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数据库-数据库系统原理

一、基础知识

1.1 相关概念

  1. DBMS:数据库管理系统,是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软件,用于科学地组织、存储和管理数据、高效地获取和维护数据。

  2. DBS:数据库系统,指在计算机系统中引入数据库后的系统,一般由数据库、数据库管理系统、应用系统、数据库管理员(DBA)构成。

  3. 数据模型:是用来抽象、表示和处理现实世界中的数据和信息的工具,是对现实世界的模拟,是数据库系统的核心和基础;其组成元素有数据结构、数据操作和完整性约束

  4. 概念模型:也称信息模型,是按用户的观点来对数据和信息建模,主要用于数据库设计。

  5. 逻辑模型:是按计算机系统的观点对数据建模,用于DBMS实现。

  6. 物理模型:是对数据最底层的抽象,描述数据在系统内部的表示方式和存取方法,在磁盘或磁带上的存储方式和存取方法,是面向计算机系统的。

  7. 实体和属性:客观存在并可相互区别的事物称为实体。实体所具有的某一特性称为属性。

  8. E-R图:即实体-关系图,用于描述现实世界的事物及其相互关系,是数据库概念模型设计的主要工具。

  9. 关系模式:从用户观点看,关系模式是由一组关系组成,每个关系的数据结构是一张规范化的二维表。

  10. 型/值:型是对某一类数据的结构和属性的说明;值是型的一个具体赋值,是型的实例。

  11. 数据库模式:是对数据库中全体数据的逻辑结构(数据项的名字、类型、取值范围等)和特征(数据之间的联系以及数据有关的安全性、完整性要求)的描述。

  12. 数据库的三级系统结构:外模式、模式和内模式。

  13. 数据库内模式:又称为存储模式,是对数据库物理结构和存储方式的描述,是数据在数据库内部的表示方式。一个数据库只有一个内模式。

  14. 数据库外模式:又称为子模式或用户模式,它是数据库用户能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述,是数据库用户的数据视图。通常是模式的子集。一个数据库可有多个外模式

  15. 数据库的二级映像:外模式/模式映像、模式/内模式映像。

    • 外模式/模式映像:同一个模式下可以有任意多个外模式。【逻辑独立性】
    • 模式/内模式映像:唯一的【储存结构】
  16. 候选码(Candidate Key):关系中的一个属性组,其值能唯一标识一个元组

  17. 主键: 能够唯一地标识一个元组的属性或属性组称为关系的键或候选键。 若一个关系有多个候选键则可选其一作为主键(Primary key)。

  18. 外键:如果一个关系的一个或一组属性引用(参照)了另一个关系的主键,则称这个或这组属性为外码或外键(Foreign key)。

  19. 关系数据库:依照关系模型建立的数据库称为关系数据库。 它是在某个应用领域的所有关系的集合。

  20. 关系模式: 简单地说,关系模式就是对关系的型的定义, 包括关系的属性构成、各属性的数据类型、 属性间的依赖、 元组语义及完整性约束等。 记作R(A1 , A2 ,…, An ) 。
    关系是关系模式在某一时刻的状态或内容, 关系模型是型, 关系是值, 关系模型是静态的、 稳定的, 而关系是动态的、随时间不断变化的,因为关系操作在不断地更新着数据库中的数据。

    • 五元组形式化表示为:R(U,D,DOM,F),其中

      ​ R —— 关系名

      ​ U —— 组成该关系的属性名集合

      ​ D —— 属性组 U 中属性所来自的域

      ​ DOM —— 属性向域的映象集合

      ​ F —— 属性间的数据依赖关系集合

  21. 实体完整性:用于标识实体的唯一性。它要求基本关系必须要有一个能够标识元组唯一性的主键,主键不能为空,也不可取重复值

  22. 参照完整性: 用于维护实体之间的引用关系。 它要求一个关系的外键要么为空, 要么取与被参照关系对应的主键值,即外键值必须是主键中已存在的值。
    意义:如果关系R2的某个元组t2参照了关系R1的某个元组t1,则t1必须存在

  23. 用户定义的完整性:就是针对某一具体应用的数据必须满足的语义约束。包括非空、 唯一和布尔条件约束三种情况。

1.2 笛卡尔积

二、事务

事务指的是满足 ACID 特性的一组操作,可以通过 Commit 提交一个事务,也可以使用 Rollback 进行回滚。

2.1 四大特性——ACID

1. 原子性(Atomicity)

事务被视为不可分割的最小单元,事务的所有操作要么全部提交成功,要么全部失败回滚。

回滚可以用回滚日志(Undo Log)来实现,回滚日志记录着事务所执行的修改操作,在回滚时反向执行这些修改操作即可。

2. 一致性(Consistency)

数据库在事务执行前后都保持一致性状态。在一致性状态下,所有事务对同一个数据的读取结果都是相同的。

3. 隔离性(Isolation)

一个事务所做的修改在最终提交以前,对其它事务是不可见的。

4. 持久性(Durability)

一旦事务提交,则其所做的修改将会永远保存到数据库中。即使系统发生崩溃,事务执行的结果也不能丢失。

系统发生崩溃可以用重做日志(Redo Log)进行恢复,从而实现持久性。与回滚日志记录数据的逻辑修改不同,重做日志记录的是数据页的物理修改。

事务的 ACID 特性概念简单,但不是很好理解,主要是因为这几个特性不是一种平级关系:

  • 只有满足一致性,事务的执行结果才是正确的。
  • 在无并发的情况下,事务串行执行,隔离性一定能够满足。此时只要能满足原子性,就一定能满足一致性。
  • 在并发的情况下,多个事务并行执行,事务不仅要满足原子性,还需要满足隔离性,才能满足一致性。
  • 事务满足持久化是为了能应对系统崩溃的情况。

AUTOCOMMIT

MySQL 默认采用自动提交模式。也就是说,如果不显式使用START TRANSACTION语句来开始一个事务,那么每个查询操作都会被当做一个事务并自动提交。