《數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)》課件

數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)是指數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中的組織方式，它決定了數(shù)據(jù)的存儲、訪問和管理方式。by數(shù)據(jù)庫基本概念數(shù)據(jù)組織數(shù)據(jù)庫將數(shù)據(jù)存儲在結(jié)構(gòu)化的表格中，方便訪問和管理。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS用于創(chuàng)建、維護和訪問數(shù)據(jù)庫，提供了數(shù)據(jù)管理的工具。數(shù)據(jù)庫用戶用戶通過DBMS與數(shù)據(jù)庫交互，查詢、更新和管理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和關(guān)系的抽象表示。它描述了數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系和組織方式，為數(shù)據(jù)庫設(shè)計和實現(xiàn)提供指導(dǎo)。常見的數(shù)據(jù)模型包括層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型和面向?qū)ο竽Ｐ偷取ｊP(guān)系模型以表格的形式組織數(shù)據(jù)，并通過主鍵和外鍵建立關(guān)聯(lián)，是目前最常用的數(shù)據(jù)模型。關(guān)系數(shù)據(jù)模型11.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化關(guān)系模型使用二維表存儲數(shù)據(jù)，表包含行（元組）和列（屬性）。22.關(guān)系運算關(guān)系代數(shù)定義了操作關(guān)系表的方法，包括選擇、投影、連接和并集等。33.數(shù)據(jù)完整性通過數(shù)據(jù)完整性約束確保數(shù)據(jù)一致性和準確性，包括主鍵約束、外鍵約束等。44.規(guī)范化理論關(guān)系數(shù)據(jù)庫規(guī)范化理論旨在減少數(shù)據(jù)冗余，提高數(shù)據(jù)庫性能和維護效率。關(guān)系代數(shù)及其運算1并集運算將兩個關(guān)系合并成一個新的關(guān)系，包含兩個關(guān)系的所有元組，去除重復(fù)元組。2交集運算返回兩個關(guān)系中同時存在的元組，即在兩個關(guān)系中都出現(xiàn)的元組。3差集運算從第一個關(guān)系中刪除在第二個關(guān)系中出現(xiàn)的元組，得到第一個關(guān)系中獨有的元組。4笛卡爾積運算將兩個關(guān)系的所有元組進行配對，生成一個新的關(guān)系，包含所有可能的元組組合。5選擇運算從關(guān)系中選擇滿足特定條件的元組，形成一個新的關(guān)系。6投影運算從關(guān)系中選擇指定的屬性列，生成一個新的關(guān)系。7連接運算將兩個關(guān)系基于公共屬性進行連接，形成一個新的關(guān)系。數(shù)據(jù)定義語言(DDL)創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫使用CREATEDATABASE語句創(chuàng)建新的數(shù)據(jù)庫，并指定數(shù)據(jù)庫名稱和相關(guān)屬性。創(chuàng)建表使用CREATETABLE語句創(chuàng)建新的數(shù)據(jù)表，定義表名、列名、數(shù)據(jù)類型和約束。修改表結(jié)構(gòu)使用ALTERTABLE語句修改現(xiàn)有數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)，例如添加或刪除列、修改列數(shù)據(jù)類型等。刪除數(shù)據(jù)庫和表使用DROPDATABASE和DROPTABLE語句刪除數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)表。關(guān)系模式與數(shù)據(jù)完整性關(guān)系模式定義了關(guān)系數(shù)據(jù)庫中表結(jié)構(gòu)，包括屬性名稱、數(shù)據(jù)類型和約束。數(shù)據(jù)完整性確保數(shù)據(jù)準確性、一致性和可靠性，防止錯誤數(shù)據(jù)進入數(shù)據(jù)庫。完整性約束描述實體完整性每個關(guān)系表都必須有主鍵，主鍵值不能為null。參照完整性外鍵值必須匹配主表中的主鍵值，確保數(shù)據(jù)一致性。域完整性每個屬性值必須來自其定義域，確保數(shù)據(jù)類型正確。關(guān)系數(shù)據(jù)庫規(guī)范化理論關(guān)系數(shù)據(jù)庫規(guī)范化理論，旨在通過分解關(guān)系模式，消除數(shù)據(jù)冗余，減少數(shù)據(jù)更新異常，提高數(shù)據(jù)完整性。1第一范式(1NF)屬性不可再分2第二范式(2NF)滿足1NF且部分依賴消除3第三范式(3NF)滿足2NF且傳遞依賴消除4BCNF滿足3NF且所有決定因素都是候選鍵5第四范式(4NF)滿足BCNF且多值依賴消除數(shù)據(jù)庫規(guī)范化理論提供了一套規(guī)范化的標準和方法，指導(dǎo)數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員設(shè)計出高質(zhì)量的數(shù)據(jù)庫。視圖的定義與應(yīng)用虛擬表視圖是基于基本表或其他視圖的虛表，不包含實際數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)安全視圖可以限制用戶對數(shù)據(jù)的訪問權(quán)限，保護敏感信息。數(shù)據(jù)訪問視圖簡化了對數(shù)據(jù)的訪問，提供更清晰的邏輯結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)管理視圖可以幫助簡化數(shù)據(jù)庫管理，方便數(shù)據(jù)的維護和更新。存儲結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)索引存儲結(jié)構(gòu)是數(shù)據(jù)庫如何組織數(shù)據(jù)的物理表示。數(shù)據(jù)索引是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于快速查找和訪問數(shù)據(jù)。它使用指針指向數(shù)據(jù)塊中的實際數(shù)據(jù)位置。常見的存儲結(jié)構(gòu)包括堆文件組織、索引順序組織、哈希文件組織等。索引類型包括主索引、輔助索引和聚集索引。數(shù)據(jù)查詢語言(DQL)結(jié)構(gòu)化查詢語言(SQL)SQL是標準化的數(shù)據(jù)查詢語言，用于檢索和處理關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。DQL允許用戶根據(jù)需要提取數(shù)據(jù)，支持各種查詢條件和復(fù)雜邏輯。DQL的基本語法DQL語句通常以SELECT開頭，并包含要檢索的列和表。DQL還支持WHERE子句用于過濾數(shù)據(jù)，以及ORDERBY子句用于排序結(jié)果。SELECT語句的使用基本語法SELECT語句用于從數(shù)據(jù)庫表中檢索數(shù)據(jù)?；菊Z法包括SELECT、FROM和WHERE子句，用于指定要檢索的列、表和條件。列選擇使用星號(*)選擇所有列，或使用列名列表選擇特定列。可以使用AS子句重命名列名，方便理解。條件過濾WHERE子句用于指定檢索條件，過濾滿足條件的行。可以使用運算符、比較符和邏輯運算符構(gòu)建復(fù)雜條件。排序ORDERBY子句用于對結(jié)果集進行排序，可以使用列名和ASC或DESC指定排序順序?？梢允褂枚鄠€列進行多級排序。多表查詢與連接1內(nèi)連接返回兩個表中匹配條件的所有行2左外連接返回左表所有行，右表匹配條件行3右外連接返回右表所有行，左表匹配條件行4全連接返回所有表中所有行連接操作用于將多個表中的數(shù)據(jù)組合在一起。內(nèi)連接只返回匹配條件的行，而外連接則包括所有行。全連接返回所有可能的組合。聚合函數(shù)與分組11.聚合函數(shù)聚合函數(shù)是對數(shù)據(jù)集進行匯總計算，例如求和、平均值、最大值等。22.分組將數(shù)據(jù)集根據(jù)特定列的值進行分組，并對每組數(shù)據(jù)應(yīng)用聚合函數(shù)進行計算。33.HAVING子句對分組后的結(jié)果進行過濾，只保留滿足條件的組。44.GROUPBY通過分組，可以更好地分析數(shù)據(jù)，并提取有價值的信息。子查詢的應(yīng)用1嵌套查詢子查詢嵌套在主查詢中。2數(shù)據(jù)篩選根據(jù)子查詢結(jié)果篩選數(shù)據(jù)。3數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)聯(lián)兩個或多個表，提高查詢效率。4數(shù)據(jù)聚合利用子查詢進行分組統(tǒng)計。子查詢作為一種高級查詢技術(shù)，在實際應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用。它可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)篩選、關(guān)聯(lián)、聚合等功能，提高查詢效率和靈活性。數(shù)據(jù)操作語言(DML)數(shù)據(jù)操作語言數(shù)據(jù)操作語言(DML)用于對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行增刪改查操作。DML包括INSERT、UPDATE、DELETE等語句。常用DML語句INSERT：插入新數(shù)據(jù)UPDATE：修改已有數(shù)據(jù)DELETE：刪除數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)操作語言(DML)INSERT將新數(shù)據(jù)插入數(shù)據(jù)庫表中UPDATE修改現(xiàn)有數(shù)據(jù)記錄DELETE刪除數(shù)據(jù)記錄事務(wù)處理基本概念原子性事務(wù)是一個不可分割的操作單元，要么全部成功，要么全部失敗。一致性事務(wù)必須確保數(shù)據(jù)庫從一個一致的狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一個一致的狀態(tài)。隔離性多個事務(wù)并發(fā)執(zhí)行時，不能互相干擾，相互獨立。持久性一旦事務(wù)成功完成，其結(jié)果將永久保存在數(shù)據(jù)庫中。事務(wù)的ACID特性原子性(Atomicity)事務(wù)是一個不可分割的操作單元，要么全部成功，要么全部失敗。一致性(Consistency)事務(wù)執(zhí)行前和執(zhí)行后，數(shù)據(jù)庫必須處于一致的狀態(tài)。隔離性(Isolation)多個事務(wù)并發(fā)執(zhí)行時，彼此之間互不干擾，每個事務(wù)仿佛獨自運行。持久性(Durability)一旦事務(wù)成功完成，其對數(shù)據(jù)庫的更改將永久保存。并發(fā)控制機制樂觀鎖樂觀鎖假設(shè)并發(fā)操作很少發(fā)生，并允許操作繼續(xù)，然后在提交時檢查沖突。如果發(fā)生沖突，則回滾事務(wù)，并嘗試再次提交。例如，版本號機制。悲觀鎖悲觀鎖假設(shè)并發(fā)操作頻繁，并在訪問數(shù)據(jù)之前獲取鎖，以防止其他事務(wù)同時修改數(shù)據(jù)。鎖機制可以保證數(shù)據(jù)的完整性，但可能導(dǎo)致性能下降，因為鎖會阻止其他事務(wù)訪問數(shù)據(jù)。鎖機制與死鎖問題鎖機制防止并發(fā)訪問沖突，保持數(shù)據(jù)一致性死鎖問題多個事務(wù)互相等待對方釋放資源死鎖解決死鎖檢測死鎖預(yù)防死鎖恢復(fù)備份和恢復(fù)數(shù)據(jù)備份的重要性定期備份數(shù)據(jù)庫可以防止數(shù)據(jù)丟失，有效保護數(shù)據(jù)庫的安全性和完整性。數(shù)據(jù)恢復(fù)方法當數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)故障或意外損壞時，可以使用備份數(shù)據(jù)恢復(fù)丟失的數(shù)據(jù)，確保業(yè)務(wù)連續(xù)性。備份策略與工具制定合理的備份策略，定期備份數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，以確保數(shù)據(jù)的安全性。選擇合適的備份工具，例如數(shù)據(jù)庫自帶工具或第三方備份軟件，進行數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)操作。數(shù)據(jù)庫安全性數(shù)據(jù)加密保護敏感信息，防止未經(jīng)授權(quán)的訪問。訪問控制通過用戶身份驗證和授權(quán)，限制對數(shù)據(jù)的訪問。數(shù)據(jù)備份定期備份數(shù)據(jù)，以防數(shù)據(jù)丟失或損壞。入侵檢測監(jiān)控數(shù)據(jù)庫活動，發(fā)現(xiàn)可疑行為并采取措施。權(quán)限管理1用戶身份驗證數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)根據(jù)用戶身份識別，驗證其訪問權(quán)限。2授權(quán)分配不同類型的訪問權(quán)限，例如讀取、寫入或修改數(shù)據(jù)。3角色管理創(chuàng)建角色并分配權(quán)限，簡化管理流程。4訪問控制列表(ACL)定義用戶或角色可以訪問的特定對象或數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)是指數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)內(nèi)部各個組件之間的組織結(jié)構(gòu)，以及它們之間的相互關(guān)系。主要包括物理層、概念層和外部層，分別對應(yīng)著物理存儲結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)模型和用戶視圖，提供不同的抽象級別。分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)數(shù)據(jù)分片將大型數(shù)據(jù)庫拆分成多個較小的部分，分布在不同服務(wù)器上，以提高性能和可擴展性。數(shù)據(jù)復(fù)制將數(shù)據(jù)復(fù)制到多個節(jié)點上，以提高容錯能力，確保數(shù)據(jù)可用性。分布式事務(wù)處理協(xié)調(diào)跨多個節(jié)點的事務(wù)，保證數(shù)據(jù)一致性和完整性。數(shù)據(jù)一致性確保分布在多個節(jié)點上的數(shù)據(jù)保持一致，并解決并發(fā)訪問導(dǎo)致的數(shù)據(jù)沖突問題。數(shù)據(jù)庫性能優(yōu)化查詢優(yōu)化優(yōu)化查詢語句，選擇最優(yōu)執(zhí)行計劃。索引優(yōu)化創(chuàng)建合適索引，加速數(shù)據(jù)檢索。存儲優(yōu)化選擇合適的存儲結(jié)構(gòu)和硬件配置。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)未來發(fā)展趨勢云原生數(shù)據(jù)庫云計算快速發(fā)展，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)向云端遷移趨勢。人工智能與數(shù)據(jù)庫人工