【系统分析师之路】第十五章数据库系统记忆敲出-优快云博客

本文详细探讨了数据库系统的各个方面，包括三级模式、关系代数、E-R模型、函数依赖、数据库设计过程、范式理论及其价值、完整性约束、分布式与联邦数据库、备份与恢复策略、安全性及并发控制。同时，介绍了反规范化、事务特性、并发执行问题及解决办法，并深入讨论了NoSQL、数据仓库、数据挖掘和大数据的概念。最后，概述了内存数据库的优势，揭示了数据库领域的广泛性和深度。

【系统分析师之路】第十五章数据库系统记忆敲出

系统分析师数据库系统记忆敲出

- 【系统分析师之路】第十五章数据库系统记忆敲出

一. 数据库的三级模式和两层映射

数据库系统其实也是层次结构的系统。它分为三层分别是外模式，模式和内模式。外模式对应视图，概念模式对应关系表，内模式对应数据处理物理存储。而两级映射分别指外模式到模式的映射，以及模式到内模式的映射
把数据库系统做成层次结构有一点好处，就是当修改一个层次的时候，只影响相邻的层次，不是相邻的层次不会受到影响。
比如我们修改了关系表，如果应用系统只是利用视图来获取并表示数据的话，只修改关系表不修改视图，那么是不会影响的到应用程序的。

二. 关系代数

在数据库原理里面，常用的关系代数有并交差笛卡尔积，投影选择和连接等。
关系模式A和B并就是A和B并在一起并除去重复的部分。
关系模式A和B交就是取A和B之间的交集，也就是将两个关系模式中都有的部分搞成一个新的关系模式。
关系模式A-B的差集就是，选出A中独有的部分，也就是关系模式A减去AB之间的交集得到。
笛卡尔积：就是两个关系中所有的元素相乘的操作。
投影：按列投影。用一个派的符号来表示，投影可以简单理解为选列的操作，投影中的数字就是代表要选择的列的No。
选择：按行选择。根据选择的条件在行中选出满足这个选择条件的行的操作。选择的符号很像蜗牛的形状。
连接：可以理解为净化版的笛卡儿积的运算，它显示将两个关系模式S1和S2进行笛卡儿积的运算，然后使用选择运算筛选出我们要的行，去掉重复的行；再在此基础上执行投影操作，去掉我们不需要的列。最后得到的就是连接在结果。连接一般使用两个争锋相对的三角形符号来表示，在这对三角形的下面一般要写上连接的条件，不写条件的情况下它就是自然连接的操作。
笛卡儿积和自然连接的区别在哪里？
笛卡儿积不会把公共的部分给去掉，而自然连接会去掉公共的部分。

三. E-R模型

在ER模型中，我们会使用方框表示实体，菱形表示联系，椭圆表示属性。
ER图中有三种关系：1对1，1对多，多对多；在概念模型转化为关系表的时候就会涉及到联系的转化。
针对1对1的联系，联系可以放在两个实体的任意的一边；
针对1对多的联系，联系必须放在对多的那个实体的那一边；
针对多对多的联系，联系需要单独地做成一个关系表了。学生-选课-课程就是一个经典的多对多关系。

四. 局部ER图集成整体ER图时可能产生的问题

ER模型集成的方式有两种，一种是一次性集成，另外一种是逐步的集成。
在集成ER图的过程中，难免会遇上冲突，这里所说的冲突有三种：属性冲突，命名冲突和结构冲突；

1）属性冲突

属性冲突比较好理解，对于同一属性来说，比如性别，有的地方使用1和0来记录，也有直接记录汉字男和女，那么这个时候就有了属性的冲突；

2）结构冲突

结构冲突，有的关系表的表名叫教师表，而在另一个地方出现教师这个属性，那么这个时候就是结构冲突；

3）命名冲突

老师在教职工表中是职工，在其他表中是老师，这个就是命名冲突；

五. 函数依赖

学号可以函数依赖确定姓名，但是姓名却无法通过函数依赖的方式来确定学号；因为姓名有重名，重名的姓名无法唯一确定他的学号。这就是函数依赖。函数依赖包括了部分函数依赖和传递函数依赖两种。函数依赖是范式，规范化理论的基础。
比如我们可以使用学号和课程号决定姓名，但其实即使没有课程号只有学号的场合下，就可以确定姓名了，这就是部分函数依赖。
A能函数确定B，而B又可以函数确定C，只要B不能函数确定A，那么我们就说A传递函数依赖于C。

六. 数据库设计过程

数据库的设计分为四个阶段，首先要对数据库进行需求分析，明确范围的边界，它的主要产出物是数据字典，数据流图和需求说明书；然后进行概念结构设计，该阶段主要产出物就是ER图；第三步进行的是逻辑结构的设计，主要就是把ER图分解为一个个的数据库中的关系模式表；最后进行的就是物理设计，在这里需要参照的是OS特征，硬件特征以及DBMS的特征。
规范化理论转换规则都是在逻辑结构设计时需要考虑的东西。
在实际工作中，我们进行概念模式设计的时候，往往不会一气呵成地画出一张整体的ER图，而是使用了先局部再合并为整体ER图的方式来进行概念结构的设计。

七. 范式

第一范式：所有的属性都已经是原子，不可以再往下拆分。高级职称人员可以进一步拆分为教授和副教授，这就不满足第一范式。
第二范式：满足第一范式而且消除了非主属性对主属性的部分函数依赖。要知道单个主属性的情况下是不可能存在函数依赖的。
第三范式：消除了非主属性对主属性的传递依赖。
BC范式：消除了主属性对于候选键的传递依赖。如果一个关系模式中没有非主属性，也就是说所有的属性都是主属性，那么就肯定都满足第二第三范式。再在这个基础上判断是否是BC范式，先画出所有的函数依赖关系，BC范式要求所有函数依赖的左边都是候选键才可以。

八. 规范化理论的价值和用途

在非规范化的模式中，可能存在下面的问题：数据冗余，更新异常，插入异常，删除异常，我们对关系数据库进行规范化的时候，其实就是解决这些冗余和异常而做的。
规范化到什么一个程序其实是没有一个统一的标准的，也没有说一定要规范化到第几范式样之后才算OK的说法，但是任何事物都有物极必反的道理，有规范化当然也有逆规范化的存在；规范化程度越高，在进行关系数据库查找时势必要进行大量的自然连接操作，性能也会为此大打折扣，但是如果有数据冗余，就可以较少量的自然连接，也就有更加快的查找速度了。这也就是为什么会有逆规范化的存在的理由。

九. 规范化理论中的键

在规范化理论中有超键，候选键，主键和外键这四种。
外键最容易区分和理解，外键是其他关系表的主键，是用来做表与表之间的连接用的
超键是可以唯一标识元祖的键
候选键其实和超键一个意思，只是候选键在超键的基础上除去了冗余属性
而主键就是从候选键中选出来的一个键，用来作为主属性定义数据库中关系表的，如果一个关系模式中后选键是唯一的，那么主键就是候选键。
比如学号姓名可以确定性别，那么学号和姓名的组合就是超键，但在这个关系中姓名是可有可无的，没有姓名同样学号也可以确定性别，于是在这里候选键就是学号，姓名是冗余的属性。