《高级数据库技术》课件

高级数据库技术本课程探讨高级数据库技术包括数据库设计、优化、安全等方面课程简介课程目标课程内容本课程旨在培养学生对数据涵盖了数据库技术的基本概库技术的基本概念和理论的念、关系型数据库管理系统、深入理解，并掌握实际应用语言、事务管理、并发控SQL中常见的数据库技术制、性能优化、数据NoSQL库等内容学习方式课程以讲授、案例分析、实操练习等多种形式进行，并结合课后作业和项目实践加深学生对数据库技术的理解和应用能力数据库技术的发展历程文件系统阶段1简单数据管理，数据独立性差数据库系统阶段2结构化数据，数据独立性增强关系数据库阶段3结构化查询语言，广泛应用SQL面向对象数据库阶段4复杂数据类型，支持面向对象编程数据库技术经历了漫长的发展历程，从最初的简单文件系统到现在的分布式数据库，不断发展和演变数据库技术不断发展，为数据管理提供了更加强大和灵活的解决方案数据库体系结构数据库服务器数据库模式数据库服务器是运行数据库管理系统的物数据库模式定义了数据库的结构，包括表、理或虚拟系统它为用户提供数据存储、列、数据类型和约束等它描述了数据在管理和访问服务数据库中的组织方式数据库客户端数据访问层数据库客户端是用于连接和操作数据库的数据访问层是应用程序与数据库之间的接应用程序，它提供了用户界面和工具来访口，它负责处理数据请求、执行数据库操问和管理数据库作和返回结果数据模型概述关系模型层次模型网络模型面向对象模型以二维表格形式表示数据，将数据组织成树状结构，父数据以网状结构组织，节点将数据和操作封装在对象中，每个表格代表一个关系，包节点可以拥有多个子节点，之间可以有多条连接路径，以对象之间的关系表示数据含行（元组）和列（属性）体现数据之间的层次关系灵活度高但复杂度也高之间的联系，适合复杂的数据建模关系数据模型关系模型概述关系模型的优点关系模型是数据库中最常用的数据模•数据独立性高型之一它基于集合论和一阶逻辑，•易于理解和维护使用二维表来存储和管理数据关系•支持标准化操作模型强调数据的逻辑结构，以表格的•易于实现形式组织数据，并通过关系代数来操作数据关系代数关系代数运算基本运算12关系代数是基于集合论的，包括并、交、差、笛卡尔定义了操作关系数据的运积、选择、投影、连接等算高级运算重要性34基于基本运算，扩展出除关系代数为数据库查询语法、外连接、半连接等言提供理论基础语言基础SQL结构化查询语言操作数据数据定义是用于访问和管理关系数据库的标语言支持创建、更新、删除和检索语言也用于定义数据库架构，包括SQL SQLSQL准语言，其核心是数据操作数据，使其成为数据库管理的关键表结构、数据类型和关系数据定义语言DDL创建表修改表

1.

2.12提供语语句用于修DDL CREATETABLE ALTERTABLE句，用于定义表的结构，改表的结构，例如添加、包括列名、数据类型和约删除或修改列，修改约束束等删除表创建索引

3.

4.34语句用于删除语句用于创DROP TABLECREATE INDEX表及其所有数据建索引，提高数据检索效率数据操纵语言DML插入数据更新数据删除数据用于将新的数据行添加到数据库表中用于修改数据库表中现有数据行的值用于从数据库表中移除数据行数据查询语言DQL语句子句SELECT WHERE用于从数据库中检索数据它指定要检索的列、表和筛选用于过滤数据，只检索满足特定条件的记录条件子句使用比较运算符和逻辑运算符来指定筛选条件，WHERE语句是的核心，它允许用户根据需要提取特定以便精确地获取所需数据SELECT DQL的数据事务管理事务的概念1事务是指一组逻辑上相关的操作，要么全部执行，要么全部不执行事务保证了数据库数据的完整性和一致性属性ACID2事务必须满足原子性、一致性、隔离Atomicity Consistency性和持久性四个特性，确保数据可靠性Isolation Durability事务隔离级别3不同的隔离级别对并发事务之间的可见性进行控制，以解决并发操作带来的数据一致性问题并发控制技术并发访问控制锁机制多用户同时访问数据库时，通过锁来控制对数据资源的防止数据不一致访问隔离级别乐观并发控制定义了事务之间的隔离程度基于时间戳或版本号，减少锁冲突锁机制悲观锁乐观锁假定并发冲突可能发生，先获取锁，然后假定并发冲突不太可能发生，先操作数据，操作数据，避免冲突再检查冲突，避免不必要的锁等待隔离级别读未提交读已提交允许读取未提交的事务，可仅读取已提交的事务，避免能导致脏读问题脏读，但仍可能出现不可重复读问题可重复读串行化保证同一事务中多次读取相每个事务串行执行，保证数同数据结果一致，避免不可据一致性和完整性，但会降重复读问题，但可能出现幻低性能读问题备份与恢复数据备份备份类型12定期备份数据库，防止数包含完全备份、增量备份据丢失，可以恢复到某个和差异备份等，选择合适时间点的状态的备份策略恢复过程数据安全34从备份中恢复数据库，恢备份和恢复是保证数据安复过程可能需要时间，需全的重要手段，也是灾难要选择合适的方法恢复的基础数据库性能优化查询优化硬件优化缓存技术架构优化合理使用索引、视图和存储选择合适的服务器硬件，例使用缓存机制，减少数据库采用合适的数据库架构，例过程，减少数据访问量如处理器、内存和磁盘，满访问频率，提升数据读取速如分库分表、读写分离，提足数据库性能需求度高数据库可扩展性索引机制概述类型优点缺点索引是数据库管理系统中•树索引索引可以显著提高数据库索引需要额外的存储空间，B-的重要组成部分，它可以查询性能，特别是对于大会增加数据库的大小•哈希索引帮助快速定位数据，提高量数据的查询•全文索引查询效率索引还可以提高数据检索索引的创建和维护需要额索引类似于书籍的目录，速度，减少磁盘操作外的开销I/O允许用户快速找到特定数据查询优化查询计划索引使用优化器选择最优执行计划，索引加速数据查找，减少磁降低查询成本盘访问次数数据预处理视图和物化视图数据清洗、去重等预处理提视图简化查询，物化视图缓升查询效率存结果数据分区水平分区垂直分区将数据表水平拆分为多个分区，每个分区将数据表垂直拆分为多个分区，每个分区存储数据表的一部分存储数据表的一部分列范围分区哈希分区根据数据值范围进行分区，例如按日期、使用哈希函数将数据映射到不同的分区，时间或数值范围进行划分确保数据均匀分布数据分片水平分片垂直分片12将数据按照不同的键值或范围划分将数据表中的不同列划分到不同的到不同的服务器上服务器上混合分片3结合水平分片和垂直分片，将数据按照不同的维度划分到不同的服务器上数据库概览NoSQL数据库是近年来兴起的非关系型数据库，主要用于NoSQL处理非结构化数据数据库具有灵活的模式、高扩NoSQL展性、高性能的特点，适合于存储海量数据、快速响应查询请求的应用场景数据库的种类繁多，主要分为键值存储、文档数据NoSQL库、列式数据库、图数据库等类型每种类型都有其独特的特点，适合于不同的应用场景MongoDB是一个开源的文档型数据库，具有灵活的数据模型、MongoDB NoSQL可扩展性、高性能和易用性等特点使用文档形式存储数据，每个文档类似于对象，可以MongoDB JSON包含不同的数据类型，例如字符串、数字、数组和嵌套文档支持多种数据类型，包括字符串、数字、布尔值、日期、数MongoDB组、对象和二进制数据，并且提供了丰富的查询操作符，可以满足各种数据分析和处理需求Redis是一种内存数据存储系统，用作数据库、缓存和消息代理Redis提供各种数据结构，如字符串、哈希表、列表、集合和有序集合，Redis支持丰富的数据操作，满足各种应用场景的速度非常快，其数据存储在内存中，并使用持久化机制将数据Redis保存到磁盘，以确保数据安全Cassandra是一个开源的数据库，提供高可用性、Cassandra NoSQL高可扩展性和高性能它采用分布式架构，数据存储在多个节点上，确保数据的可靠性和持久性支持多种数据模型，包括键值、列族和文档，Cassandra适合各种应用场景，例如社交网络、实时数据分析和物联网分布式文件系统Hadoop分布式文件系统是一种分布式文件系统，它被设计用Hadoop HDFS于存储大量数据，并提供高吞吐量数据访问的核心思想是将数据分成多个块，并将其分布在集群中的多个节HDFS点上这使得能够处理大型数据集，并提供高可用性和容错能力HDFS数据仓库Hive是一个基于的数据仓库系统，用于分析大型数据集Hive Hadoop使用类似的查询语言，称为，简化数据分析过程Hive SQLHiveQL存储数据在中，并使用框架执行查询Hive HDFSMapReduce大数据计算框架Spark简介关键特性分布式计算应用场景Spark是一种快速、通用、拥有丰富的，支持基于内存计算，并行在数据分析、机器学Spark SparkAPI SparkSpark可扩展的集群计算框架，为多种计算模型，包括批处理、处理能力强，可以有效地处习、实时数据处理、图计算大数据处理提供了强大功能流处理、机器学习等理大规模数据等领域得到广泛应用人工智能与数据库人工智能的数据库应用驱动的数据库AI人工智能（）正迅速改变数据库领除了在传统数据库系统中使用技AI AI域数据库管理系统（）利用术之外，还出现了专门为设计的DBMS AI技术来提高性能，增强安全性和优数据库AI化数据管理过程这些数据库旨在处理大型数据集并支例如，驱动的查询优化器可以分析持工作负载，例如机器学习和深AI AI数据模式和用户行为，以提供更有效度学习的查询计划总结与展望持续发展应用广泛未来方向

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2.

3.123数据库技术不断发展，新技术数据库技术已成为现代信息系未来，数据库技术将与人工智层出不穷未来，数据库将继统的重要组成部分，应用于各能、云计算、大数据等技术深续朝着更高效、安全、智能的行各业，支撑着社会经济发展度融合，为人们的生活和工作方向发展带来更多便利。