《关系数据库基础》课件

关系数据库基础关系数据库是最常用的数据管理系统之一它以行和列的二维表格形式存储数,据本课程将介绍关系数据库的基本原理和概念包括数据模型、语言、事,SQL务处理等内容为学习和应用关系数据库技术打下基础,数据库基本概念什么是数据库数据库管理系统数据库基本操作数据库是一个有组织的数据集合用于有效数据库管理系统是一种软件用于数据库的基本操作包括增加、删除、修改和,DBMS,的管理和存储信息它提供了一种结构化的控制和管理数据库的创建、使用和维护它查询数据提供了强大的功能来执DBMS方式来存储和访问数据提供了一种标准化的方式来管理数据行这些操作并确保数据的一致性和完整,性数据模型数据模型是用于描述现实世界中对象及其关系的抽象数学模型它为数据库系统的设计提供了概念框架定义了数据库中数据的组织、结构和约束常见的数据,模型包括层次模型、网状模型和关系模型等关系模型采用二维表格的方式来存储和管理数据能够很好地反映现实世界中实,体及其属性、实体间关系的特点这种简单而灵活的数据表示方式为数据库的设计与实现提供了坚实的基础关系数据模型实体关系模型关系数据结构-实体关系模型是最常用的关系数关系数据库以二维表格的形式存-据模型通过实体、属性和关系三储数据每个表格由行和列组成行,,,个基本概念来描述现实世界表示实体列表示属性,数据操作语言数据完整性关系型数据库提供了语言作关系数据模型通过主键、外键等SQL为数据操作语言可以方便地进行概念来保证数据的完整性和一致,数据的增删改查性关系代数选择1从关系中选择满足特定条件的元组投影2从关系中选择指定的属性列联接3将两个关系按指定条件合并为一个关系并4将两个关系的所有元组合并为一个关系差5从一个关系中去除另一个关系中存在的元组关系代数是一种基于数学集合理论的查询语言使用一系列基本操作来描述对关系的查询这些基本操作包括选择、投影、联接、并和差等为用户提供了强大而灵活的数据,,处理能力关系演算元组演算1基于元组的查询语言域演算2基于属性域的查询语言关系代数3基于关系运算的查询语言关系演算是一种数学形式化的数据查询语言主要有元组演算和域演算两种形式它们都是基于一阶谓词逻辑的形式化查询方法能够表达,,各种复杂的数据检索需求相比之下关系代数则更加直观和易于使用成为了数据库系统中最常见的查询方式,,关系数据库设计需求分析概念设计逻辑设计物理设计深入了解用户需求梳理业务使用模型建立概念层面的将概念模型转化为符合关系数根据具体的数据库管理系统,E-R,逻辑确定数据对象和属性数据库结构定义实体、属据模型的逻辑结构包括表、选择合适的数据类型、索引、,,,明确数据的组织方式和访问需性、关系等核心元素确保数主键、外键等关系优化表结存储参数等优化数据库的物,求据完整性和一致性构消除数据冗余理存储结构,数据完整性数据准确性数据有效性确保数据存储和处理的准确性避免错实施数据验证规则确保数据符合预期,,误或重复数据规格和格式引用完整性业务规则确保表之间的关系正确避免孤立数据根据业务需求定义数据完整性约束确,,或悬空引用保数据符合业务逻辑数据依赖函数依赖多值依赖12描述属性之间的逻辑关系，满用于描述属性之间的多对多关足函数依赖的属性集是唯一确系，反映了实体的内部结构定的传递依赖部分依赖34通过传递链推导出的依赖关描述复合主键中某些属性对其系，揭示了属性之间的隐藏联他属性的依赖性，需要消除部系分依赖范式理论数据库设计范式理论提供了设计高质量关系数据库的原则和准则规范化过程通过分解表结构来消除数据冗余和依赖性提高数据库的效率和可靠性,数据完整性范式理论确保数据的一致性和准确性避免在更新、插入和删除过程中出现异常,关系数据库规范化第一范式第三范式消除表中的重复组，确保每个属性都是不可分割的原子值在第二范式的基础上，消除传递依赖，属性之间不存在传递依赖123第二范式在第一范式的基础上，消除部分依赖，属性完全依赖于主键数据查询语句SELECT通过语句从数据表中查询出所需的数据列和行可以使用各种条件、SELECT排序和聚合函数进行查询连接查询利用连接运算可以从多个相关的表中获取数据满足复杂的查询需求包括内,连接、外连接等多种形式聚合函数使用、、、、等聚合函数可以对查询结果进行COUNT SUMAVG MAXMIN统计和分析获得有价值的信息,子查询在原有查询的基础上嵌套其他查询实现更深入的数据分析和筛选子查询可,以出现在、等子句中WHERE HAVING语句SELECT查询列选择条件过滤12语句用于从一个或多子句用于根据指定的SELECT WHERE个表中选择所需的列可以使用条件过滤查询结果可使用各种,,选择所有列也可以指定需要比较运算符、逻辑运算符进行*,的列名复杂条件组合排序输出分组统计34子句用于对查询结子句可以根据一ORDER BYGROUP BY果进行排序可以指定一个或多个或多个列对查询结果进行分,个列名并设置升序或降序组配合聚合函数使用可以进行,,统计分析连接查询多表联查内连接外连接通过连接运算可以从多个表中提取相关数内连接返回满足连接条件的记录是最常用外连接返回满足连接条件的记录并保留未,,,据实现复杂查询需求联查可以基于等值的连接方式它可以高效地匹配和组合多表匹配的记录左外连接、右外连接和全外连,条件、非等值条件或自然关联中的相关数据接分别用于不同的查询需求聚合函数AVG SUM计算选定列的平均值适用于数计算选定列的总和适用于数值值型数据型数据COUNT MAX计算选定列中的记录数适用于返回选定列的最大值适用于数任意数据类型值型和日期型数据子查询定义用途类型注意事项子查询是指在一个语子查询可用于实现复杂的查询•标量子查询返回单个值的子查询需要注意不能引用主查SELECT:句内部嵌入另一个语需求如根据一个表的结果来子查询询中的列同时还要注意子查SELECT,,句的查询它允许我们在主查筛选另一个表的数据、计算聚询的执行效率以免影响整个•列子查询返回一个列的子,:询中使用从辅助查询中获得的合函数、进行条件判断等查询性能查询结果•行子查询返回一个行的子:查询•相关子查询主查询中的条:件依赖于子查询的结果语句DML操作数据主要语句注意事项应用场景•向表中添加新•严格遵守数据表的结构和语句广泛应用于各种数DMLData ManipulationINSERT DML语句为我们提供了记录约束据库应用程序如企业管理系Language,最基本的数据操作能力包括统、电子商务平台、社交网络,•修改表中已存•注意中间过程的数据一致UPDATE增加、修改和删除数据表中的等用于灵活高效地管理海量在的记录性,记录这是数据库应用程序中的业务数据•从表中删除记•合理使用事务来确保数据DELETE最常见和最基本的操作录完整性事务管理原则ACID1事务应符合原子性、一致性、隔离性和持久性事务状态2事务可处于开始、进行中、提交或回滚等状态并发控制3通过锁机制和隔离级别确保并发事务的正确执行恢复机制4利用日志记录实现事务的回滚和系统故障后的恢复事务管理是数据库系统的核心功能之一它确保数据库操作的正确性和一致性通过原则、事务状态控制、并发控制和恢复机制等实现合理,ACID的事务管理是保证数据库系统稳定、高效运行的关键锁机制悲观锁乐观锁12在修改数据前先获取独占锁确不会阻塞其他事务在更新数据,,保数据不会被其他事务修改时检查是否有其他事务修改缺点是会降低并发性能适用于读多写少的场景行锁和表锁死锁检测与避免34行锁针对特定行数据表锁针对通过死锁检测算法发现死锁并,,整张表行锁开销小但易发生采取资源释放、事务回滚等措死锁表锁开销大但更安全施来避免死锁发生,并发控制锁机制事务管理通过对数据资源加锁来确保数据的一将一组相关的数据库操作作为一个不致性和安全性如共享锁和排他锁可分割的整体确保数据的完整性,,死锁检测并发控制算法检测和预防并发中可能出现的死锁问如、等算法来实现并发控2PL MVCC题避免资源被无谓地占用制提高数据库的吞吐量和响应速度,,数据备份与恢复定期备份快速恢复全面保护定期备份是保护数据安全的关键通过备份采用先进的数据恢复技术，可以快速将数据结合数据备份和恢复机制，可以确保企业关数据到磁带或云端存储，可以确保即使发生恢复至任意时间点状态，最大限度地减少数键数据的安全性和可用性，为业务持续运营系统故障或数据丢失，也能快速恢复据损失提供有力保障索引机制索引优化索引结构索引维护合理设计索引可以大幅提高数据库的查常见的索引结构包括树、散列表等适定期维护索引如优化、重建等可以保B,,,询效率，关键是根据实际的查询需求选用于不同的查询场景合理选择索引结持索引的有效性避免因数据变化导致,择适当的索引类型和建立索引的列构能进一步优化性能的性能下降视图虚拟表格数据安全性视图是一种虚拟表格它由一个视图可以控制用户对数据的访问,或多个基表派生而来为用户提权限提高数据的安全性和隐私,,供个性化的数据访问方式性数据抽象逻辑独立性视图能够屏蔽底层数据表的复杂基表结构的变更不会影响建立在性为用户提供更简洁、易用的其之上的视图提高了数据库的,,数据视角逻辑独立性存储过程定义优点执行流程应用场景存储过程是一种预先编译好的•提高代码的可重用性和可当客户端调用存储过程时数•数据清洗和转换,语句集合可以在数据库维护性据库服务器会执行存储在数据SQL,•业务计算和报表生成中存储和调用它们提供了一库中的预编译语句并将•可以减少网络通信提高查SQL,,•数据校验和日志记录种封装业务逻辑的方式结果返回给客户端询性能•内部数据发布API•可以实现复杂的业务逻辑•可以封装数据访问细节提,高安全性触发器自动执行事件驱动触发器可以在某些列发生变化时自动触发器是基于事件驱动的可以在,执行相关操作无需人工干预、或操作,INSERT UPDATEDELETE发生时自动执行保护数据自动化触发器可以用于实施数据完整性和安触发器可以大幅减少人工操作提高数,全性规则防止数据库被篡改据库管理的自动化程度,安全性管理数据库访问控制数据加密保护审计日志记录通过用户权限管理和账号登录控制确保只采用密码学算法对数据进行加密防止敏感记录和跟踪所有数据库操作活动为异常操,,,有授权用户能够访问和操作数据库信息在传输和存储过程中被非法获取作分析和事故调查提供依据数据库性能优化索引优化语句优化SQL通过合理设计索引可以大幅提升避免使用无谓的子查询和复杂的查询性能但同时也应注意维护和操作优化条件和,JOIN,WHERE管理索引执行顺序SQL硬件资源优化系统配置优化根据业务需求合理配置、内调整数据库参数、连接池大小、CPU存、存储等硬件资源提高系统的缓存策略等系统级配置提升整体,,承载能力性能数据库系统架构数据库系统的架构是指数据库管理系统的组成和各组件之间的关系它包括客户端、应用程序、数据库引擎、存储系统等多个层次合理的数据库架构能够确保系统的性能、可伸缩性和可靠性典型的数据库架构包括两层或三层两层架构是指应用程序直接与数据库引擎交互三层架构则在中间加入一个应用服务层，实现应用逻辑和数据访问的解耦分布式数据库数据分片多节点部署12将数据水平地划分为多个片段在多个地理位置部署不同节点,并分布在不同的服务器上提高确保高可用性和容错性减少单,,访问速度和系统伸缩性点故障风险一致性维护负载均衡34通过分布式事务协议和复制机利用分片和多节点部署实现读制确保分布式环境下的数据一写负载的分担提高系统整体的,,致性性能和吞吐量云数据服务云端数据管理经济高效安全可靠无缝协作云数据服务提供灵活、可扩展云数据服务采用按需付费的模云服务提供商为数据提供多重云数据服务支持多人实时协的数据存储和处理能力用户式用户只需支付实际使用的备份和加密保护确保数据安作用户可以方便地共享和交,,,无需管理本地硬件可以随时资源费用无需大量前期投全可靠减轻了本地管理的负换信息提高团队协作效率,,,,访问和共享数据资担大数据管理海量数据存储利用分布式数据库系统存储和管理大规模数据提高数据处理效率,实时数据分析通过复杂的数据分析算法快速从海量数据中挖掘有价值的信息,数据安全保护采取有效的加密和访问控制措施保护大数据环境下的数据安全,数据库发展趋势云计算和大数据图形数据库时间序列数据库云计算和大数据技术的快速发展对数据库领图形数据库擅长处理复杂的网络结构数据随着物联网等领域的快速发展时间序列数,,域产生了深远影响推动数据库向分布式、在社交网络、知识图谱等领域应用广泛成据库成为处理大规模连续时间数据的重要选,,弹性、智能化方向发展为新一代数据库技术趋势择。