2024软件设计师备考讲义——（7）

数据库技术

一、数据库基础

1.数据库系统

• DB、DBS、DBA、DBMS

2.三级模式两级映像

• 内模式

  • 物理存储

• 概念模式

  • 基本表

• 外模式

  • 用户使用应用程序，视图级别

• 外模式-概念模式的映像

  • 表和视图之间的映射
  • 若表中数据变化，只要修改映射，不用改程序

• 概念模式-内模式的映像

  • 表和物理数据之间的映射
  • 若改了数据存储方式，只要改映射，不用改程序

3.数据库设计

• 需求分析：数据流图、数据字典、需求说明书(文档)
• 概念结构设计：E-R图
• 逻辑结构设计：将E-R图转换成关系模式
• 物理设计

4.数据模型

• 三要素：数据结构、数据操作、数据的约束条件
• E-R图：椭圆形(属性)、长方形(实体)、菱形(联系)、连线
• 联系分类：1对1、1对多、多对多

5.关系代数

表与表的逻辑运算

• 并
• 交
• 差
• 笛卡尔积RxS
• 投影
• 选择
• 自然连接
  • 显示全部列，重复只显示一次
  • 显示所有属性相同且值相同的记录
• RxS与自然连接的等价关系表达式
  • π投影列，σ选择行的条件，∧并且，∪或者

二、规范化和并发控制

1.函数依赖

• A-->B A决定B，B依赖于A
• 部分依赖
• 传递依赖
• 依赖公理

2.键与约束

• 超键：能唯一标识此表的属性组合
• 候选键：超键中去掉冗余属性，剩下的
• 主键：在候选键中任选一个
• 外键：其他表中的主键
• 主属性：候选键中的属性为主属性，其他属性为非主属性
• 实体完整性：主键
• 参照完整性：外键
• 自定义完整性：自定义表达式约束

3.范式

• 第一范式1NF
• 第二范式2NF，消除非主属性对于主属性的部分依赖
• 第三范式3NF，消除传递依赖
• BC范式BCNF，进一步消除主属性对于码的部分依赖和传递依赖

  每种情况每个依赖的左边决定因素都必然包含候选键

4.模式分解

• 保持依赖的分解
  • 分解出来的多个关系模式保持原来的依赖集不变（要消除冗余依赖）
• 无损分解
  • 分解后的关系模式能够还原出原关系模式
  • 对于两个关系模式的分解则有 R1∧R2 -> (R1-R2)或(R2-R1)

5.并发控制

• 事务的特性：原子性、一致性、隔离性、持久性
• 并发控制的问题：丢失更新、不可重复读、读脏数据

6.封锁协议

• 排他锁X(写锁)
  • 不可再加其他任何锁
• 共享锁S(读锁)
  • 可以继续加共享锁，不可加排他锁
• 三级封锁协议

三、数据库新技术

1.数据库安全

• 措施

  • 用户标识和鉴定
  • 存取控制(各种权限授权)
  • 密码存储的传输(远程终端信息)
  • 视图保护(视图授权)
  • 审计(记录操作)

• 故障与解决

  • 事务本身可预期故障，在程序中预设rollback语句
  • 事务本身不可预期故障，通过日志恢复撤销事务
  • 系统故障，停止运转，检查点法
  • 介质故障，使用日志重做业务

• 备份

  • 静态转储(冷备份)，停机
  • 动态转储(热备份)，不停机
  • 完全备份、差量备份、增量备份

2.分布式数据库

3.数据仓库

• 面向主题、集成的、非易失的(稳定)、随时间变化(历史变化)的数据集合
• 结构层次：数据源、数据的存储和管理、OLAP(联机分析处理)服务器、前端工具
• 商业智能BI
  • 数据预处理ETL
  • 建立数据仓库
  • 数据分析
  • 数据展现

4.反规范化技术

• 含义
  • 牺牲规范化来提高性能
  • 好处：降低连接操作的需求、降低外码索引数目，减少表，提高查询效率
  • 问题：数据重复存储，浪费磁盘空间；数据完整性问题；增加维护复杂性，降低修改速度
• 具体方法
  • 增加冗余列
  • 增加派生列
  • 重新组表
  • 水平分割表
  • 垂直分割表

5.大数据

• 特点：大量化、多样化、价值密度低、快速化
• 与传统数据对比

  比较维度	传统	大数据
  数据量	GB或TB	PB或以上
  分析需求	现有数据分析检测	深度分析(关联分析/回归分析)
  硬件平台	普通/高端服务器	集群平台

• 大数据处理系统特征
  • 高可扩展、高性能、高容错
  • 持异构环境、较短分析延迟
  • 易用且开放接口
  • 成本较低、向下兼容性

四、SQL语言

DDL

• 建表
• 删表
• 修改表
• 建索引
• 建视图

DML

• 插入
• 删除
• 修改/更新

DQL

• 条件查询
• 连接查询
• 聚合函数查询