DataBase

本文最后更新于 2024年9月26日 晚上

数据库

前言

学科地位：

主讲教师 学分配额 学科类别
孔力 3.5 自发课

成绩组成：

平时 作业+实验 期末（闭卷 or 开卷）
10% 40% 50%

教材情况：

课程名称 选用教材 版次 作者 出版社 ISBN 号
数据库原理与应用 《数据库系统概论》 6 王珊等 高等教育出版社 978-7-04-059125-5

学习资源：

为什么要学这门课？

感觉没什么意义，毕竟只讲关系型数据库，而这个是再简单不过的数据模型了，哪怕加上了外键也不会很复杂。但我深知 db 的奥妙与深度绝不止于此，但是就目前上课情况来看应该是达不到这种程度了，毕竟连最基本的数据库编程都是不做要求的。

会收获什么？

熟悉一下关系型数据库的理论吧，顺便准备好被国产的 openGuass ex 一把。其余的数据库类型以及拓展知识就靠自学吧。

基础篇

绪论

数据库发展范式：人工系统 →\to 文件系统 →\to 数据库系统

数据库系统概念图：

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title: 数据库系统
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graph TB
    DBM[数据库管理员]
    subgraph 数据
    DB[(数据库\n「内模式」)]
    DBMS[数据库管理系统\n「逻辑模式」]
    subgraph DBAP[应用程序]
    direction LR
    out_model1[「外模式1」]
    out_model2[「外模式2」]
    out_model1 <-.-> 应用A
    out_model1 <-.-> 应用B
    out_model2 <-.-> 应用C
    end
    end
    DBM --> 数据
    DB <-.-> DBMS
    DBMS <-.-> DBAP

数据库的三级模式：从硬件到应用将一个数据库抽象为三层。其中：

  • 内模式：硬件存储数据的方式；
  • 逻辑模式：数据库管理的方式，也就是数据存储方式的 逻辑 抽象。进而引出后续如何存储数据的「数据模型」概念；
  • 外模式：不同的应用对全体数据有不同的访存权限。一个外模式可以对应多个应用程序，但是一个应用程序只能对应一个外模式。

数据模型：逻辑模式的具体实现策略。我们需要对现实世界的数据进行抽象进而便于虚拟化存储，以及后续对数据库进行增删改查等操作。从发展角度来看，数据模型一共经历了三个阶段，分别为 层次模型 →\to 网状模型 →\to 关系模型 三个阶段。其中关系模型是数据库「逻辑模式」的实现方式，有以下两个关键点：

  • 三要素：数据结构（二维表）、数据操作（增删改查）和关系的完整性约束（每一个实体能通过主键唯一检索、外键引用必须存在、关系要根据业务需求设定完备）

  • 名词对照：关系（一张表）、元组（一行数据）、属性（一个字段）和码（主键）。

关系模型

基本概念：

基本概念图

关系操作的最小单位是什么？所有的增删改查都是以集合为最小单位。

外键是什么？有什么用？一张表的外键必须是另一张表的主键以确保数据的完整性，因为主键是必须全部存在的。当然，外键也可以引用本表的主键。有了外键就可以实现表与表之间一对多或多对多的关系。

  • 关于一对多。例如，一个客户可以购买很多商品，而一个被购买的商品只能隶属于一个客户；

    假设有两个表：customers 和 orders。customers 表保存客户的信息，orders 表保存订单信息。每个订单都应该对应一个客户，所以可以使用外键将这两个表关联起来。

    创建表

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    -- 创建 customers 表
    CREATE TABLE customers (
        customer_id INT PRIMARY KEY,
        customer_name VARCHAR(100)
    );

    -- 创建 orders 表，order_id 是主键，customer_id 是外键，引用 customers 表中的 customer_id
    CREATE TABLE orders (
        order_id INT PRIMARY KEY,
        order_date DATE,
        customer_id INT,
        FOREIGN KEY (customer_id) REFERENCES customers(customer_id)
    );

    在上述示例中，orders 表中的 customer_id 是一个外键，它引用了 customers 表中的 customer_id 列。这样一来，只有在 customers 表中存在的 customer_id 才能在 orders 表中作为合法的 customer_id。这确保了每个订单都有有效的客户。

    插入数据（增）：当向 orders 表中插入一条新记录时，数据库会检查 customer_id 是否在 customers 表中存在。如果不存在，插入操作会失败。

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    -- 插入一条合法记录
    INSERT INTO customers (customer_id, customer_name) VALUES (1, 'Alice');

    -- 插入订单记录，外键 customer_id 存在于 customers 表中
    INSERT INTO orders (order_id, order_date, customer_id) VALUES (101, '2024-09-26', 1);

    -- 尝试插入一个无效的订单记录（客户ID为2在 customers 表中不存在）
    INSERT INTO orders (order_id, order_date, customer_id) VALUES (102, '2024-09-26', 2); -- 会失败

    删除或更新时（删 | 改）：如果试图删除 customers 表中的某个 customer_id，而该 ID 在 orders 表中被引用，会引发外键约束错误。可以通过设置外键的级联操作（如 ON DELETE CASCADE 或 ON UPDATE CASCADE）来控制这种行为，使删除或更新操作可以自动级联到相关表。

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    -- 定义外键时使用级联删除
    CREATE TABLE orders (
        order_id INT PRIMARY KEY,
        order_date DATE,
        customer_id INT,
        FOREIGN KEY (customer_id) REFERENCES customers(customer_id) ON DELETE CASCADE
    );

    -- 删除客户1时，orders 表中所有引用 customer_id = 1 的订单都会自动被删除
    DELETE FROM customers WHERE customer_id = 1;

  • 关于多对多。例如，一门课程需要多门先修课，而一门课程也可以成为很多课程的选修课。

    这里课程与先修课之间的实体对象是相同的，并且一门课程可以有许多门先修课，而一门课程也可能成为很多课程的先修课，如果还是像一对多那样进行存储，即课程表中增加一列先修课，就会导致先修课列中可能出现多个信息的情况，这也就不符合关系型数据库中的第一范式：原子性。因此我们不得不创建一个新表，也就是中间表，来存储课程和先修课之间的关系。

    创建表

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    -- 创建 courses 表
    CREATE TABLE courses (
        course_id INT PRIMARY KEY,
        course_name VARCHAR(100)
    );

    -- 创建 prerequisites 表，其中 course_id 和 prerequisite_id 都是外键
    CREATE TABLE prerequisites (
        course_id INT,  -- 课程ID
        prerequisite_id INT,  -- 先修课ID
        PRIMARY KEY (course_id, prerequisite_id),  -- 组合主键
        FOREIGN KEY (course_id) REFERENCES courses(course_id) ON DELETE CASCADE,  -- 课程ID外键
        FOREIGN KEY (prerequisite_id) REFERENCES courses(course_id) ON DELETE CASCADE  -- 先修课ID外键
    );

    在这个设计中：

    • courses 表保存所有课程的基本信息，每门课程都有唯一的 course_id。
    • prerequisites 表用于表示多对多的先修课关系，其中 course_id 是当前课程的 ID，prerequisite_id 是该课程的先修课程的 ID。两者都引用了 courses 表中的 course_id 列，构成多对多的关系。

    插入数据（增）

    插入课程记录：

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    -- 插入一些课程记录
    INSERT INTO courses (course_id, course_name) VALUES (1, 'Mathematics');
    INSERT INTO courses (course_id, course_name) VALUES (2, 'Physics');
    INSERT INTO courses (course_id, course_name) VALUES (3, 'Computer Science');
    INSERT INTO courses (course_id, course_name) VALUES (4, 'Linear Algebra');

    插入先修课关系记录：

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    -- 课程 Computer Science 需要 Mathematics 和 Physics 作为先修课
    INSERT INTO prerequisites (course_id, prerequisite_id) VALUES (3, 1);  -- Computer Science -> Mathematics
    INSERT INTO prerequisites (course_id, prerequisite_id) VALUES (3, 2);  -- Computer Science -> Physics

    -- 课程 Physics 需要 Linear Algebra 作为先修课
    INSERT INTO prerequisites (course_id, prerequisite_id) VALUES (2, 4);  -- Physics -> Linear Algebra

    在上述例子中：

    • prerequisites 表表示课程之间的先修关系。例如，Computer Science 课程的 course_id 是 3，它的先修课是 Mathematics（prerequisite_id 为 1）和 Physics（prerequisite_id 为 2）。
    • 通过这种方式，可以表示一门课程有多门先修课，同时一门课程也可以作为多门课程的先修课。
    • 插入的 course_id 和 prerequisite_id 必须都是 courses 表中已有的课程，否则会插入失败。

    删除数据（删）

    由于在创建表时设置了级联操作 ON DELETE CASCADE，因此当我们删除任何一个存在的课程时，与该课程相关的所有先修课信息也都会被级联删除。无论该课程是其他课程的先修课，还是它自身有先修课。

SQL

安全性

完整性

开发篇

关系数据理论

数据库设计

数据库编程 *

这一章不作考试要求。樂。

进阶篇

关系数据库存储管理

关系查询

怎么查询关系的？又可以怎么优化查询策略呢？

数据库恢复技术

并发

GPA > 5th-term
DataBase
https://blog.dwj601.cn/GPA/5th-term/DataBase/
作者
Mr_Dwj
发布于
2024年8月27日
更新于
2024年9月26日
许可协议