《数据库基础》课件

数据库基础数据库是组织和存储数据的基本系统它提供了一种有条理、持久、安全的方式来管理信息掌握数据库的基本概念和功能对于任何数据相关的工作都非常关键数据库的概念数据库的定义数据库是一个用于集中管理、存储和处理数据的计算机系统它能有效地存储和组织大量数据数据的特点数据具有持久性、共享性、冗余性、独立性等特点数据库可以提高数据的利用率和管理效率数据库管理系统数据库管理系统DBMS是一种软件系统,用于创建和管理数据库,提供数据的存储、访问和操作数据库系统的组成数据库数据库管理系统应用程序用户DBMS数据库是存储和管理数据的核应用程序是用户与数据库进行用户是数据库系统的终端使用心组成部分它负责数据的存DBMS是连接数据库和用户应交互的界面,包括各种业务软者,包括普通用户、应用程序储、查询、更新和删除等操作用程序的重要中间件它提供件、查询工具等它们利用开发人员和数据库管理员等了丰富的功能和工具来管理和DBMS提供的API与数据库进他们通过应用程序访问和操作维护数据库行操作数据库数据库系统的分类按存储环境分类按数据模型分类分为集中式数据库和分布式数据包括关系数据库、XML数据库、库集中式数据库存储在同一位面向对象数据库等不同的数据置,而分布式数据库的数据存储在模型适用于不同类型的数据和应不同位置用按规模分类按用途分类分为大型数据库、中型数据库和有事务处理型数据库、数据仓库小型数据库大型数据库可处理数据库、嵌入式数据库等不同海量数据,中小型数据库适用于中应用场景需要不同功能的数据库小企业关系数据模型由关系组成满足数学基础关系数据模型是由一组二维表格关系数据模型建立在集合论和关关系组成的数据模型,每个表格系代数的数学基础之上,具有严包含多个列和行格的理论基础简单直观支持数学操作关系数据模型使用简单直观的二关系数据模型支持select、维表格形式来组织数据,易于理project、join等关系代数操作,解和使用可进行复杂的数学运算关系代数基本运算关系代数包括集合运算如并、交、差、笛卡尔积等，以及关系特有的选择、投影、连接等运算代数表达式通过组合基本运算可以构建出复杂的代数表达式，用于描述数据库查询查询优化关系代数提供了一种形式化的查询语言，有助于DBMS进行查询优化和执行规划关系演算选择1从关系中选择符合条件的元组投影2从关系中选择指定的属性连接3将两个关系按照特定条件组合并、交、差4对两个关系执行集合操作关系演算是通过一系列的关系运算符来对关系进行操作和处理主要包括选择、投影、连接以及并、交、差等操作这些基本的关系运算为复杂查询提供了强大的表达能力,是关系数据库的核心所在语言基础SQL语句基础查询语法函数使用SQL SQLSQLSQL是一种用于管理和操作关系数据库的标SQL查询语句遵循基本的SELECT-FROM-SQL还提供了丰富的内置函数,如聚合函数准语言它包括数据定义语言DDL、数据WHERE-ORDER BY-GROUP BY等结构,用、字符串函数、日期函数等,可以帮助开发操作语言DML和数据查询语言DQL等部户可以灵活组合这些语法元素来完成复杂的人员实现各种数据处理和分析需求分,为开发人员提供了强大的数据库操作能数据检索和分析任务力数据定义语言DDL创建数据库对象修改数据库对象删除数据库对象使用CREATE语句可以创建数据库、表、视使用ALTER语句可以修改数据库、表、视图使用DROP语句可以删除数据库、表、视图图、索引等对象、索引等对象的结构、索引等对象数据操作语言DML插入数据更新数据12使用INSERT INTO语句将新数使用UPDATE语句修改数据库据添加到数据库表中表中现有记录的内容删除数据查询数据34使用DELETE FROM语句从数使用SELECT语句从数据库表中据库表中删除数据记录检索数据数据查询语言DQL语句操作子句SELECT JOINWHERESQL的SELECT语句用于从数据库中检索JOIN语句可以将多个表中的数据进行组合WHERE子句用于设置查询条件,只返回满足数据它允许用户指定需要获取的字段、设查询,从而获取复杂的数据结果集常见有条件的记录支持多种比较运算符和逻辑运置过滤条件、对数据进行排序等内连接、左连接、右连接等多种连接方式算符,实现复杂的过滤逻辑数据控制语言DCL授权管理角色设置审计跟踪事务控制DCL可用于授予或撤销用户对通过创建角色并将权限分配给DCL可记录用户对数据库的访DCL包含COMMIT和数据库对象的访问权限,确保角色,可以更方便地管理大量问和操作情况,为数据库安全ROLLBACK指令,用于管理事数据的安全性用户的权限性提供审核跟踪务的提交和回滚事务处理性质事务控制ACID事务具有原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔离性（通过锁定机制、时间戳等方式实现事务的隔离性，并使用日志机制保证数据的Isolation）和持久性（Durability）四大特性，可以确保数据的完整性持久性123事务操作事务包括开始（BEGIN）、提交（COMMIT）和回滚（ROLLBACK）三个基本操作，用于对一系列数据库操作进行统一管理并发控制隔离性1确保各个事务独立执行一致性2保证数据在事务完成后保持一致状态原子性3要么全部执行要么全部回滚并发控制是数据库管理系统的一项关键功能,用于协调多个事务间的并发访问,确保数据的完整性和一致性它主要实现事务的ACID特性,包括隔离性、一致性和原子性,以应对并发访问带来的各种问题,如丢失修改、脏读和不可重复读等数据库完整性数据完整性定义完整性约束完整性维护数据完整性是指数据库中数据的正确性包括实体完整性、参照完整性和用户定通过数据验证机制、事务处理和并发控和一致性它确保数据符合预定义的约义的完整性约束确保数据符合业务规制等技术来保证数据完整性确保数据束条件,没有矛盾或错误则和逻辑关系库始终处于一致状态数据库安全性访问控制通过身份验证和授权机制确保只有合法用户能访问数据库，并控制其读写权限网络安全利用防火墙、加密等技术确保数据库系统免受网络攻击和非法侵入数据备份定期备份数据,以防止意外损坏或丢失,确保数据的可靠性和完整性数据库备份与恢复定期备份1定期全量备份数据库,确保数据的安全性和可恢复性备份可以是物理备份或逻辑备份差异备份2针对变更的数据进行增量备份,降低备份时间和占用空间故障恢复3当发生数据丢失或损坏时,可以使用备份数据快速恢复数据库到指定状态数据库体系结构多层架构集中式与分布式数据库系统通常采用分层设计,包数据库可以采用集中式或分布式括客户端层、应用层、数据库管体系结构,前者性能高但扩展性差,理层和存储层等,提高系统的灵活后者可跨地域部署但需要复杂的性和可扩展性数据同步和一致性管理云数据库服务化架构云计算时代下,数据库可部署在云数据库可通过API的形式以服务端,充分利用云计算的弹性扩展和的方式提供,满足不同应用场景的按需使用等特点需求分布式数据库架构灵活性容错性和可扩展性数据本地化高性能分布式数据库可以根据需求在即使一个节点出现故障,其他数据可以部署在靠近用户的位通过并行处理和负载均衡,分多个位置部署,提供更高的可节点仍可以继续工作,提供更置,减少延迟,并满足不同地区布式数据库可以提供更快的查用性和灵活性这有助于满足好的容错性分布式架构还可的隐私法规要求询和事务处理速度不同地理位置的用户需求以轻松扩展以处理不断增长的数据量数据仓库集中式数据存储面向主题的设计12数据仓库是一个集中、集成和时间序列的数据存储系统,用于数据仓库的数据是按主题组织的,通常围绕着企业的关键业务支持企业的数据分析和决策过程和指标进行设计时间维度数据分析应用34数据仓库中的数据都包含时间维度,可以进行时间序列分析和数据仓库为企业提供了一个集中的信息中心,为各种复杂的数趋势预测据分析和决策支持应用提供服务数据挖掘概述数据挖掘技术广泛应用领域标准化流程数据挖掘利用机器学习、统计分析等技术,数据挖掘广泛应用于零售、金融、医疗、电数据挖掘一般包括问题理解、数据预处理、从海量数据中发现隐藏的模式和关系,为企信等行业,帮助企业进行精准营销、欺诈检模型建立、模型评估、结果部署等标准化步业提供有价值的信息包括聚类分析、关联测、风险评估等决策支持骤,确保挖掘结果可靠有效规则挖掘、分类预测等算法数据库NoSQL文档型数据库键值对数据库列族数据库图形数据库文档型数据库采用灵活的文档键值对数据库使用简单的键值列族数据库将数据划分为不同图形数据库采用图结构来存储数据模型,如JSON,允许存储半对来存储和管理数据,具有极高的列族,每个列族可独立管理,具数据实体及其关系,擅长处理复结构化数据,具有更高的扩展性的读写性能和水平扩展能力有更好的性能和扩展性杂的关系型数据和灵活性云数据库灵活扩展自动化管理云数据库能够根据需求快速地扩云数据库服务提供商负责自动化展存储和计算能力,轻松应对业务的备份、修复、监控等运维工作,增长带来的挑战减轻了企业的IT管理负担高可用性低成本运营云数据库具备高可用性和容错能使用云数据库可以避免前期硬件力,在硬件故障或网络中断时能够投资,以按需付费的模式获得所需提供持续的数据服务的数据库服务数据库管理数据库管理员角色数据库备份和恢复12数据库管理员负责配置、维护和优化数据库系统,确保数据的制定定期备份计划,并能在系统故障时快速恢复数据,最大程安全和可靠性度减少数据丢失性能优化与监控安全管理与访问控制34分析数据库性能指标,优化索引、SQL语句和存储结构,提高设置用户权限,控制对敏感数据的访问,降低数据泄露风险,保数据库的整体性能护数据安全数据库性能优化索引优化查询语句优化存储优化系统参数调优建立合理的索引可大幅提升查优化查询语句是提升性能的关合理选择数据存储格式和压缩通过调整缓冲区大小、并发连询效率需根据实际业务需求键应尽量使用索引覆盖、分方式可节省大量存储空间同接数等系统参数,可提升整体选择最优索引列和索引类型页查询、索引合并等技术，并时适当进行数据分区、分表等数据库性能同时应监控系统同时定期维护索引以避免碎片避免使用不当的JOIN、子查操作可提高查询效率资源使用情况,及时发现瓶颈化询等电子商务网站应用案例以某知名电子商务网站为例,其系统架构包括前端web应用、后端服务、数据库、缓存等多个层次数据库作为核心存储,用于管理商品信息、订单记录、用户账户等关键数据同时还与缓存系统集成,提升访问性能该网站还部署了分布式架构,利用多个数据中心提高可用性和容灾能力同时采用了主从复制、sharding等技术,满足海量并发访问的需求数据库应用案例2电商平台库存管理电子商务网站需要实时跟踪库存情况,以及管理商品销售和订单信息数据库在这里发挥关键作用,存储和处理各种交易数据,并提供报表和统计功能社交网络用户分析社交网络平台利用数据库存储用户信息、关系链接、内容互动等数据,并通过分析挖掘用户行为特征,提供个性化推荐和营销服务数据库应用案例3数据库在各行各业都有广泛应用,其中金融行业是最典型的代表银行、证券、保险等金融机构广泛采用数据库管理系统来存储和处理海量的客户交易记录、投资组合、账户信息等这些金融数据库系统需要高度的安全性、可靠性和实时性,以满足行业监管要求和客户需求同时,复杂的业务分析和决策支持也需要数据库提供强大的查询和分析功能数据库发展趋势云数据库大数据应用云计算技术促使数据库向云端发展，海量数据驱动数据库需求进化，支持提供弹性伸缩、按需部署等优势复杂的分析处理和高性能查询成为关键人工智能融合移动互联网智能化成为数据库发展方向之一，支移动设备带动数据库应用场景扩展，持机器学习模型训练和智能查询分析需要支持更高并发、低延迟和可扩展性课程总结数据库基础知识全面掌语言运用熟练SQL12握掌握了SQL语言的数据定义、通过本课程的系统学习，学生数据操作和数据查询等方方面对数据库的概念、组成、分类面，能灵活运用于实际数据库以及关系模型等基础知识有了应用中全面深入的理解数据库管理技能掌握数据库发展趋势了解34了解了数据库的事务处理、并对NoSQL数据库、云数据库等发控制、完整性约束、备份与新兴技术有所认识，对数据库恢复等管理机制，为未来数据未来的发展方向有初步的了解库管理工作奠定基础问答交流在课程结束后，我们将开放问答时间这是学生提出任何关于数据库基础知识的问题,并获得讲师解答的机会我们鼓励大家积极参与,为进一步巩固所学知识贡献自己的思考和疑问问答环节是课程学习的重要组成部分,可帮助学生深入理解本课程的核心概念和应用讲师将耐心解答学生提出的任何相关问题,确保每位学员都能充分领会数据库的基本原理和实际应用。