数据库概述

目录

• 一、基本概念
• 二、关系型数据库
• 三、索引

一、基本概念

1. 什么是数据库： 数据仓库，当需要存储大量的数据，且经常性地对数据进行操作时才适合用数据库。

2. 数据库特点：

• 数据低冗余高共享：
• 数据独立性高：物理、逻辑独立
• 数据控制：
  • 安全控制
  • 完整性控制
  • 并发性控制：多用户存储数据时，防止相互干扰
  • 数据恢复：从错误状态恢复到最近的正确状态

3. 数据库类型

• 关系数据库：采用关系模型（二维表格模型）表示数据之间地关系
• 网状数据库：图结构
• 层次数据库：树结构

4. 数据库管理系统（DBMS）：具有数据定义、存取、管理、建立、维护和通信等功能。

5. 数据库应用系统（DBAS）：在DBMS基础上，针对实际问题开发出来的面向用户的系统，如网上银行。

6. 数据库系统的体系结构：

• 内部体系结构：三级模式，两级映射，由外到内
  • 外模式：子模式/用户模式，多个
  • 模式：概念模式
  • 内模式：存储模式，一个
• 外部体系结构：
  • 集中式结构
  • 文件服务器结构
  • 客户/服务器结

7. 数据模型：关系模型、层次 模型、网状模型。

8. 概念模型：先将现实世界中的事物抽象成信息世界的概念模型，然后再抽象成计算机世界的数据模型

• 实体与实体集
• 属性
• 关键字/码和域
• 联系：实体内部联系、实体与实体的联系（一对一、一对多、多对多）
• E-R方法：实体-联系方法， 用E-R图描述（先确定实体集和联系、再确定每个实体集的属性）

9. 数据库设计步骤

• 需求分析：准确了解与分析用户需求，包括数据和处理，最困难、最耗时。
• 概念结构设计：对需求进行抽象，形成一个独立于具体DBMS的概念模型。
• 逻辑结构设计：将概念结构转换成某个DBMS支持的数据模型，并对其优化。
• 物理结构设计：选取最合适应用环境的物理结构，包括存储结构、存储方法等。
• 数据库实施
• 数据库运行和维护

10. 数据库事务：一个逻辑工作单元执行的一系列操作，具有4个属性ACID：

• 原子性（Atomicity）：事务作为一个整体被执行，其中的操作要么全部被执行，要么都不执行。
• 一致性（Consistency）：确保数据库的状态从一个一致状态转变为另一个一致状态，一致状态指数据应满足完整性约束。
• 隔离性（Isolation）：多个事务并发执行时，一个事务的执行不应影响其他事务的执行。
• 持久性（Durability）：已被提交的事务对数据库的修改应该永久保存在数据库中。

二、关系型数据库

1. 关系数据库：建立在关系模型基础上的数据库，即由二维表及其之间的联系组成的一个数据组织，借助于集合代数等数学概念和方法来处理数据库中的数据。

2. 基本术语：

• 关系，一张二维表
• 元组，一条记录，一个实体；
• 属性，字段；
• 域，属性取值范围；
• 分量，元组中的一个属性值；
• 关系模式，关系名(属性1，属性2，……)
• 候选关键字，唯一标识一个元组的一个或几个属性的集合称为候选关键字；
• 主关键字，多个候选关键字中选一个作为主关键字，也称主码、主键；
• 外关键字，关系中非关键字的属性，但是其他关系的关键字；
• 主属性，包含在任意候选关键字中的属性。

3. 关系模型的完整约束：

• 实体完整性，即主键不能取空值；
• 参照完整性，即关系中的外键必须为空或是等于其作为主键的关系中对应的值；
• 用户定义的完整性，即不同的应用环境需要一些特殊的约束条件。

4. 关系代数：

• 集合运算符：并（\(\cup\))、交(\(\cap\))、差(\(-\))、笛卡尔积(\(\times\))
• 比较运算符：大于、小于、不等于(<>)、大于等于、小于等于;
• 关系运算符：选择(\(\sigma\))、投影(\(\prod\))、除(\(\div\))、连接()；
• 投影：从一个关系中选出若干指定字段的值的操作；
• 连接：将两个关系的记录按一定条件横向结合，生成一个新的关系。
• 逻辑运算符：非­(\(\neg\))、与(\(\wedge\))、或(\(\vee\))。

5. 规范化理论：

• 非规范化：当关系中有一个字段具有组合数据项时、当关系中含有多值数据项时。
• 规范化程序较高者必是较低者的子集。
• 让一个关系描述一个概念、一个实体或者实体间的一种关系，如果多于一个概念，就把它分离出去，因此，所谓规范化实质上是概念的单一化。
• 低范式，通过投影分解，变成高范式。
• 第一范式1NF：属性项不能是属性组合或组属性组成。
• 第二范式2NF：属于1NF，且所有的非主关键字段都完全依赖于主关键字。
• 第三范式3NF：属于2NF，且每个非关键字不传递依赖于主关键字。

6. 什么是视图?

• 视图实际上是在数据库中通过Select查询语句从多张表中提取的多个表字段所组成的虚拟表。
• 视图并不占据物理空间，所以通过视图查询出的记录并非保存在视图中，而是保存在原表中。
• 通过视图可以对指定用户隐藏相应的表字段，起到保护数据的作用。
• 在满足一定条件时，可以通过视图对原表中的记录进行增删改操作。
• 创建视图时，只能使用单条select查询语句。

7. 什么是内联接、左外联接、右外联接？

• 内联接（Inner Join）：匹配两张表中相关联的记录。
• 左外联接（Left Outer Join）：除了匹配2张表中相关联的记录外，还会匹配左表中剩余的记录，右表中未匹配到的字段用NULL表示。
• 右外联接（Right Outer Join）：除了匹配2张表中相关联的记录外，还会匹配右表中剩余的记录，左表中未匹配到的字段用NULL表示。
• 在判定左表和右表时，要根据表名出现在Outer Join的左右位置关系。

三、索引

1. 索引：是对数据库表中一列或多列的值进行排序的一种结构，使用索引可快速访问数据库表中的特定信息。

2. 索引分类：

• 唯一索引：唯一索引不允许两行具有相同的索引值。
• 主键索引：为表定义一个主键将自动创建主键索引，主键索引是唯一索引的特殊类型。主键索引要求主键中的每个值是唯一的，并且不能为空。
• 聚集索引(Clustered)：表中各行的物理顺序与键值的逻辑（索引）顺序相同，每个表只能有一个。
• 非聚集索引(Non-clustered)：指定表的逻辑顺序。数据存储在一个位置，索引存储在另一个位置，索引中包含指向数据存储位置的指针。可以有多个，小于249个。

3. 什么时候要创建索引

• 表经常进行 SELECT 操作
• 表很大(记录超多)，记录内容分布范围很广
• 列名经常在 WHERE 子句或连接条件中出现。

4. 什么时候不要创建索引

• 表经常进行 INSERT/UPDATE/DELETE 操作
• 表很小(记录超少)
• 列名不经常作为连接条件或出现在 WHERE 子句中

5. 索引优缺点

• 索引加快数据库的检索速度
• 索引降低了插入、删除、修改等维护任务的速度（虽然索引可以提高查询速度，但是它们也会导致数据库系统更新数据的性能下降，因为大部分数据更新需要同时更新索引）
• 唯一索引可以确保每一行数据的唯一性，通过使用索引，可以在查询的过程中使用优化隐藏器，提高系统的性能
• 索引需要占物理和数据空间