《数据库设计》课件

数据库设计数据库设计是一个复杂而重要的过程,需要认真规划和设计它涉及数据模型的定义、数据结构的设计以及各种约束条件的制定,是构建高效、可扩展的数据系统的关键步骤课程概述数据库基础数据模型学习数据库的基本概念、结构和功能深入了解关系数据模型，掌握数据库，为后续课程奠定基础设计的基本原理设计流程语言SQL学习数据库设计的完整过程,从需求分精通SQL语言的各种功能,熟练应用于析到物理设计数据库管理数据库基础概念什么是数据库数据库特点数据库分类数据库管理系统数据库是一种用于存储和管理数据库系统具有持久性、可共常见的数据库类型包括关系型数据库管理系统DBMS是一数据的电子系统它能有效地享性、数据独立性和数据冗余数据库、NoSQL数据库、对象种软件,用于管理和控制数据组织和存储大量的结构化数据性等特点,能够满足各种复杂型数据库等,每种类型都有其库的存储、访问和安全性它,并提供查询、更新和管理数的数据管理需求特定的应用场景是数据库的核心组成部分据的功能数据模型实体关系模型对象关系模型层次模型--实体-关系模型是一种概念性数据模型,通过对象-关系模型在传统的关系模型基础之上层次模型将数据按照树状结构组织,数据以实体和实体之间的关系来描述数据的结构引入了面向对象的概念,支持对象、类、继节点的形式存储,节点之间通过父子关系连其中实体表示现实世界中的对象,关系描述承等特性,更好地适应现代信息系统的需求接这种模型简单直观,但扩展性较差了实体之间的联系关系数据模型实体与属性关系与域关系数据模型将数据组织成一个关系是一个二维表格,行代表记录,个具有特定属性的实体,并通过关列代表属性,每个单元格存储一个系将它们联系起来具体的数据值主键与外键语言SQL主键唯一标识一个实体,外键则建关系数据模型采用结构化查询语立不同实体之间的联系和引用关言SQL作为操作和管理数据的标系准语言数据库设计的基本步骤需求分析深入了解用户需求,明确数据处理和管理的目标概念模型设计基于需求,绘制概念模型图,定义实体及其关系逻辑设计将概念模型转换为关系数据库的逻辑结构,如表、字段等物理设计根据具体DBMS选择合适的存储结构和访问方法需求分析明确目标分析现状12深入理解客户的业务目标和信全面调查现有系统及数据的现息需求,为后续的数据库设计奠状,识别痛点和问题,为优化设计定基础提供依据收集需求定义规则34广泛采集各部门和角色的信息结合业务流程和行业标准,制定需求,确保数据库能够满足各方数据的存储、使用和管理规则需求概念模型设计实体识别关系描述识别相关实体及其属性,构建概念模型定义实体之间的联系和交互,构建概念的基础模型的关键概念图建模模型检查使用ER图等方式可视化概念模型,直观对概念模型进行检查和评审,确保其满展现整体架构足需求和设计要求数据库逻辑设计定义逻辑模型选择合适数据库设计数据结构优化语句SQL在概念模型的基础上，进一步根据系统需求和应用场景，选设计表结构、字段类型、索引针对具体的业务需求，设计高确定数据实体、属性、关系等择关系型、NoSQL或其他类型等数据存储结构，满足系统功效的SQL语句，提高数据库查，构建详细的逻辑数据模型的数据库系统能和性能需求询的性能规范化理论数据冗余和数据依赖范式化过程12规范化的目标是消除数据冗余通过分解关系模式，逐步消除和不合适的数据依赖，以提高不合适的函数依赖关系，达到数据库的完整性和效率更高的范式水平范式等级权衡与应用34常用的范式包括第一范式、第规范化能提高数据完整性，但二范式、第三范式和BCNF范式也可能降低查询性能，需要根等，体现了不同的范式化程度据具体需求权衡取舍第一范式定义目的实现第一范式要求数据库表中的所有字段都是不通过消除表中的重复数据,提高数据存储的将具有复合属性的元组拆分成多个元组,使可分割的原子值效率和查询的速度每个属性都是不可分割的第二范式独立性冗余消除第二范式要求每个非主属性都完第二范式通过消除对复合主键的全依赖于复合主键，不能有部分部分依赖，减少了数据冗余依赖规范化遵循第二范式可以进一步规范化数据库设计，提高数据的完整性第三范式消除传递依赖获得更好的数据独立性12第三范式要求每个非主属性必通过消除传递依赖,可以减少冗须完全依赖于主键,不能存在任余数据,提高数据的独立性和可何传递依赖维护性实现更精简的数据结构3第三范式可以帮助我们分解表格,创造出更简单、更紧凑的数据结构范式BCNF数据库中的异常在关系数据库中，存在着数据冗余、插入异常、更新异常和删除异常等问题范式BCNFBCNF范式是在第三范式基础上提出的更严格的范式要求，可以消除所有由传递依赖引起的数据冗余数据完整性BCNF范式可以确保数据的完整性和一致性，提高数据库的查询效率数据库物理设计表结构设计索引设计分区设计根据逻辑设计的结果,确定每个表的字段类根据应用需求,为关键字段创建合适的索引,对于大容量的表,可以根据业务特点进行分型、长度、约束条件等,优化存储空间和查提高查询性能,同时注意控制索引的数量区存储,提升查询和管理效率询效率索引索引的定义索引类型索引是一种数据结构,它通过对数常见的索引类型包括聚簇索引、据表中的一个或多个列创建有序非聚簇索引、复合索引、唯一索的数据副本,可以加快查询数据的引等,每种类型都有不同的特点和速度使用场景索引的优势索引可以显著提高查询速度,缩短响应时间,提高数据库性能但同时也会增加存储空间和维护开销视图视图的定义视图的作用视图的特点视图的操作视图是从一个或多个基表中导视图能简化查询操作,增强数视图是动态生成的,具有只读用户可以对视图执行查询、插出的虚拟表它是一种逻辑上据安全性,以及帮助构建数据特性视图不占用物理存储空入、更新和删除等操作,视图的表,实际上并不存储数据,而抽象层它为用户提供了一种间,且可以包含来自不同基表的结果会反映到基表中是根据定义它的查询语句动态更加直观的数据视角的数据生成结果集完整性约束实体完整性参照完整性域完整性用户定义完整性要求每个表中的主键值必须唯当在一个表中删除或更新数据要求数据必须满足数据类型、用户根据业务需求自定义的额一且不能为空，确保记录的唯时，相关联的外键必须有对应取值范围、格式等规则约束，外约束条件,例如唯一性、检一性和标识性的值存在于被参照表中确保数据的合法性和正确性查等事务管理事务的特性事务的操作事务具有原子性、一致性、隔离使用BEGIN、COMMIT和性和持久性的特性,确保数据操作ROLLBACK等SQL语句来开始、的完整性提交和回滚事务事务隔离级别不同的隔离级别在并发访问和事务安全性之间进行权衡取舍并发控制事务管理通过事务保证数据的完整性和一致性,确保并发操作的正确性并发控制机制利用锁定机制,如共享锁和排他锁,管理并发访问资源死锁预防和检测监测死锁状态,采取策略如死锁检测、死锁预防等避免死锁发生数据库安全性用户认证访问控制实施严格的用户认证机制,确保只有授权用户才能访问数据库根据用户角色和权限细粒度控制数据库的访问和操作权限数据加密审计跟踪对数据库中的敏感信息进行加密,确保数据在传输和存储过程记录数据库的所有操作行为,方便事后审查和溯源中的安全性数据备份与恢复数据备份数据恢复合理的备份策略定期备份数据库是确保数据安全的关键备在发生数据丢失时,可以根据备份数据快速根据数据库的重要程度、业务需求和系统资份可以避免因硬件故障、操作错误或恶意攻恢复数据库到特定时间点的状态,减少业务源,制定适当的备份频率和备份保留时间,确击而造成的数据丢失中断通常采用增量备份和全量备份相结合保备份数据的完整性和可恢复性的方式语言基础SQL概述语句类型语句语法编程应用SQL SQLSQL SQLSQL（Structured QuerySQL语句主要包括DDL（数据SQL语句由关键字、表名、列SQL作为标准的数据库语言,广Language）是一种标准化的定义语言）、DML（数据操作名等组成,遵循特定的语法规泛应用于各种应用程序中,如数据库语言,用于管理和操作语言）和DCL（数据控制语言则熟悉SQL语法是掌握SQL Web应用、移动应用等SQL关系型数据库SQL语句可以）DDL用于创建、修改和删的基础,能够高效地编写和执编程技能对于软件开发人员来用于创建、查询、更新和删除除数据库对象,DML用于查询行SQL语句说非常重要数据和操作数据,DCL用于管理数据库权限语句DDL创建数据库创建数据表12使用CREATE DATABASE语句使用CREATE TABLE语句可以可以创建一个新的数据库创建一个新的数据表,并定义表的结构修改数据表删除数据库或表34使用ALTER TABLE语句可以对使用DROP DATABASE或现有的数据表进行结构修改,如DROP TABLE语句可以删除整添加或删除列个数据库或特定的数据表语句DML数据操作语言语句语句语句SELECT INSERTUPDATEDML（Data ManipulationSELECT语句用于从数据库表中INSERT语句用于将新数据插入UPDATE语句用于修改数据库表Language）语句用于查询、插查询和检索数据它可以指定到数据库表中可以指定要插中已有的数据可以指定要更入、更新和删除数据库中的数需要返回的字段、过滤条件、入的字段和对应的值新的字段和新的值以及过滤条据这些语句是数据库编程的排序方式等件核心操作语句DCL数据访问控制DCL语句主要用于定义数据库用户的权限和角色,实现数据的安全性管理用户管理通过DCL语句可以创建、修改和删除数据库用户,并为用户分配相应的权限权限管理DCL语句可以授予或收回用户对数据库对象的操作权限,如SELECT、INSERT、UPDATE和DELETE等存储过程与函数存储过程自定义函数存储过程是一组预编译的SQL语用户可以创建自定义函数来实现句,可以在数据库中执行复杂的业特定的数据处理需求,增强数据库务逻辑它提高了代码的可重用的功能扩展性函数可以返回单性和安全性个值或复杂的结果集参数传递存储过程和函数支持输入参数,允许灵活地传递数据同时也可以通过输出参数返回计算结果触发器定义用途特点限制触发器是一种特殊的存储过程触发器可以用于实现数据完整触发器是数据库自动执行的,触发器的编写需要熟悉SQL语，它在特定的数据库事件发生性、审计跟踪、数据验证等功无需人工干预可以在言和数据库结构过多或复杂时自动执行当表上的能可以确保数据操作符合业INSERT、UPDATE或DELETE的触发器可能会降低数据库性INSERT、UPDATE或DELETE务逻辑和规则要求语句之前或之后执行对数据能需要谨慎管理操作被触发时，触发器就会被的改变会立即生效自动调用游标游标概述游标是一种数据处理技术,允许程序一次处理一行数据,while循环的替代方案游标操作游标提供了游标声明、打开、关闭、定位等一系列操作,用于有效控制数据检索和更新应用场景游标在存储过程、触发器等数据库编程中广泛应用,用于复杂的数据处理逻辑数据库应用案例分析数据库技术被广泛应用于各行各业,从电子商务、银行金融到智能制造、医疗健康等领域我们将分析几个典型的数据库应用案例,探讨数据库在解决实际问题中的作用•电商平台数据库:支撑庞大的商品、订单、客户等数据,实现实时查询与分析•智慧城市数据库:整合交通、医疗、环境等各类数据,支持城市管理决策•个人金融数据库:管理用户账户、交易、信用等信息,提供个性化金融服务总结与展望数据库发展趋势数据库创新应用数据库专业人才培养数据库技术正在朝着分布式、云端、大数据随着人工智能和物联网的快速发展,数据库未来,数据库从业人员需要具备更强的跨界等方向发展,未来将实现更强大的数据管理将在各行业中扮演更加重要的角色,实现更整合能力,以应对数据管理和分析的复杂需和分析能力广泛的创新应用求。