九、数据库

1,概述、三级模式两级映像、数据库设计步骤

三级模式:

内模式（物理模式、存储模式。文件）

模式（概念模式、逻辑模式、模式。面向数据库的设计人员。表结构）

外模式（视图）

两级映像:

模式和内模式 物理独立性

外模式和模式 逻辑独立性

一个数据库可以有多个外模式，只有一个模式和内模式

数据库设计：

1需求分析--数据流图、数据字典、需求说明书。

2概念结构设计--得到ER图

ER图合并的时候会产生的三类冲突：

属性冲突 学生--姓名 学院--姓名 同一个属性在不同

命名冲突 同一个含义不同名字

结构冲突 同一个实体在不同对象里有不同的属性

3逻辑结构设计--将ER图变为关系模式（表）

4物理设计--存储结构

5数据库实施阶段--建库建表

6数据库运行和维护阶段

2,数据模型：

数据模型分为

1概念模型（ER图）

2关系模型（二维表形式的ER图） 元组（行） 属性（列）

3网状模型：形成一张网

4面向对象模型： 对象

数据库模型三要数：数据结构、数据操作、数据的约束条件

3,代数关系：

并(加法) 交（共有部分） 差（减法）A-B B-A不一样 被减数独有部分

笛卡尔积：S1XS2(全排列) (列名相加数据相乘)

投影：Π 选择要展示的列select

选择:σ 按条件选择某行where no=1

自然连接：(列名去重复相加，筛选共有元素相同的行保留)选择属性列并集的行 ABC ACD ---> ABCD

4,函数依赖

函数依赖：X-->Y X决定Y Y依赖X

两种规则：

部分函数依赖，传递函数依赖

设关系模式R(U,F)，其中U为属性集，F是U上的一组函数依赖。

函数依赖的公理系统：（阿姆斯特朗公理）

自反律:对于任意属性集合X和Y，有Y属于X，X属于U，则X→Y被F逻辑蕴含。也就是说如果属性集Y属于X，则X可以决定Y，又可以说属性集X可以决定他的属性子集。

增广律:对于任意属性集合X、Y和Z，如果X →Y，那么XZ →YZ

传递律:任意属性集合X、Y和Z，如果X →Y且Y →Z，那么X → Z。

可推导

合并律: 对于任意属性集合X、Y和Z，如果X →Y和X → Z，那么X →YZ

分解律：对于任意属性集合X、Y和Z，如果X→YZ，则X→Y和X→Z。

合成律：对于任意属性集合X、Y和Z，如果X →Y且Y →Z，那么XZ →YZ。

5,键

超键（码）：唯一标识记录的属性集合

候选键：最小的超键去掉冗余

主属性：有代表意义的，不是有其他属性推导出来的属性。候选键的并集

主键： 候选键中选的一个属性或者属性集。

候选关键字:根据依赖集，从未出现过在右边，必然是候选键，然后看能遍历所有属性。只有出度没有入度

6,约束：

外键：是指一个表中的属性，它引用另一个表中的主键。外键用于建立表之间的关系。

实体完整性约束：即主键约束，主键值不能为空，也不能重复。

参照完整性约束：即外键约束，外键必须是其他表中已经存在的主键的值，或者为空。

用户自定义完整性约束：自定义表达式约束，如设定年龄属性的值必须在0到180之间。

7,范式

概念设计中ER模型转关系模型

1NF 不可以拆分出小表，不满足exel（无小表）

2NF 有联合主键 （联合主键 ） 每一个非主属性完全依赖于某一个候选键

3NF 有传递依赖 （每个列都和主键有关） 每一个非主属性不依赖于其他非主属性

BCNF 数据冗余，解决更新操作不正确的问题

8,反规范化

反规范化技术：规范化设计后，数据库设计者希望牺牲部分规范化来提高性能

具体方式：

1增加余列：在多个表中保留相同的列

2增加派生列：在表中增加可以由本表或其它表中数据计算生成的列。

3重新组表：把这两个表重新组成一个表来减少连接而提高性能。

4水平分割表：根据一列或多列数据的值，把数据放到多个独立的表。

5垂直分割表：对表进行分割，将主键与部分列放到一个表中

9,模式分解

有损连接：R1交R2>R1-R2或R2-R1

是否保持函数依赖分解：对于关系模式R，有依赖集F，若对R进行分解，分解出来的多个关系模式，保持原来的依赖集不变，则为保持函数依赖的分解。另外，注意要消除掉冗余依赖(如传递依赖)

有损无损分解：分解后的关系模式能够还原出原关系模式，就是无损分解，不能还原就是有损

是否保持函数依赖案例：设原关系模式R(A，B，C)，依赖集F(A->B，B->C，A->C)，将其分解为两个关系模式R1 (A，B)和R2(B，C)，此时R1 中保持依赖A->B，R2保持依赖B->C，说明分解后的R1 和R2是保持函数依赖的分解，因为A->C这个函数依赖实际是一个冗余依赖，可以由前两个依赖传递得到，因此不需要管。

定理：如果R的分解为p={R1 ，R2}，F为R所满足的函数依赖集合，分解p具有无损连接性的充分必要条件是R1∩R2->(R1 -R2)或者R1 ∩R2->(R2-R1 )。

10,并发控制和封锁协议

事务ACID特性：

操作原子性A:银行转账，要么全做要么全不做

数据一致性C：A减少,B就应该收到

执行隔离性I: 在提交之前对其他事务都不可见

改变持续性D: 结果改变是持续的

加锁是解决事务并发造成的更新丢失，数据复读，读脏数据

X排它锁（写锁）不能加任何锁

S共享锁（读锁）只能加读锁

一级封锁协议：修改之前加X，解决丢失更新

二级封锁协议：一的基础上，读的时候加S,解决不可重复读,读脏数据

三级封锁协议：加X S

11,SQL语句包括：

DDL数据定义语言

DML数据操作语言

DQL数据查询语言

TCL事务控制语言

DCL数据控制语言

1数据定义语言(DDL)：用于定义数据库对象，如表、视图、索引等。包括CREATE、ALTER、DROP等语句。

2数据操作语言(DML)：用于对数据库中表的数据进行增删改操作。包括INSERT、UPDATE、DELETE等语句。

3数据查询语言(DQL)：用于查询数据库中表的记录。主要是SELECT语句及其子句

排序order by，默认为升序(ASC)，降序要加关键字DESC：select * from t1 order by sno

分页limit，limit startIndex,pageSize，startIndex代表从第几项开始，pageSize代表展示多少项数据，startIndex从0开始算：select * from t1 limit 0,1 0

分组查询group by，分组时要注意select后的列名要适应分组，having为分组查询附加条件：select sno，avg(score) from student group by sno having(avg(score)>60)

字符串匹配：like，%匹配多个字符串，_匹配任意一个字符串：select * from t1 where snamelike'a_'

4事务控制语言(TCL)：用于管理数据库事务。包括COMMIT、ROLLBACK、SAVEPOINT等语句。

5数据控制语言(DCL)：用于管理数据库的权限和安全性。主要是GRANT和REVOKE语句。

12,应用程序与数据库交互:

应用程序通过程序接口来访问数据库

包括

1 库函数级别访问接口 OCI

2 嵌入SQL访问接口

3 通用数据接口标准：为不同的数据库提供统一的接口(ODBC)

4 ORM访问接口：使用框架技术让对象和数据库中的表产生映射

ODBC--->JDBC

ORM访问接口：myBAtis，JPA,Hibernate

13,nosql非关系型数据库

NOSQL：非关系型数据库（易拓展、大数据、高性能、高可用、灵活的数据模型）不保证ACID

Nosql框架分层（从下到上）：数据持久层、数据分布层、数据逻辑模型层、接口层

列式存储数据库：行列存储数据，分布式海量数据。HBase

键值对数据库：简单易部署Key-Value redis

文档型数据库：键值对升级版，允许嵌套 MongDb

图数据库：图形 Neo4J

NoSQL的特征：易拓展、大数据量、高性能、灵活的数据模型、高可用

NoSQL的框架分层(从下至上)：数据持久层、数据分布层、数据逻辑模型层和接口层，层次之间相辅而成，协调工作。

NoSQL适用于哪些场景：数据模型比较简单、需要灵活性更强的系统、对数据性能要求高、不需要高度的数据一致性。