《关系数据库基础》课件

关系数据库基础关系数据库是最广泛使用的数据库类型之一它以表格的形式组织数据能够有效,,地管理和存储大量的结构化数据本课程将深入探讨关系数据库的基本原理和核心概念什么是关系数据库定义特点应用优势关系数据库是一种基于关系模数据以行和列的形式组织可广泛应用于各行业的信息管理数据结构清晰、查询灵活高效,型的数据库管理系统采用二通过语言执行复杂的查询系统如电商平台、企业系、支持事务处理和数据完整性,SQL,ERP维表格的形式存储和管理数据、更新和管理操作统、银行系统等是目前最主流的数据库技术,关系数据库的发展历程1970年代1980年代1990年代2000年以来关系数据模型由提关系数据库迅速发展出现了关系数据库广泛应用于企业信随着大数据时代的到来E.F.Codd,,NoSQL出标志着关系数据库的诞生多款成熟的产品如、息管理成为主流的数据存储数据库迅速崛起与关系数据,,Oracle,,等技术库形成互补DB2关系模型的基本概念实体属性关系模型中的基本单元代表现实用于描述实体的特征或性质是构,,世界中的对象或事物成实体的基本单元关系域实体之间的联系表示实体之间的属性的取值范围确定了属性的数,,逻辑关系据类型和合法值关系数据库的基本组成数据表索引12关系数据库的基础构建块用于用于加快数据查询速度的数据,存储各种类型的数据每个表结构提高关系数据库的性能,都有自己的行和列有树和哈希索引等类型B视图存储过程34虚拟的数据表用于简化查询、预先编译好的语句集合可,SQL,隐藏底层复杂结构、控制数据以封装复杂的逻辑提高数据处,访问权限理效率表的定义及特点表的定义关系数据库中的表是由行和列组成的二维数据结构用于存储数据每一行代表一个独立的记,录每一列代表一种数据类型,表的结构表的列定义了存储的数据类型如数字、文本、日期时间等表的主键列可以唯一标识每一行,记录表的特点表具有数据独立性、数据完整性和数据安全性等特点可以有效地组织和管理数据,表的规范化消除冗余1通过分解表结构减少数据重复确保完整性2建立关系以维护数据一致性提高查询效率3减少复杂的连接操作表的规范化是将关系数据库设计成更有效和更可靠的过程它通过将表分解为更小的组件来消除数据冗余建立明确的关系来确保完整性,,并简化查询操作以提高性能这是设计高质量数据库的关键步骤关系代数的基本运算集合运算笛卡尔积选择运算投影运算关系代数包括并集、交集、差笛卡尔积将两个关系表中的所选择运算根据指定条件从关系投影运算从关系表中选取指定集等基本集合运算用于对关系有行组合成一个新的关系表表中选取满足条件的记录生成的列生成一个新的关系表去,,,,表进行组合和比较常用于连接不同关系表一个新的关系表除了不需要的属性关系代数的扩展运算并集操作交集操作将两个关系中的所有元组合并在一起返回两个关系中共同存在的元组,去除重复元组差集操作笛卡尔积从一个关系中删除另一个关系中存在将两个关系中的所有元组以行列式组的元组合在一起语言的基本架构SQLSQL语句结构SQL执行流程SQL常见子句SQL的编码规范语句由关键词、子句和数语句先由数据库管理系统包括、、、良好的编码习惯如缩进、大SQL SQLSELECT FROMWHERE,据组成遵循特定的语法规则的解析器进行语法分析和语义、、小写、别名使用等可以提高,GROUP BYHAVING ORDERBY,包括数据定义语言、检查然后由优化器制定最优等用于对数据表进行查询、语句的可读性和可维护性DDL,,SQL数据操作语言和数据控执行计划最后由执行引擎执过滤、分组和排序等操作DML,制语言三大类行并返回结果DCL语句的分类SQLDDL语句DML语句用于定义数据库对象如创建、修用于操作数据如插入、删除、更,,改和删除数据库、表、索引等新和查询数据例如、SELECT例如、、等、、等CREATE ALTERDROP INSERTUPDATE DELETEDCL语句事务控制语句用于管理数据库权限如授予和撤用于管理事务如开启、提交和回,,销用户权限例如、滚事务例如、、GRANT REVOKEBEGIN COMMIT等等ROLLBACK语句的使用DDL创建表1使用语句定义新表结构CREATE TABLE修改表2使用语句添加、删除或修改表中的列ALTER TABLE删除表3使用语句删除整个表DROP TABLE（）语句是用于定义和管理数据库对象的语句它们提供了创建、修改和删除表等基本功能是数据库DDL DataDefinition LanguageSQL,运维的基础使用语句可以灵活地调整数据库结构满足不同的应用需求DDL,语句的应用DML插入数据1使用语句可以向表中添加新的记录满足数据录入INSERT INTO,的需求修改数据2通过语句可以修改表中已有记录的部分或全部内容满足UPDATE,数据编辑的需求删除数据3利用语句可以从表中删除不需要的记录满足数据DELETE FROM,清理的需求语句的作用DCL权限管理安全性保障12数据控制语言用于管理数通过合理的权限设置可以确保DCL,据库用户的访问权限控制谁可数据库的安全性避免非授权用,,以执行什么操作户对数据进行操作事务管理审计跟踪34语句还可用于管理数据库事语句留下操作日志有利于DCL DCL,务如和确保事后对数据库操作进行审计和,COMMIT ROLLBACK,数据完整性跟踪数据库完整性约束数据完整性约束概念实体完整性约束参照完整性约束数据完整性约束是为了确保数据库中数据的实体完整性约束确保每个表都有一个主键来参照完整性约束确保表之间关系的一致性准确性和一致性而设定的规则它们确保数唯一标识每条记录这确保了表中数据的唯当一个表中的数据被另一个表引用时这些,据满足预定义的业务规则和标准一性和不重复性数据必须存在于被引用的表中事务的基本特性原子性Atomicity一致性Consistency隔离性Isolation持久性Durability事务中的所有操作要么全部完事务执行前后，数据库都必须事务之间相互独立互不干扰事务一旦提交它对数据库的改,,成，要么全部不完成保持一致状态变是永久性的事务的隔离级别读未提交（Read读已提交（Read可重复读（串行化（SerializableUncommitted）Committed）Repeatable Read））最低隔离级别，事务可以读取可以读取其他已提交事务的数最高隔离级别，可以避免所有其他未提交事务的数据，可能据，可避免脏读，但可能出现可以确保同一事务中的多次读并发问题，但会降低系统并发会出现脏读问题不可重复读问题取结果一致，避免不可重复读性能，但可能出现幻读锁机制及其应用事务锁行级锁表级锁数据库管理系统使用多种锁定机制来确保并行级锁是最细粒度的锁可以锁定单个数据表级锁锁定整个数据表它简单高效但限,,发事务的隔离性和正确性事务锁可锁定行行它提高了并发性但增加了系统开销制了并发性通常用于对数据一致性要求较,、表或整个数据库以防止冲突的更新通常用于高并发场景高的场景,数据库索引的作用提高查询速度支持高效排序索引可以帮助数据库快速定位和索引内建了排序机制无需额外的,检索所需数据大大提高查询效率排序操作即可返回有序结果集,优化查询计划支持高级查询数据库优化器可利用索引信息选索引可支持复杂查询操作如范围,择最优的执行计划进一步提高性查询、模糊查询等增强查询能力,,能树索引的原理B树形数据结构高效查找12树索引采用平衡的树形数据结树的自平衡性质确保了高效的B B构叶子节点包含实际数据非数据查找通过从根到叶的路径,,,叶子节点存储索引信息可快速定位到指定数据范围查询插入删除优化34树索引结构支持范围查询可树可通过节点分裂和合并等操B,B快速找到落在某个区间内的所作自动平衡确保插入删除效率,有数据哈希索引的特点高效查找哈希索引通过直接计算值来定位数据位置查找速度快时间复杂度为hash,,O1空间利用率高哈希索引只需要存储值及其对应的指针无需存储中间节点可以节省存储空间,,仅支持等值查询哈希索引只支持等值查询不支持范围查询无法利用索引进行排序,,数据库备份与恢复全量备份1定期备份整个数据库增量备份2只备份自上次备份以来发生变化的数据快速恢复3利用备份快速恢复数据以应对意外定期对数据库进行备份是保护数据安全的关键全量备份可以确保数据完整性增量备份可以节省备份时间和存储空间在发生故障时利,,用备份可以快速恢复数据将数据损失降到最低备份和恢复是数据库管理的重要组成部分,数据库安全管理身份认证访问控制通过用户名和密码等方式验证用根据用户角色设置不同的权限限,户身份确保只有授权的用户可以制用户对数据库的操作范围,访问数据库加密技术审计跟踪采用加密算法对敏感数据进行加记录用户的操作行为便于事后查,密保护防止数据被非法获取询和分析发现安全隐患,,数据库系统的体系结构多层架构设计核心功能组件逻辑与物理分离数据库系统通常采用三层架构设计包括应数据库管理系统由查询处理器、事务管理器数据库系统将逻辑设计与物理设计分离用,,用层、数据库管理层和存储层这种分层结、存储管理器等多个功能组件协作完成数据户访问数据时无需关注底层物理存储细节构提高了系统的灵活性和可扩展性的存储、检索和管理这提高了数据库的独立性和可移植性数据库管理系统的功能数据管理用户接口安全性控制并发控制数据库管理系统负责数据的高提供友好的图形界面和命令语实现对数据访问的权限管理和协调多个用户同时访问数据库效存储、检索和更新确保数言方便用户浏览、查询和管身份验证保护数据库免受非防止数据不一致和损坏,,,,据完整性和一致性理数据库法访问常见的数据库管理系统MySQL PostgreSQL开源免费的关系型数据库管理系功能强大的开源关系型数据库,统广泛应用于互联网和企业应支持高级特性如事务处理和并发,用程序控制Oracle DatabaseSQL Server由甲骨文公司开发的商业关系型微软公司开发的关系型数据库管数据库广泛应用于大型企业应理系统在环境下广受欢,,Windows用迎云数据库的优势和应用海量数据存储弹性扩展成本优势云数据库能够提供几乎无限的存储空间可云数据库具有出色的可扩展性可根据业务云数据库采用按需付费的模式避免了昂贵,,,轻松应对海量数据的需求并保证数据的安需求随时调整计算和存储资源快速响应变的硬件投入和运维成本大幅降低了企业的,,,全性化开支IT数据库的发展趋势云数据库的普及人工智能的应用大数据分析移动互联网时代随着云计算技术的迅速发展数据库正与机器学习、深度学大数据时代下数据库需要支移动终端对数据库提出了实时,,云数据库凭借其灵活性和可扩习等人工智能技术深度融合持海量数据的存储和分析处理性、可扩展性等新要求,展性已成为企业数据管理的能够实现智能问答、自动优化数据库、分布式数据数据库和分布式数据库,NoSQL NewSQL首选这种模式可以大幅降低查询等功能提升数据处理效库等新兴技术正逐步取代传统正在满足这些需求为移动应,,硬件投资和维护成本率关系数据库用提供更好的支持课程总结与展望在本课程中，我们系统地探讨了关系数据库的基础概念和核心原理未来，数据库技术将继续发展，云数据库和大数据分析等新兴技术将引领数据管理的新趋势让我们携手开启数据管理的崭新篇章，为企业信息化建设作出更大贡献。