《DB數據庫指南》課件

DB數據庫指南課程大綱數據庫發(fā)展歷程從早期的文件系統(tǒng)到現(xiàn)代的云數據庫，回顧數據庫技術的演進。數據庫基本概念深入理解數據庫的概念、類型、架構和應用場景。數據模型探索不同的數據模型，包括關系模型、面向對象模型等。關系數據庫學習關系數據庫的核心概念，包括關系代數、SQL語言和數據庫設計。數據庫發(fā)展歷程早期文件系統(tǒng)數據的存儲和管理非常簡單，通常使用平面文件系統(tǒng)。層次數據庫模型將數據組織成樹狀結構，數據之間存在著父子關系。網絡數據庫模型數據之間存在更復雜的關系，可以形成網狀結構。關系數據庫模型將數據組織成二維表格，并使用關系代數操作進行數據管理。面向對象數據庫模型支持面向對象的概念，能夠更好地處理復雜的數據類型和關系。NoSQL數據庫提供了一種靈活的、可擴展的、非關系型數據存儲方式，適合處理海量數據。數據庫基本概念數據是數據庫的核心，它是所有操作和分析的基礎。它可以是數字、文本、圖像等各種形式。數據庫模式定義了數據結構，包括表、列、數據類型和關系，它就像一個藍圖，指導著數據組織和管理。數據庫是一個有組織的數據集合，它允許用戶存儲、管理和訪問數據，并提供高效的數據檢索和操作功能。數據模型簡介數據模型數據模型是描述數據結構、數據之間關系以及數據操作規(guī)則的抽象表示。它為數據庫設計提供藍圖，確保數據的一致性和完整性。模型類型常見的數據庫模型包括層次模型、網狀模型、關系模型、面向對象模型等。每個模型都有其優(yōu)缺點，適合不同的應用場景。關系數據模型表格結構關系數據模型使用表格來存儲和管理數據。表格包含行和列，分別代表記錄和屬性。主鍵約束每個表格都具有一個主鍵，用于唯一標識每條記錄。主鍵值必須是唯一的，且不可為空。外鍵約束外鍵用于在不同表格之間建立關系。外鍵的值引用另一個表格的主鍵，確保數據一致性。關系代數運算1選擇從關系中選取滿足特定條件的元組。2投影從關系中選取特定的屬性列。3并集將兩個關系中所有元組合并在一起，去除重復元組。4交集將兩個關系中同時存在的元組保留下來。SQL語言基礎數據定義SQL語言基礎包括數據定義、數據操作、數據控制等語言，并包含DDL、DML、DCL語句。數據操作SQL語言可進行數據插入、刪除、更新、查詢等操作。數據控制SQL語言可用于設定數據訪問權限、控制數據完整性、管理數據庫安全等。DDL語句創(chuàng)建表定義表結構，包括字段名、數據類型、約束等。修改表修改現(xiàn)有表結構，例如添加字段、修改數據類型等。刪除表刪除表及其所有數據。DML語句INSERT插入新數據記錄UPDATE修改現(xiàn)有數據記錄DELETE刪除數據記錄DCL語句數據控制語言DCL語句用于控制數據庫的訪問權限，確保數據安全和完整性。主要語句GRANT:授予用戶訪問權限REVOKE:取消用戶訪問權限數據庫設計概念1需求分析明確業(yè)務需求，確定要存儲的數據及其關系。2概念設計建立數據模型，描述數據結構和關系，通常采用E-R模型。3邏輯設計將概念模型轉換為具體的數據庫模式，選擇合適的數據庫系統(tǒng)。4物理設計確定數據庫的物理存儲結構，例如文件組織方式、索引策略等。實體關系模型實體關系模型(ERM)是數據庫設計中的一種重要模型，它將現(xiàn)實世界的信息以實體、屬性和關系的形式表示。實體是現(xiàn)實世界中可以區(qū)分的任何事物，例如學生、課程、教師等。屬性是實體的特性，例如學生姓名、學號、性別等。關系是指實體之間的聯(lián)系，例如學生和課程之間的“選課”關系。關系數據庫設計1數據規(guī)范化消除數據冗余2關系模式設計定義表結構和屬性3數據完整性保證數據一致性和準確性范式理論第一范式（1NF）每個屬性都是不可分割的原子值，每個屬性值都是不可再分的。第二范式（2NF）滿足1NF，且所有非主鍵屬性都完全依賴于主鍵，避免部分依賴。第三范式（3NF）滿足2NF，且所有非主鍵屬性都不傳遞依賴于主鍵，避免傳遞依賴。數據庫安全性1數據完整性確保數據準確、一致和可靠，防止意外或惡意修改。2數據保密性保護敏感數據不被未授權訪問，防止泄露或丟失。3數據可用性保證數據隨時可用，即使在故障或攻擊情況下也能正常訪問。訪問控制機制用戶角色為不同用戶分配不同的角色，例如管理員、普通用戶等，并根據角色設置不同的訪問權限。權限控制控制用戶對數據的操作，例如查看、修改、刪除等，確保數據安全性和完整性。數據加密對敏感數據進行加密，防止未經授權的訪問，提高數據安全等級。備份與恢復數據備份定期備份數據以防止數據丟失或損壞。常見備份方法包括：完整備份：備份整個數據庫增量備份：備份自上次完整備份以來更改的數據差異備份：備份自上次增量備份以來更改的數據數據恢復使用備份數據恢復丟失或損壞的數據。恢復過程通常包括：還原完整備份應用增量或差異備份驗證恢復數據事務處理概念原子性事務中的所有操作要么全部成功，要么全部失敗，保證數據的一致性。一致性事務執(zhí)行后，數據庫必須從一個一致狀態(tài)轉換為另一個一致狀態(tài)。隔離性多個事務并發(fā)執(zhí)行時，互不干擾，保證數據完整性。持久性事務一旦提交，其修改將永久保存在數據庫中，即使系統(tǒng)崩潰也不會丟失。事務ACID特性1原子性(Atomicity)事務是一個不可分割的操作單元，要么全部執(zhí)行成功，要么全部執(zhí)行失敗。如果事務執(zhí)行過程中出現(xiàn)錯誤，則會回滾到初始狀態(tài)。2一致性(Consistency)事務執(zhí)行前后，數據庫必須保持一致性。即事務執(zhí)行前數據庫處于一個一致的狀態(tài)，執(zhí)行完之后也必須處于一個一致的狀態(tài)。3隔離性(Isolation)多個事務并發(fā)執(zhí)行時，彼此之間相互隔離，一個事務的執(zhí)行不會影響其他事務的執(zhí)行結果。4持久性(Durability)事務一旦提交，其對數據庫的修改就應該永久保存，即使系統(tǒng)出現(xiàn)故障，也應該能恢復。并發(fā)控制機制樂觀鎖樂觀鎖假設沖突很少發(fā)生，在更新數據時不會立即鎖定數據，而是在提交更新時檢查數據是否被其他事務修改過，如果有沖突就進行回滾。悲觀鎖悲觀鎖假設沖突經常發(fā)生，在更新數據時會立即鎖定數據，直到更新完成才釋放鎖，防止其他事務修改數據。死鎖問題資源競爭多個事務同時請求資源，導致相互等待，無法繼續(xù)執(zhí)行。循環(huán)等待多個事務形成循環(huán)等待關系，每個事務都等待對方釋放資源，無法完成操作。預防死鎖使用鎖順序、超時機制等方法防止死鎖發(fā)生。檢測與解除通過監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)，檢測死鎖發(fā)生，并采取措施將其解除。索引機制加速數據檢索索引類似于書籍目錄，提供快速查找數據的方法，無需掃描整個數據庫表。提升查詢性能索引幫助數據庫引擎快速定位符合搜索條件的數據，大幅縮短查詢時間。優(yōu)化數據庫操作索引優(yōu)化數據排序、分組、連接等操作，提高數據庫整體效率。SQL優(yōu)化策略執(zhí)行計劃分析了解SQL語句的執(zhí)行計劃，識別性能瓶頸。索引優(yōu)化選擇合適的索引類型和字段，提升查詢效率。查詢語句優(yōu)化使用更有效的查詢語句，減少數據訪問量。數據庫管理系統(tǒng)數據存儲與管理DBMS是用于創(chuàng)建、維護和訪問數據庫的軟件系統(tǒng)，提供數據存儲、檢索和管理功能。數據一致性和完整性DBMS確保數據的一致性和完整性，通過數據約束、事務處理等機制，保證數據的準確性和可靠性。數據安全性和權限控制DBMS提供數據安全性和權限控制，通過用戶身份驗證、訪問控制列表等機制，保護數據庫安全。數據備份與恢復DBMS提供數據備份與恢復功能，可以定期備份數據，并在出現(xiàn)數據丟失或損壞時進行恢復。分布式數據庫1數據分布式存儲將數據分散到多個物理節(jié)點上，以提高數據存儲容量和可用性。2數據處理并行化將查詢和更新操作分散到多個節(jié)點上，以提升性能和吞吐量。3提高數據容錯性通過數據復制和冗余機制，即使部分節(jié)點失效，仍然可以保證數據的完整性。云數據庫平臺彈性擴展根據需求動態(tài)調整資源，無需預先規(guī)劃安全可靠提供數據加密、訪問控制等安全措施成本優(yōu)化按需付費，降低運維成本NoSQL數據庫靈活的結構NoSQL數據庫提供靈活的結構，可以輕松存儲和查詢各種類型的數據，不受傳統(tǒng)關系型數據庫的限制。高性能NoSQL數據庫旨在處理大規(guī)模數據集，并提供比關系型數據庫更高的性能，特別是在讀寫密集型場景中?？蓴U展性NoSQL數據庫通?？梢运綌U展，通過添加更多節(jié)點來處理不斷增長的數據量和用戶流量。數據庫發(fā)展趨勢1云原生數據庫基于云計算平臺，提供高可用性、可擴展性和彈性。2無服務器數據庫自動伸縮，按需付費，簡化數據庫管理。3數據湖和數據倉