一、基礎(chǔ)概念

數(shù)據(jù)（Data）是描述事物的符號(hào)記錄，是指利用物理符號(hào)記錄下來(lái)的、可以鑒別的信息。

1、數(shù)據(jù)庫(kù)（Database，DB）是指長(zhǎng)期儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)中的有組織的、可共享的數(shù)據(jù)集合。數(shù)據(jù)要按照一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和存儲(chǔ)，具有較小的冗余度、較高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性，系統(tǒng)易于擴(kuò)展，并可以被多個(gè)用戶分享。

數(shù)據(jù)的三個(gè)基本特點(diǎn)：

• 永久存儲(chǔ)
• 有組織
• 可共享

2、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）是專門用于建立和管理數(shù)據(jù)庫(kù)的一套軟件，介于應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)之間。 它實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的各種功能。是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的核心。

• 數(shù)據(jù)定義功能
• 數(shù)據(jù)操作功能
• 數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)行管理功能
• 數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和維護(hù)功能
• 數(shù)據(jù)組織、存儲(chǔ)和管理功能
• 數(shù)據(jù)的安全保證
• 數(shù)據(jù)的備份功能

3、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的構(gòu)成有：

• 用戶（終端用戶）
• 程序（API）
• 應(yīng)用程序：指以數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)的應(yīng)用程序
• 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)
• 數(shù)據(jù)庫(kù)管理員（DBA）：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫(kù)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、協(xié)調(diào)、維護(hù)和管理等工作
• 數(shù)據(jù)庫(kù)

4、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的架構(gòu)：

• 單機(jī)架構(gòu)
• 大型 主機(jī)/終端 架構(gòu)
• 主從式架構(gòu) c/s ：客戶/服務(wù)器結(jié)構(gòu)（Client/Server，C/S）中， “客戶端”、“前臺(tái)”或“表示層”主要完成與數(shù)據(jù)庫(kù)使用者的交互任務(wù)； “服務(wù)器”、“后臺(tái)”或“數(shù)據(jù)層”主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)管理。
• 分布式架構(gòu)

5、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

• 模式：也稱為概念模式或邏輯模式，是數(shù)據(jù)在邏輯上的視圖，即概念視圖
• 外模式：也稱為子模式或用戶模式 數(shù)據(jù)視圖，即用戶視圖
• 內(nèi)模式：也稱為存儲(chǔ)模式，是內(nèi)部視圖或存儲(chǔ)視圖

外模式/模式映像 保證了數(shù)據(jù)與程序的邏輯獨(dú)立性

內(nèi)模式/模式映像 保證了數(shù)據(jù)與程序的物理獨(dú)立性

6、模型

​模型（Model）是現(xiàn)實(shí)世界特征的模擬和抽象表達(dá)。

​數(shù)據(jù)模型是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界數(shù)據(jù)特征的抽象，描述的是數(shù)據(jù)的共性內(nèi)容。

二、數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)的發(fā)展

• 萌芽階段-----文件系統(tǒng) 使用磁盤文件來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)
• 初級(jí)階段-----第一代數(shù)據(jù)庫(kù) 出現(xiàn)了網(wǎng)狀模型、層次模型的數(shù)據(jù)庫(kù)
• 中級(jí)階段-----第二代數(shù)據(jù)庫(kù) 關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)和結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言
• 高級(jí)階段------新一代數(shù)據(jù)庫(kù) “關(guān)系-對(duì)象”型數(shù)據(jù)庫(kù)

1、文件系統(tǒng)管理的缺點(diǎn)

• 編寫應(yīng)用程序不方便
• 數(shù)據(jù)冗余不可避免
• 應(yīng)用程序依賴性
• 不支持對(duì)文件的并發(fā)訪問(wèn)
• 數(shù)據(jù)間聯(lián)系弱
• 難以按用戶視圖表示數(shù)據(jù)
• 無(wú)安全控制功能

2、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

• 相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)的集合
• 較少的數(shù)據(jù)冗余
• 程序與數(shù)據(jù)相互獨(dú)立
• 保證數(shù)據(jù)的安全、可靠
• 最大限度地保證數(shù)據(jù)的正確性
• 數(shù)據(jù)可以并發(fā)使用并能同時(shí)保證一致性

三、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)（RDBMS）概念

​關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)（Relation Database）是所有關(guān)系的集合，構(gòu)成一個(gè)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)。 以關(guān)系模型作為數(shù)據(jù)的邏輯模型，并采用關(guān)系作為數(shù)據(jù)組織方式的一類數(shù)據(jù)庫(kù)，其數(shù)據(jù)庫(kù)操作建立在關(guān)系代數(shù)的基礎(chǔ)上。

• 表（Table）是一個(gè)二維的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，由表名、列、若干行數(shù)據(jù)組成。
• 關(guān)系 ：關(guān)系就是二維表。并滿足如下性質(zhì)： 表中的行、列次序并不重要
• 行row：表中的每一行，又稱為一條記錄Record或元組Tuple。表中的數(shù)據(jù)按行存儲(chǔ)。
• 列column：表中的每一列，稱為屬性Attribute，字段Field
• 分量（Component） ：元組（行）中的一個(gè)屬性值，稱為分量。
• 鍵（Key）：屬性（或?qū)傩越M）的值都能用來(lái)唯一標(biāo)識(shí)該關(guān)系的元組，則稱這些屬性（或?qū)傩越M）為該關(guān)系的鍵。
• 主鍵（Primary key）：用于惟一確定一個(gè)記錄的字段
• 外鍵（Foreign Key） 某個(gè)屬性（或?qū)傩越M）不是這個(gè)關(guān)系的主碼或候選碼，而是另一個(gè)關(guān)系的主鍵。
• 參照關(guān)系（Referencing Relation）和被參照關(guān)系（Referenced Relation）：參照關(guān)系也稱為從關(guān)系，被參照關(guān)系也稱為主關(guān)系，它們是指以外鍵相關(guān)聯(lián)的兩個(gè)關(guān)系。
• 域domain：屬性的取值范圍，如，性別只能是‘男'和‘女'兩個(gè)值。
• 數(shù)據(jù)類型（Data Type） 每個(gè)列都有相應(yīng)的數(shù)據(jù)類型，它用于限制（或容許）該列中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。

1、事務(wù)transaction

多個(gè)操作被當(dāng)作一個(gè)整體對(duì)待

事務(wù)遵循ACID特性：

• A原子性：不可分割性，所有的動(dòng)作要全做，要不都不做
• C一致性：保持?jǐn)?shù)據(jù)一致性
• I隔離性：事務(wù)沒(méi)有完成無(wú)法看大最終數(shù)據(jù)
• dirty data 臟數(shù)據(jù)：事務(wù)沒(méi)做完的數(shù)據(jù)
• D持久性：持久影響，永久性

2、E-R模型（實(shí)體-聯(lián)系）

​實(shí)體Entity：客觀存在并可以相互區(qū)分的客觀事物或抽象事件稱為實(shí)體。在E-R圖中用矩形框表示實(shí)體，把實(shí)體名寫在框內(nèi)。

​屬性：實(shí)體所具有的特征或性質(zhì)

​聯(lián)系：聯(lián)系是數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)集合，是客觀存在的應(yīng)用語(yǔ)義鏈。聯(lián)系有實(shí)體內(nèi)部的聯(lián)系和實(shí)體之間的聯(lián)系。實(shí)體之間的聯(lián)系用菱形框表示。

聯(lián)系的類型：

• 一對(duì)一聯(lián)系(1:1)
• 一對(duì)多聯(lián)系(1:n)
• 多對(duì)多聯(lián)系(m:n)

3、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的歷史

• 1970年 IBM的E.F.Codd提出了關(guān)系模型，奠定了關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的理論基礎(chǔ)
• 20世紀(jì)70年代末關(guān)系方法理論研究和軟件系統(tǒng)的研制取得了重大突破
• 1981年 出現(xiàn)了比較成熟的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)，證實(shí)了關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的優(yōu)點(diǎn)：高級(jí)的非過(guò)程語(yǔ)言接口、較好的數(shù)據(jù)獨(dú)立性。
• 20世紀(jì)80年代后 網(wǎng)狀模型和層次模型與底層實(shí)現(xiàn)的結(jié)合緊密，關(guān)系模型具有堅(jiān)實(shí)理論基礎(chǔ)，成為主流數(shù)據(jù)模型。

4、關(guān)系數(shù)據(jù)模型的組成要素

數(shù)據(jù)模型的要素包括：

• 關(guān)系數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
• 關(guān)系操作集合
• 關(guān)系完整性約束

5、數(shù)據(jù)三要素

• 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：包括兩類，一類是與數(shù)據(jù)類型、內(nèi)容、性質(zhì)有關(guān)的對(duì)象，比如關(guān)系模型中的域、屬性和關(guān)系等；另一類是與數(shù)據(jù)之間聯(lián)系有關(guān)的對(duì)象，它從數(shù)據(jù)組織層表達(dá)數(shù)據(jù)記錄與字段的結(jié)構(gòu)。
• 數(shù)據(jù)的操作：

數(shù)據(jù)提取，在數(shù)據(jù)集合中提取感興趣的內(nèi)容。
數(shù)據(jù)更新：變更數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。

• 數(shù)據(jù)的約束條件：是一組完整性規(guī)則的集合

實(shí)體（行）完整性 Entity integrity
域（列）完整性 Domain Integrity
參考完整性 Referential Integrity

6、約束constraint

• 主鍵約束：一個(gè)或多個(gè)字段的組合，填入的數(shù)據(jù)必須能在本表中唯一標(biāo)識(shí)本行；必須提供數(shù)據(jù)，即NOT NULL，一個(gè)表只能有一個(gè)。
• 惟一鍵約束：一個(gè)或多個(gè)字段的組合，填入的數(shù)據(jù)必須能在本表中唯一標(biāo)識(shí)本行；允許為NULL，一個(gè)表可以存在多個(gè)。
• 外鍵約束：一個(gè)表中的某字段可填入的數(shù)據(jù)取決于另一個(gè)表的主鍵或唯一鍵已有的數(shù)據(jù)。
• 檢查約束：字段值在一定范圍內(nèi)。

7、索引

​將表中的一個(gè)或多個(gè)字段中的數(shù)據(jù)復(fù)制一份另存，并且此些需要按特定次序排序存儲(chǔ)。

8、關(guān)系運(yùn)算

• 選擇：挑選出符合條件的行
• 投影：挑選出需要的字段
• 連接：表間字段的關(guān)聯(lián)

9、數(shù)據(jù)模型

• 數(shù)據(jù)抽象：

物理層：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式，即RDBMS在磁盤上如何組織文件
邏輯層：DBA角度，描述存儲(chǔ)什么數(shù)據(jù)，以及數(shù)據(jù)間存在什么樣的關(guān)系
視圖層：用戶角度，描述DB中的部分?jǐn)?shù)據(jù)

• 關(guān)系模型的分類：

基于對(duì)象的關(guān)系模型
半結(jié)構(gòu)化的關(guān)系模型

四、RDBMS設(shè)計(jì)范式

​設(shè)計(jì)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，遵從不同的規(guī)范要求，設(shè)計(jì)出合理的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，這些不同的規(guī)范要求被稱為不同的范式，各種范式呈遞次規(guī)范，越高的范式數(shù)據(jù)庫(kù)冗余越小。

​目前關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)有六種范式：第一范式（1NF）、第二范式（2NF）、第三范式（3NF）、巴德斯科范式（BCNF）、第四范式(4NF）和第五范式（5NF，又稱完美范式）。

​滿足最低要求的范式是第一范式（1NF）。在第一范式的基礎(chǔ)上進(jìn)一步滿足更多規(guī)范要求的稱為第二范式（2NF），其余范式以次類推。

​一般說(shuō)來(lái)，數(shù)據(jù)庫(kù)只需滿足第三范式(3NF）即可。

• 1NF：無(wú)重復(fù)的列，每一列都是不可分割的基本數(shù)據(jù)項(xiàng)，同一列中不能有多個(gè)值，即實(shí)體中的某個(gè)屬性不能有多個(gè)值或者不能有重復(fù)的屬性。除去同類型的字段，就是無(wú)重復(fù)的列。

說(shuō)明：第一范式（1NF）是對(duì)關(guān)系模式的基本要求，不滿足第一范式（1NF）的數(shù)據(jù)庫(kù)就不是關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)

• 2NF：屬性完全依賴于主鍵，第二范式必須先滿足第一范式，要求表中的每個(gè)行必須可以被唯一地區(qū)分。通常為表加上一個(gè)列，以存儲(chǔ)各個(gè)實(shí)例的唯一標(biāo)識(shí)PK，非PK的字段需要與整個(gè)PK有直接相關(guān)性。
• 3NF：屬性不依賴于其它非主屬性，滿足第三范式必須先滿足第二范式。第三范式要求一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)表中不包含已在其它表中已包含的非主關(guān)鍵字信息，非PK的字段間不能有從屬關(guān)系。

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