《数据访问编程基础》课件

数据访问编程基础本课程旨在帮助您掌握数据访问编程基础知识，为后续开发提供必要的技能储备课程目标与学习要求学习目标学习要求了解数据访问编程的核心概念掌握数据库基础知识与SQL认真听讲并积极参与讨论课后独立完成练习和作业学习语言熟练使用JDBC进行数据库操作掌握常用ORM框架相关技术文档，并进行实践操作具备一定的编程基础和数的使用了解NoSQL数据库的应用场景据库基础课程内容概述数据访问概述1数据访问的概念，重要性，架构，数据库系统概述关系型数据库2关系型数据库的基本概念，SQL语言，常用操作，高级查询编程JDBC，事务管理，索引原理3JDBC架构，驱动程序，连接数据库，异常处理，Statement，PreparedStatement，CallableStatement，ResultSet连接池与ORM4连接池原理，常见连接池框架，ORM框架概述，MyBatis框与架介绍Spring JDBCNoSQL5Spring JDBC简介，JdbcTemplate，事务管理，NoSQL数性能优化据库概述，Redis和MongoDB基础操作6数据访问性能优化，SQL语句优化技巧，数据库设计规范，缓存策略设计，分库分表概念，读写分离实现什么是数据访问数据访问是指应用程序与数据库之间进行交互的过程，包括读取数据，写入数据，修改数据，删除数据等操作数据访问是应用程序与数据库交互的核心，是构建数据驱动应用程序的基础数据访问编程指的是使用编程语言和数据库系统提供的接口，实现应用程序与数据库之间的数据交互逻辑数据访问的重要性数据持久化将应用程序中的数据存储到数据库中，以便在应用程序关闭后仍然可以访问数据数据共享多个应用程序可以共享同一个数据库中的数据，实现数据的一致性和完整性数据管理使用数据库提供的管理工具，可以方便地管理和维护应用程序中的数据数据分析通过数据库查询和数据分析工具，可以对应用程序中的数据进行分析，提取有价值的信息数据访问层架构数据访问层负责处理应用程序与数据库之间的交互逻辑，提供统一的数据访问接口业务逻辑层负责处理应用程序的核心业务逻辑，调用数据访问层接口获取数据表现层负责处理用户界面逻辑，接收用户输入，显示数据数据库层负责存储和管理应用程序中的数据数据库系统概述数据库系统是一种用于存储、管理和访问数据的软件系统它提供了数据模型、存储引擎、查询语言、事务管理、安全机制等功能，为应用程序提供数据管理服务常见的数据库系统包括关系型数据库、NoSQL数据库、云数据库等关系型数据库的基本概念关系型数据库是基于关系模型的数据库系统，它将数据存储在称为表的二维表格中每个表包含多个行和列，其中每行代表一个记录，每列代表一个属性关系型数据库使用SQL语言进行数据操作，具有数据一致性、完整性和安全性等特点语言简介SQLSQL（Structured QueryLanguage）是一种用于管理和操作关系型数据库的标准语言它提供了一系列命令和函数，用于创建、查询、更新和删除数据库中的数据，以及管理数据库对象数据类型SQLINT整数类型VARCHAR可变长度字符串类型DATE日期类型TIME时间类型DECIMAL十进制类型BLOB二进制大对象类型基本操作SQL SELECTSELECT语句用于从数据库中检索数据它指定要检索的列，以及检索数据的条件，例如WHERE子句用于过滤数据，ORDER BY子句用于排序数据基本操作SQL INSERTINSERT语句用于向数据库中添加新的记录它指定要插入数据的表名，以及要插入的列名和值INSERT语句可以插入一行数据，也可以插入多行数据基本操作SQL UPDATEUPDATE语句用于修改数据库中已有的记录它指定要修改的表名，以及要修改的列名和新值UPDATE语句可以修改一行数据，也可以修改多行数据基本操作SQL DELETEDELETE语句用于从数据库中删除记录它指定要删除数据的表名，以及删除数据的条件DELETE语句可以删除一行数据，也可以删除多行数据高级查询多表连接SQL多表连接用于检索来自多个表的数据它使用JOIN子句连接不同的表，根据连接条件获取相关数据常见的连接类型包括内连接、左外连接、右外连接和全连接高级查询子查询SQL子查询是嵌套在另一个查询语句中的查询语句它用于在主查询中使用子查询的结果作为条件，以获取更复杂的数据子查询可以用于各种场景，例如比较数据，过滤数据，以及获取相关数据高级查询聚合函数SQL聚合函数用于对一组数据进行统计运算，例如求和、平均值、最大值、最小值、计数等常见的聚合函数包括SUM、AVG、MAX、MIN、COUNT等聚合函数通常与GROUP BY子句一起使用，对分组后的数据进行统计高级查询分组和排SQL序GROUP BY子句用于对查询结果集进行分组，以便对每组数据进行统计运算ORDER BY子句用于对查询结果集进行排序，以便按照指定的顺序显示数据GROUP BY和ORDER BY子句可以组合使用，实现更加复杂的查询功能数据库事务基础事务是一组逻辑上相关的一系列数据库操作，这些操作必须作为一个整体执行，要么全部执行，要么全部不执行，以确保数据的一致性和完整性事务管理是数据库系统中的一个重要概念，它保证了数据的一致性，并提供了数据恢复机制特性详解ACID原子性1事务中的所有操作要么全部执行，要么全部不执行一致性2事务执行后，数据库必须从一个一致性状态转换到另一个一致性状态隔离性3多个事务并发执行时，相互之间不会受到干扰，每个事务都像在独立执行一样持久性4事务执行后，对数据库的修改将永久保存，即使系统崩溃也不会丢失事务隔离级别未提交读允许读取未提交的数据，可能导致脏读、不可重复读和幻读提交读只允许读取已提交的数据，可以避免脏读，但可能导致不可重复读和幻读可重复读保证同一个事务多次读取同一个数据时，结果一致，可以避免脏读和不可重复读，但可能导致幻读串行化所有事务串行执行，可以避免脏读、不可重复读和幻读，但性能较低数据库索引原理索引是帮助数据库系统快速查找数据的特殊数据结构它类似于书籍的目录，通过索引可以快速定位到需要的数据，提高查询速度索引通常存储在单独的表中，并与主表关联，并根据索引列的值排序，以便快速查询数据索引类型与使用主键索引唯一标识数据记录，确保每个记录的唯一性唯一索引确保索引列的值唯一，但不一定是主键普通索引可以重复，用于加速查询全文索引用于对文本数据进行全文搜索，提高搜索效率索引优化策略索引可以提高查询效率，但也会降低插入、更新和删除数据的效率因此，需要根据实际情况选择合适的索引，并优化索引策略，以获得最佳性能常用的索引优化策略包括选择合适的索引列，避免过度使用索引，以及使用覆盖索引等编程基础JDBCJDBC（Java DatabaseConnectivity）是一种用于连接和操作关系型数据库的Java API它提供了一套标准的接口，用于建立数据库连接，执行SQL语句，以及处理结果集JDBC是Java应用程序访问数据库的标准方式，也是开发数据访问层的核心技术架构与组件JDBCJDBC架构主要包括JDBC驱动程序、JDBC API和应用程序三个部分JDBC驱动程序负责连接数据库并执行SQL语句，JDBC API提供了一套接口供应用程序使用，应用程序通过JDBC API与JDBC驱动程序交互，实现对数据库的操作驱动程序类型JDBC类型1使用数据库提供的JDBC API，需要在客户端安装数据库客户端类型2使用数据库提供的JDBC API，但通过网络连接到数据库服务器类型3使用独立的JDBC驱动程序，可以连接到不同的数据库系统类型4使用纯Java编写的JDBC驱动程序，可以连接到不同的数据库系统，并提供更高的性能连接数据库JDBC连接数据库是使用JDBC进行数据操作的第一步，需要使用DriverManager类获取连接对象连接对象包含了连接数据库所需的必要信息，例如数据库地址、用户名和密码通过连接对象，可以执行SQL语句，并处理结果集异常处理JDBCJDBC编程中，可能会出现各种异常，例如连接数据库失败、执行SQL语句失败、数据类型不匹配等需要使用try-catch语句块捕获异常，并进行相应的处理，以保证程序的健壮性的使用StatementStatement接口用于执行简单的SQL语句它可以执行任何有效的SQL语句，但没有参数绑定机制，容易受到SQL注入攻击在大多数情况下，使用PreparedStatement接口更安全、更高效的使用PreparedStatementPreparedStatement接口用于执行预编译的SQL语句，它支持参数绑定机制，可以防止SQL注入攻击PreparedStatement可以重复执行相同的SQL语句，但传入不同的参数值，提高执行效率的使CallableStatement用CallableStatement接口用于执行存储过程它可以执行存储过程，并传入参数和接收返回值存储过程是预编译的SQL语句集合，可以提高代码可读性和可维护性，并提高执行效率的使用ResultSetResultSet接口表示查询结果集它包含了查询的结果数据，可以遍历结果集，获取每行数据中的每个字段值ResultSet提供了多种方法用于获取数据，例如next方法用于移动到下一行，getString方法用于获取字符串类型的值数据库连接池原理数据库连接池是一种管理数据库连接的机制它预先建立一定数量的数据库连接，并将这些连接放入池中当应用程序需要连接数据库时，从连接池中获取一个连接，使用完后归还到连接池中连接池可以减少创建和销毁连接的开销，提高数据库连接的效率，并减少数据库资源的消耗常见连接池框架比较C3P0功能丰富，支持多种配置选项，但配置复杂，性能略逊DBCP配置简单，性能良好，但功能相对较少Druid功能强大，性能优异，支持多种监控和统计功能，配置灵活HikariCP性能最优，配置简单，轻量级，适合高并发场景连接池配置DruidDruid连接池是一个功能强大、性能优异的数据库连接池，它提供了一系列配置选项，可以满足各种应用场景的需求Druid支持多种数据库，并提供了监控、统计和安全等功能，可以帮助开发者更好地管理数据库连接连接池使用HikariCPHikariCP连接池是一个性能最优的数据库连接池，它采用轻量级设计，配置简单，性能优异HikariCP适用于高并发场景，能够有效地提高数据库连接的效率，并降低数据库资源的消耗框架概述ORMORM（Object-Relational Mapping）是一种将面向对象编程语言中的对象映射到关系型数据库中的表的技术ORM框架提供了对象-关系映射机制，可以将数据库中的数据映射为应用程序中的对象，简化数据访问逻辑，提高开发效率框架介绍MyBatisMyBatis是一个开源的ORM框架，它提供了灵活的映射机制，支持自定义SQL语句，可以满足各种数据访问需求MyBatis支持多种数据库，并提供了缓存机制、插件开发等功能，可以提高数据访问的效率和性能核心组件MyBatisMyBatis的核心组件包括SqlSessionFactory、SqlSession、Mapper、Executor、Cache、Plugin等SqlSessionFactory用于创建SqlSession，SqlSession是与数据库交互的接口，Mapper定义了SQL语句映射关系，Executor执行SQL语句，Cache提供缓存机制，Plugin扩展MyBatis功能配置文件MyBatisMyBatis配置文件用于配置MyBatis框架，包括数据库连接信息、事务管理、映射文件路径、缓存配置等配置文件是使用XML格式定义的，可以根据需要进行修改和扩展映射文件MyBatisMyBatis映射文件用于定义SQL语句映射关系，它将Java对象映射到数据库表，并定义了SQL语句的执行逻辑映射文件是使用XML格式定义的，可以使用标签和属性定义SQL语句和映射关系动态MyBatis SQLMyBatis支持动态SQL语句，可以根据不同的条件动态生成SQL语句，提高SQL语句的可读性和可维护性动态SQL语句使用标签和属性定义，例如if标签用于判断条件，foreach标签用于循环遍历数据缓存机制MyBatisMyBatis提供了缓存机制，可以缓存查询结果，减少对数据库的访问次数，提高查询效率MyBatis的缓存机制分为一级缓存和二级缓存一级缓存是SqlSession级别的缓存，二级缓存是Mapper级别的缓存开发者可以通过配置选项控制缓存的行为插件开发MyBatisMyBatis支持插件开发，可以扩展MyBatis的功能，例如实现自定义拦截器、日志记录器等MyBatis插件使用接口和注解定义，可以拦截MyBatis核心组件的方法，并进行自定义处理简介Spring JDBCSpring JDBC是Spring框架提供的一个数据访问模块，它简化了JDBC编程，并提供了事务管理、异常处理等功能，方便开发者进行数据访问操作Spring JDBC是Spring框架中数据访问层的重要组成部分，可以与其他Spring模块协同工作，构建完整的应用程序架构的使用JdbcTemplateJdbcTemplate是SpringJDBC框架提供的核心类，它封装了JDBC API，提供了一系列方法用于执行SQL语句和处理结果集JdbcTemplate简化了JDBC编程，并提供了事务管理、异常处理等功能，提高了开发效率事务管理SpringSpring事务管理是一种机制，它可以将多个数据库操作作为一个整体进行处理，保证数据的一致性和完整性Spring事务管理提供了声明式事务和编程式事务两种方式，可以根据实际情况选择合适的方案声明式事务配置声明式事务配置使用XML配置文件或注解进行配置，可以将事务配置与业务逻辑代码分离，提高代码可读性和可维护性声明式事务配置通常使用AOP（面向切面编程）实现，可以将事务逻辑应用到多个方法中编程式事务实现编程式事务实现使用代码手动管理事务，可以更灵活地控制事务的行为，但代码复杂度更高编程式事务通常使用TransactionTemplate或PlatformTransactionManager接口实现，需要在代码中显式地开启、提交和回滚事务数据库概述NoSQLNoSQL数据库是一种非关系型数据库，它不遵循关系模型，而是采用其他数据模型，例如文档模型、键值模型、图模型等NoSQL数据库具有高扩展性、高性能、数据结构灵活等特点，适合处理海量数据、高并发访问等场景基础操作RedisRedis是一种内存数据库，它提供键值存储、消息队列、发布订阅等功能，可以用于缓存、消息中间件、数据分析等场景Redis具有高性能、低延迟、数据持久化等特点，是构建高性能应用程序的重要工具基础操作MongoDBMongoDB是一种文档型NoSQL数据库，它将数据存储在文档中，使用JSON格式表示MongoDB具有高扩展性、灵活的数据模型、丰富的查询功能等特点，适用于处理海量数据、高并发访问等场景数据访问性能优化数据访问性能优化是提高应用程序性能的关键，需要从多个方面进行优化，例如优化SQL语句、使用索引、使用缓存、调整数据库配置、优化数据库设计等语句优化技巧SQLSQL语句优化是提高数据访问效率的关键常用的优化技巧包括使用索引、避免使用通配符、使用连接代替子查询、减少数据读取量、优化查询条件等开发者需要根据实际情况选择合适的优化方法，以提高查询速度和效率数据库设计规范数据库设计规范是数据库系统设计的重要部分，它规定了数据库的结构、命名、约束等方面的规则，以保证数据库的一致性、完整性和安全性良好的数据库设计规范可以提高数据库的可读性、可维护性，并提高数据库的性能连接池调优方法连接池调优是指根据实际情况调整连接池的配置参数，以获得最佳性能常见的调优方法包括调整连接池的大小、连接超时时间、连接池回收策略等开发者需要根据应用场景和数据库负载进行调整，以提高连接池的效率缓存策略设计缓存策略设计是指根据应用程序的访问模式和数据特点，设计合适的缓存方案常见的缓存策略包括数据缓存、查询结果缓存、对象缓存等开发者需要根据实际情况选择合适的缓存策略，以提高数据访问效率分库分表概念分库分表是一种将数据分布到多个数据库或多个表中存储的技术，可以有效地提高数据库的扩展性、性能和可用性分库分表通常用于处理海量数据，可以将数据分散到不同的数据库或表中，减少单一数据库的负载，提高性能和并发处理能力读写分离实现读写分离是一种将数据库的读操作和写操作分离到不同的数据库或服务器上，以提高数据库性能和扩展性的技术读写分离可以有效地减轻主数据库的负载，并提高读操作的效率常见的读写分离方案包括使用主从复制、数据库代理等。