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数据库原理核心知识

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数据库原理(核心知识♥)

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一、Database Fundamentals

1.1数据库系统(DBMS)与文件系统(File System)

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**一个软件包/系统，便于定义、构建、操作和共享计算机化数据库的功能

DBS（ Database System） =  DBMS + Database**

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文件系统(File System) https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/06a5cbf18dbd3337023adda9c0349d1e.png

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https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/f6476e3405b3f38f6031410714a465cd.png https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/72141dbbcf0bae9323d116ca4573ed2c.png

1.2数据库三级模式(Schema)、两级映像(Mapping)

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Internal (Physical) Schema 内模式  –>（存储文件） 描述数据如何在物理上硬件上存储 （用户不可见）

Conceptual Schema 概念模式 –>（基本表） 是数据库所有数据的逻辑结构和特征描述

External Schema 外模式 –>用户模式 （视图） 也就是用户能够看到的那部分的数据的逻辑结构和特征描述

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1.3Responsibilities of DBA

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1.4数据独立性(Data Independence)

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–逻辑(logical)独立性

Changes at the logical level will have no impact in the applications that access the DB

当数据库中的逻辑结构变化时，应用程序的逻辑结构不需要发生变化，应用程序还能够继续正常使用数据库提供的服务，这就是逻辑独立性的体现。

–物理(physical)独立性

当数据库中的物理结构变化时，应用程序的逻辑结构和编程不需要发生变化，应用程序还能够继续正常使用数据库提供的服务，这就是物理独立性的体现。

二、Relational Database

主码(Primary Key)、外码(Foreign Key)、候选码(Candidate Key)

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关键操作

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–选择(Selection)

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–投影(Projection)

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–连接(Join)

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https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/5a0b3f3f206a0de3a3391099b38e7076.png

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自然连接 < == > 等值连接+去重

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https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/573465b4f347eb575d7dce9904f8359a.png https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/ac9dc3f32725637b07e3d147e275d603.png

–除(Division)

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关系代数(Relation Algebra)运算

三、SQL

Characteristics of SQL

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https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/5a60cbc1f015fb0086d32bf7ceecce85.png

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/dd0c3264b52830800ffe5c40d11b7b3d.png https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/e7232e629cbe39e174567494f8ede919.png

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/aaaa3d4ef670081ce7192133ec906a1e.png

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/2989ca4a2f747fba742eede2d3c102f2.png https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/b8c7c63b0abe5e1c0b10b4c89b646201.png https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/72e058b289179549d42f2af185aef4b8.png

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/6a5b6a217422d6a96e15eea5d6f094e0.png

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/0a33e96ca51b85bcc35bb43210963bf5.png https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/c36cfb323d0810bcfe3f3cbb2d54e7cc.png

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/6e556a636af1c8f3166570e559e998af.png https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/154fb4f7675e23edcc70fbc74291e00c.png

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/d54240f1973e53ed179dbce2508b285f.png

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/23488f1a6bd008921a81b20498decd19.png

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/faa935ccc7af1f4b84598f15cd0c93c9.png

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/f4105a3115a9527a409c34377abc2af0.png

一些简单查询语句

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/4c0c03d00520200b28e28357d6d90505.png

​​ https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/4ea34df38fc76a52d6bb0920702736e2.png

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/22ce1aac537b8e40171aab844eceae00.png

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/06e539f03376f79b88e8aef66b5e46d2.png

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/6e6cbb225f75174d9ce6a931a90f597f.png

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/eee5f2c4f293b6e2003b0bec1959be9a.png

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/e1b55e6eb56f8c9ddda7eac47e56c99f.png https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/c5f4b24d5a63284ed56871c65cc96284.png

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/9465033710b9212ebb8de6322450b03f.png https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/4d7d5e5175ac19b2941917e9779aa5f8.png

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/c686ba93ef46bb2bb5f1b3df5af48ec3.png

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/5476fcf010a0f114630e100a6421cd98.png

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/69c38b05bdaaecf97240df3c5764227a.png 从查询结果当中取6-15行  （第一个参数为起始位置 第二个参数表示长度） https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/a5f5a91aff304659ca9bfc5a26e9f30a.png

SUB-QUERIES 子查询

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/4ae79741f05f3b545761b0abea180dae.png

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/0ce5873f58a4f216f390430d8eb751df.png

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/6af1ba798939e2662514ffead572c337.png

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/75cb4a4675dd99e028119308fd42b5fd.png

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/37773ed70899f599bd3f54bb8764db18.png https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/86eba98896ec89dd3852b4057c05f503.png

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/0f5e9f0b8a9b6ace44807a4ec30ab2c2.png

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/4e806290c1b311d6365cb8f24ae121df.png

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/f6eb8a4f12c14defe6130768d7427861.png

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/e6490b7be9d123ad165698c799228e04.png https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/de2c7f5318ddaec4b3fb85ea368c9b9d.png https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/21783f8ca7f690214cbdde338b0e1298.png

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/c1f240ee8ac44dd5018a71851b713e03.png

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/d5fdadd501bd642cb410b8fece0f2847.png

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增删改查

–create、insert、alter、update、drop、delete

–select/from/where/group by/having/order by

内连接和外连接(Join/Left Join)

嵌套查询(Embedded Query)

–IN/NOT IN

–EXISTS/NOT EXISTS

四、Database Objects

索引(Index)的分类和正确使用

–Cluster/Non-cluster/Bitmap/Functional/…

CLUSTERED INDEX(聚集索引)

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https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/31fb54c2767862b308778a1d3287854c.png

NON-CLUSTERED INDEX(非聚集索引)

Bitmap Index(位图索引)

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Function-based Indexes(基于函数的索引)

视图(View)的作用

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–与基本表的区别和联系

触发器(Trigger)

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存储过程(Stored Procedure)

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存储过程(Stored Procedure)也就是在数据库中的代码

重复使用

完整性(Integrity) vs 安全性(Security)

五、Normalization

规范化(Normalization)的目的

–冗余(redundancy)

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–异常(anomalies)

插入异常(Insert Anomaly)、更新异常(Update Anomaly)、删除异常(Delete exception)

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函数依赖关系

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各范式的原则(1NF-4NF)

–判定依据

1NF

判断一个关系模式（即表格）是否符合第三范式（3NF）的要求，需要满足以下条件：

是一个单表

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判断是不是符合1NF 就看 是不是单表    是单表就符合1NF   如果是复合表就不符合

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上表就符合1NF 是个单表

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上表就不符合1NF因为{}内可拆分是复合表  不符合原子性

2NF

判断一个关系模式（即表格）是否符合第三范式（2NF）的要求，需要满足以下两个条件：

  1. 表格必须符合第一范式（1NF）
  2. 没有部分函数依赖关系，非主属性都完全依赖于主键或候选键

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上表就 符合2NF ，首先主键是StudentID 其他非主键非候选键的属性Name Gender Birthday都函数依赖于StudentID

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上表就不符合2NF。首先选课表的主键是选课ID，学生ID。其他非候选码属性选课课程函数依赖于选课ID，学生ID 但是学生姓名只函数依赖于学生ID。

将上图转换成符合2NF的表格

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3NF

判断一个关系模式（即表格）是否符合第三范式（3NF）的要求，需要满足以下两个条件：

  1. 表格必须符合第二范式（2NF）
  2. 表格中的非主属性（即非主键的属性）不依赖于其他非主属性或者说 完全 依赖于主键

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上表的主键是商品ID其他的非主属性都完全依赖于主键所以符合3NF

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在上述表格中，非主属性客户姓名、客户邮箱、产品名称、产品类型和产品价格存在 相互依赖的关系 ， 而不仅仅依赖于主键订单编号和客户ID 。因此，该表格 不符合3NF 的要求。如果有多个订单都包含相同的客户信息和产品信息，那么这些信息就需要在每个订单中重复存储，这会导致数据冗余和数据不一致性问题。

这里就不符合（完全依赖于）这个条件，只要在非主属性和非主属性之间存在函数依赖关系 就不符合3NF

BCNF

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4NF

要判断一个关系模式是否符合4NF，需要考虑以下几个步骤：

  1. 检查关系模式是否符合BCNF，即每个非主属性完全依赖于候选码集，而不是依赖于其他非主属性。
  2. 如果关系模式的某些属性有多值依赖，即存在一个属性集合A，并且当确定A的值时，会出现多个B的值与之对应（其中B是非主属性，不属于A），则该关系模式可能违反4NF的要求。
  3. 对于存在多值依赖的关系模式，可以创建一个新的关系模式，其中包含原关系模式的主键和对应的非主属性，以及能够唯一确定非主属性的列集合。
  4. 如果切换后的表仍然违反4NF，则需要重复步骤3，直到得出符合4NF的结果为止。
  5. 总结：消除多值依赖

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–分解(Decomposition)方法

六、Database Design

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概念设计(Conceptual Design)

E-R图(Entity-Relation Diagram)

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n:m类比同上

nⓂ️p类比同上

逻辑设计(Logical Design)

–将E-R图转换为关系模式

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七、Transaction事务

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事务(Transaction)的特点

–ACID

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https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/d7ef370ec5bfe3b9d7be89bfca7d025a.png

并发(Concurrency)可能导致的异常

–修改丢失(W-W)、不可重复读(R-W)、读脏数据(W-R)

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处理方法

–共享锁(S)、排他锁(X)、两阶段锁(Two-phase locking,2PL)、Timing Order(T/O)

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两阶段锁(Two-phase locking,2PL) 【类比操作系统信号量pv操作】

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Timing Order(T/O)【简而言之通过时间戳(物理方式)按顺序排序执行】

https://i-blog.csdnimg.cn/blog_migrate/13b4945cbaeefdf31f6368dc7acbd2c3.png

日志(Log)策略和恢复(Recovery)技术

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更新于 2023-06-02
 数据库, Sql, Mysql
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