《数据库管理》课件

数据库管理理论与实践数据组织、存储和访问的核心技术从基础理论到实际应用的系统讲解课程大纲数据库基础核心概念介绍关系数据库模型表格数据组织方式SQL语言数据查询和操作数据库设计高效结构规划性能优化提升系统效率安全与管理保护数据资产新兴数据库技术前沿发展趋势什么是数据库？结构化数据存储系统组织信息的电子仓库支持数据增删改查基本操作功能齐全确保数据完整性和一致性防止错误和冲突多用户并发访问支持同时操作数据库发展历史1960年代层次型和网状数据库1970年代关系数据库理论诞生1980年代关系数据库商业化1990年代分布式数据库2000年代NoSQL和大数据数据库类型关系型数据库表格结构存储非关系型数据库灵活模式对象型数据库面向对象存储键-值存储简单快速访问列存储数据库高效分析查询关系数据库模型基础表格式数据组织主键和外键概念数据完整性约束行列结构建立表间关系保证数据质量关系代数数学基础数据库模式设计概念模型业务需求映射逻辑模型数据关系设计物理模型存储实现方案E-R图实体关系可视化数据库范式BC范式第三范式主键约束更严格第二范式消除传递依赖第一范式非主键字段完全依赖主键每个字段都是原子的语言基础SQL数据定义语言DDL数据操作语言DML创建和修改结构增删改查操作事务控制语言TCL数据控制语言DCL事务管理权限管理查询基础SELECT基本查询语法SELECT字段FROM表条件过滤WHERE条件表达式排序ORDER BY指定顺序分组GROUP BY聚合数据连接操作内连接外连接匹配值相等的记录保留一侧或两侧不匹配记录交叉连接自连接所有可能的组合表与自身连接高级查询技术子查询集合操作窗口函数查询嵌套结果集组合分组计算•单行子查询•UNION•OVER•多行子查询•INTERSECT•PARTITION BY•相关子查询•EXCEPT•排名函数索引原理B-树索引哈希索引位图索引全文索引平衡搜索树结构键值对快速查找低基数列优化文本内容搜索索引优化策略1选择性索引2复合索引高区分度字段优先多列组合最优顺序3索引覆盖4避免索引陷阱避免回表操作函数使用导致失效查询性能优化执行计划分析查询重写理解查询处理优化SQL语句并行查询缓存策略4多核心处理减少I/O操作数据库事务ACID特性隔离级别并发控制原子性、一致性、隔离性、持久性读未提交到可序列化防止并发异常并发控制机制锁多版本并发控制时间戳排序资源访问控制读写互不阻塞按序执行•共享锁•版本链•读时间戳•排他锁•快照读•写时间戳•意向锁•事务ID•事务序列数据库恢复技术日志机制检查点前滚恢复回滚恢复记录所有变更标记一致性状态重做已提交事务撤销未提交事务数据库安全访问控制用户权限管理角色管理简化权限分配数据加密敏感信息保护审计行为记录和分析数据备份策略完全备份所有数据完整复制增量备份仅备份变化部分差异备份自上次完全备份的变化备份验证确保可恢复性数据仓库概念多维多维分析从多角度分析数据OLAP在线分析复杂查询和报表星型星型模型简化维度结构雪花雪花模型规范化维度大数据与数据库数据库NoSQL文档型数据库键-值存储JSON文档存储高性能缓存图数据库列存储关系网络分析大规模分析4实践MongoDB文档模型查询语法聚合管道灵活JSON结构类JavaScript接口数据转换处理•嵌套文档•查询条件•阶段操作•动态字段•投影操作•数据处理•数组支持•排序功能•结果生成应用Redis缓存策略数据结构持久化高速数据访问多种类型支持RDB和AOF机制集群配置高可用部署数据库监控CPU处理器使用率查询执行效率I/O磁盘操作读写性能瓶颈QPS每秒查询量系统负载指标RT响应时间用户体验关键数据库容灾主从复制数据同步备份故障切换自动角色转换负载均衡读写请求分发数据同步保持一致性数据迁移技术异构数据库迁移不同类型转换ETL工具提取转换加载数据同步保持源目标一致模式转换结构适配云数据库弹性扩展按需增减资源托管服务减少运维负担混合云架构公私云协同成本优化按使用付费数据建模最佳实践领域驱动设计业务逻辑优先规范化减少数据冗余反范式设计提升查询性能性能与可维护性平衡权衡设计决策技术ORM对象关系映射主流框架优缺点对象到表的转换多语言支持应用场景考量•消除SQL硬编码•JPA标准•开发效率提升•简化开发•Hibernate实现•可能性能损失•减少错误•MyBatis半ORM•复杂查询挑战数据治理元数据管理数据质量数据的数据准确性和完整性合规性血缘分析3法规要求遵循数据来源追踪时序数据库图数据库应用关系网络分析推荐系统欺诈检测社交连接探索相似度计算异常模式识别数据库编程存储过程预编译SQL集合触发器事件自动响应用户定义函数自定义计算逻辑游标逐行处理结果集数据库安全审计1SQL注入防范参数化查询2安全最佳实践权限最小化3数据脱敏敏感信息保护4合规性检查法规要求满足数据库性能基准测试分布式数据库架构共享存储集中式存储多节点计算共享nothing2完全独立节点一致性协议Paxos/Raft共识分区策略数据分片和路由数据库微服务架构数据库每个服务独立事件溯源CQRS模式服务封装数据状态变化记录读写分离架构数据库容器化Docker部署环境一致性Kubernetes管理自动化编排状态持久化数据卷挂载集群调度弹性资源分配机器学习与数据库特征工程模型存储向量数据库数据转换算法持久化相似性搜索•数据清洗•模型序列化•近似最近邻•特征提取•版本管理•嵌入存储•特征选择•快速加载•高维索引区块链数据存储分布式账本不可篡改性去中心化存储数据永久记录智能合约共识机制自动化执行验证一致性数据库性能监控工具Prometheus GrafanaELK栈时序数据收集可视化仪表盘日志分析系统自定义监控专属指标跟踪数据库迁移工具Flyway版本化SQL迁移Liquibase跨平台变更管理数据同步实时迁移工具模式版本控制结构演进管理数据血缘追踪数据沿袭影响分析合规性报告来源去向追踪变更评估法规要求记录数据库安全加密透明加密底层自动加密列级加密选择性保护密钥管理安全存储访问合规性要求满足行业标准多模态数据库单一平台支持多种数据模型简化异构数据管理减少集成复杂性数据库生态系统边缘计算数据存储分布式缓存低延迟存储离线同步本地快速访问实时数据处理中心化数据整合•低延迟响应•内存优化•批量传输•临时存储•快速写入•网络优化•更新策略•本地计算•冲突解决数据库性能诊断查询资源执行计划分析瓶颈识别优化SQL执行定位系统短板优化调优查询重写性能调优改进SQL结构参数配置优化数据湖技术大规模数据存储1PB级容量数据治理元数据管理多格式支持结构化与非结构化分析平台大数据处理实时数据处理流式数据库连续数据处理变更数据捕获识别数据变化事件驱动架构响应式处理微批处理小批量高效处理数据库安全合规GDPR数据保护法规欧盟数据保护各国法律要求审计跟踪访问控制操作记录追溯权限最小化数据库测试策略单元测试功能点验证集成测试组件协同验证性能测试负载能力评估混沌工程故障恢复验证数据库架构演进单体到微服务垂直拆分读写分离功能分解按功能模块拆分负载均衡策略数据库未来趋势AI辅助设计智能模式推荐自治数据库自我优化管理量子数据库超高速计算生态系统整合4无缝连接平台跨数据库查询联邦查询异构数据整合数据虚拟化多源整合不同类型结合统一访问层•查询分发•模式映射•视图抽象•结果合并•类型转换•实时集成•性能优化•兼容处理•透明访问数据库架构最佳实践设计原则可扩展性高内聚低耦合水平垂直扩展成本效益高可用性3资源合理利用故障自动恢复职业发展技能认证专业能力行业资质全栈数据技术厂商技术认证学习前景持续进步市场需求在线课程研讨数据驱动未来课程总结关键知识点回顾核心理论掌握数据库管理的挑战与机遇应对复杂环境持续学习的重要性技术快速迭代技术发展展望把握未来方向。