MuLeI
做创造价值的人
MuLeI的小站

软件设计师:3 数据库系统

软件设计师:3 数据库系统

课程地址

https://www.bilibili.com/video/BV1Eb411W7kc?p=42

思维导图

/wp-content/uploads/2021/05/RJSJS-3.png

# 数据库系统(重要)

  • 数据库模式(三级模式-两级映射)
  • ER模型
  • 关系代数与元组演算(上午题必考)
  • 规范化理论(上午题必考)
  • 并发控制
  • 数据库完整性约束
  • 分布式数据库(下午案例分析题会出现)
  • 数据仓库与数据挖掘(下午案例分析题会出现)
  • 反规范化
  • 大数据

数据库模式

三级模式-两级映射

三级模式-两级映射

  • 三级模式

用户级数据库–> 外模式(视图):反映了数据库系统的用户观

概念级数据库–> 概念模式(表):反映了数据库系统的整体观

物理级数据库–> 内模式:反映了数据库系统的存储观

  • 两级映射

概念模式/内模式的映像:实现概念模式到内模式之间的相互转换

外模式/概念模式的映像:实现外模式到概念模式之间的相互转换

数据库模式

数据库设计

数据库设计过程

E-R模型

ER模型

1:1联系:可把联系合并到其中任意一个表中,至少转化为2个关系模式

1:n联系:可把联系合并到n的表中,如部门-员工(1各部门对多个员工),至少转化为2个关系模式

m:n联系:需要单独把联系抽取为一个关系模式,至少转化为3个关系模式

ER模型例题

关系代数

:S1与S2全部集合

:S1与S2相同部分

:S1-S2 => S1中去除S2与S1相同的部分(S1交S2)

关系代数

笛卡尔积:S1与S2笛卡尔积 => S1每一条记录与S2每一条记录组合,共有Row(S1) * Row(S2) 条记录

投影:选出需要的列,相当于SQL语句 select Sno, Sname from S1 中指定Sno, Sname

选择:选出需要的记录(行),相当于SQL语句 select * from S1 where Sno = No0003 中的where语句

关系代数

联接:相当于inner join on S1.xxx = S2.xxx 结果集中列只保留一项(笛卡尔积全部保留)

没有条件 = 自然联接(两个表中相同的字段)

注意笛卡尔积与联接的差异:联接操作中两个表都有的字段字段只保留一个,笛卡尔积全部保留

关系代数

规范化理论

  • ### 函数依赖

函数依赖:假如f(x) = y,x能确定唯一的一个y,y没法确定x,那么称为函数依赖。例如:学号 -> 姓名

部分函数依赖:主键是两个属性的组合键,主键中的一部分可以确定某一个属性。例如:(学号,课程号) -> 姓名,学号或者课程号都是部分函数依赖

传递函数依赖:A能确定B,B能确定C,则A能确定C,其中B不能确定A。例如:学号 -> 姓名 -> 性别,如果学号能确定姓名,姓名能确定性别,那么学号能直接确定性别

函数依赖
  • ### 价值与用途
规范化理论的价值与用途
  • ### 键

(学号,姓名)-> 性别

超键(可能存在冗余属性):学号,姓名 唯一标识元组 学号能确定性别 学号和姓名的组合键也能确定性别

候选键(不存在冗余属性):学号 超键基础上取出冗余属性,学号能确定性别就不需要姓名了,去除姓名

主键:在多个候选键中选择一个作为主键

外键:指向其他表

键
  • ### 求解候选键(图示法)
  1. 把关系转化为有向图
  2. 找入度为0的属性,能遍历完整个图的则是候选键
  3. 若找不到入读为0的属性,则找既有入度又有出度的中间结点,能遍历完全图则为候选键
求解候选键
求解候选键例题
  • ### 范式(必考,结合函数依赖和候选键)

数据库设计范式参考

逐步优化,解决:更新异常、插入异常、删除异常、数据冗余

第一范式(1NF)属性值都是不可分的原子值。在关系模式R中,当且仅当所有域只包含原子值,即每个分量都是不可再分的数据项,则称R是第一范式。满足第一范式是关系模式规范化的最低要求。

第二范式(2NF):在1NF基础上消除非主属性对候选键的部分依赖。当且仅当R是1NF,且每一个非主属性完全依赖主键(主键为单属性或不存在部分依赖)时,则称R是第二范式。

第三范式(3NF):在2NF基础上消除非主属性对候选键的传递依赖。当且仅当R是1NF,且E中没有非主属性传递依赖于码时,则称R是第三范式。

BC范式(BCNF):在3NF基础上,消除主属性对候选键的传递依赖。设R是一个关系模式,F是它的依赖集,R属于BCNF当且仅当其F中每个依赖的决定因素必定包含R的某个候选码(所有依赖的决定因素都是候选键)。

主属性:候选键的一部分

范式

例题

  1. 不属于第三范式有两种情况: 未达到第二范式(存在部分函数依赖)或者 达到第二范式不符合第三范式(存在传递函数依赖);题中部门表中的部门号能确定所有属性,不需要组合候选码,已经消除了非主属性对候选键的部分依赖,因此达到了第二范式,因而只能选C

  2. 需要得到表4的结构需要添加职工号-部门号之间的联系,部门和职工属于1:n关系,应把联系保存在n的一端,即在职工表中添加部门号,选D

  3. 通过观察表4,在问题2中已经建立了职工号和部门号之间的关联,不需要再加部门号,排除C、D;有商品号可确定商品名称,属于冗余信息,排除B,因此选A

范式例题
  • ### 模式分解

保持函数依赖分解:假设关系模式R(A,B,C)存在A->B,B->C,那么将R分解为R1(A,B),R2(B,C),R1保持了A->B函数依赖,R2保持了B->C函数依赖,为保持函数依赖分解;而将R分解为R1(A,B),R3(A,C)没有保持B->C函数依赖

无损分解:分解后的关系模式可以还原为原关系模式

模式分解
  1. 列表法
列表法
列表法
  1. 代表法(只适用于一分为二的情况)

假设将关系模式R分解为R1和R2,得到R1与R2的交集A,R1-R2的差B1,R2-R1的差B2,如果存在A->B1 或者A->B2,则为无损分解,否则为有损分解

代表法

并发控制

  • ### 事务

原子性:整个事务中的所有操作,要么全部完成,要么全部不完成,不可能停滞在中间某个环节。事务在执行过程中发生错误,会被回滚(Rollback)到事务开始前的状态,就像这个事务从来没有执行过一样。

一致性:在事务开始之前和事务结束以后,数据库的完整性约束没有被破坏。

隔离性:隔离状态执行事务,使它们好像是系统在给定时间内执行的唯一操作。如果有两个事务,运行在相同的时间内,执行相同的功能,事务的隔离性将确保每一事务在系统中认为只有该事务在使用系统。这种属性有时称为串行化,为了防止事务操作间的混淆,必须串行化或序列化请求,使得在同一时间仅有一个请求用于同一数据。

持久性:在事务完成以后,该事务所对数据库所作的更改便持久的保存在数据库之中,并不会被回滚。

并发处理:提高操作的效率

  • 并发控制存在的问题

    • 丢失更新

    • 不可重复读

    • 读“脏”数据(临时值)

  • 封锁协议

    • X锁:排它锁 也称为写锁

    • S锁:共享锁 也称为读锁

数据库中的锁机制和封锁协议

  • #### 一级封锁协议 可防止丢失修改

一级封锁协议是指,事务T在修改数据R之前必须先对其加X锁,直到事务结束才释放。一级封锁协议可以防止丢失修改,并保证事务T是可恢复的。

即更新数据前先加写锁

  • #### 二级封锁协议 可防止丢失修改,还可防止读“脏”数据

二级封锁协议是指,在一级封锁协议基础上增加事务T在读数据R之前必须先对其加S锁,读完后即可释放S锁。二级封锁协议除防止丢失修改,还可以进一步防止读“脏”数据。

即在一级封锁协议的基础上,读数据先加读锁,读完立即释放读锁

  • #### 三级封锁协议 可防止丢失修改、读“脏”数据与数据不可重复读

三级封锁协议是指,在一级封锁协议基础上增加事务T在读数据R之前必须先对其加S锁,直到事务结束才释放。三级封锁协议除防止了丢失修改和读“脏”数据外,还可以进一步防止不可重复读。

即在一级封锁协议的基础上. 读数据先加读锁,等事务结束再释放读锁(与二级封锁协议释放时间点不同)

  • #### 两段锁协议 可串行化,有可能发生死锁

两段锁协议:是指所有的事务必须分两个阶段对数据项加锁和解锁。即事务分两个阶段,第一个阶段是获得封锁。事务可以获得任何数据项上的任何类型的锁,但是不能释放;第二阶段是释放封锁,事务可以释放任何数据项上的任何类型的锁,但不能申请。

数据库完整性约束

实体完整性约束: 体现在主键不能为空、不能重复等,必须按照主键的要求输入

参照完整性约束: 体现在外键设置上,按照外键的约束输入

用户自定义完整性约束: 体现在用户自定义约束上,比如男设置为1、女设置为0等

触发器:实现更高级别的要求

数据库安全

数据库安全

数据备份

数据备份
数据备份

数据库故障与恢复

数据库故障与恢复

数据仓库与数据挖掘

数据仓库的特点与建立
数据挖掘方法分类

反规范化(规范化的逆过程)

反规范化技术手段

大数据基本概念

大数据
本博客所有文章除特别声明外,均采用CC BY-SA 4.0 协议,转载请注明出处!

发表回复

textsms
account_circle
email

MuLeI的小站

软件设计师:3 数据库系统
软件设计师课程笔记,对应 https://www.bilibili.com/video/BV1Eb411W7kc P42-P59
扫描二维码继续阅读
2021-05-12