多個(gè)物理節(jié)點(diǎn)上，以提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量和可用性。2數(shù)據(jù)處理并行化將查詢和更新操作分散到多個(gè)節(jié)點(diǎn)上，以提升性能和吞吐量。3提高數(shù)據(jù)容錯(cuò)性通過(guò)數(shù)據(jù)復(fù)制和冗余機(jī)制，即使部分節(jié)點(diǎn)失效，仍然可以保證數(shù)據(jù)的完整性。云數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)彈性擴(kuò)展根據(jù)需求動(dòng)態(tài)調(diào)整資源，無(wú)需預(yù)先規(guī)劃安全可靠提供數(shù)據(jù)加密、訪問(wèn)控制等安全措施成本優(yōu)化按需付費(fèi)，降低運(yùn)維成本NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)靈活的結(jié)構(gòu)NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)提供靈活的結(jié)構(gòu)，可以輕松存儲(chǔ)和查詢各種類(lèi)型的數(shù)據(jù)，不受傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的限制。高性能NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)旨在處理大規(guī)模數(shù)據(jù)集，并提供比關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)更高的性能，特別是在讀寫(xiě)密集型場(chǎng)景中?？蓴U(kuò)展性NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)通?？梢运綌U(kuò)展，通過(guò)添加更多節(jié)點(diǎn)來(lái)處理不斷增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)量和用戶流量。數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)展趨勢(shì)1云原生數(shù)據(jù)庫(kù)基于云計(jì)算平臺(tái)，提供高可用性、可擴(kuò)展性和彈性。2無(wú)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)伸縮，按需付費(fèi)，簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)庫(kù)管理。3數(shù)據(jù)湖和數(shù)據(jù)倉(cāng)