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数据库课件第一章数据库课件第一章 制作人：时间：2024年X月目录目录第第1 1章章 数据库基础介绍数据库基础介绍第第2 2章章 数据库的设计数据库的设计第第3 3章章 关系型数据库管理系统关系型数据库管理系统第第4 4章章 非关系型数据库管理系统非关系型数据库管理系统第第5 5章章 数据库安全性和完整性数据库安全性和完整性第第6 6章章 数据库性能调优数据库性能调优第第7 7章章 数据库技术发展趋势数据库技术发展趋势第第8 8章章 总结总结 0101第第1章章 数据数据库库基基础础介介绍绍 什么是数据库什么是数据库数据库是按照特定的数据结构来组织、存储和管理数据的集合。它可以被看作是一个存储长期数据的容器，因此也被称为数据仓库。数据库管理系统(DBMS)则是用来管理和操作数据库的软件系统。数据库在各个领域都有广泛的应用，如金融、医疗、交通、电商等数据库管理系统数据库管理系统(DBMS)(DBMS)的分类的分类采用树形结构组织数据，类似于文件系统层次型数据库层次型数据库管理系统管理系统采用网状结构组织数据，克服了层次型数据结构的局限性网状型数据库网状型数据库管理系统管理系统采用表格形式存储数据，数据之间的联系由关系来维护关系型数据库关系型数据库管理系统管理系统以对象为基本数据存储单位，支持面向对象的编程语言面向对象数据面向对象数据库管理系统库管理系统数据库系统的组数据库系统的组数据库系统的组数据库系统的组成成成成数据库系统一般包括三个层次：外模式、概念模式和内模数据库系统一般包括三个层次：外模式、概念模式和内模式，它们之间的关系被称为三级模式结构。数据模型是描式，它们之间的关系被称为三级模式结构。数据模型是描述数据之间联系和约束的工具，常见的数据模型有层次模述数据之间联系和约束的工具，常见的数据模型有层次模型、网状模型和关系模型。数据库语言包括数据定义语言型、网状模型和关系模型。数据库语言包括数据定义语言(DDL)(DDL)、数据操纵语言、数据操纵语言(DML)(DML)和数据控制语言和数据控制语言(DCL)(DCL)，其中，其中DDLDDL用于定义数据库模式，用于定义数据库模式，DMLDML用于操作数据库中的记录，用于操作数据库中的记录，DCLDCL则用于授予用户访问权限则用于授予用户访问权限 数据共享性数据共享性数据共享性数据共享性数据库中的数据可以被多个应数据库中的数据可以被多个应用程序共享，避免了数据冗余用程序共享，避免了数据冗余和不一致的问题和不一致的问题同时也需要解决并发控制和数同时也需要解决并发控制和数据安全性的问题据安全性的问题数据冗余度低数据冗余度低数据冗余度低数据冗余度低数据库采用了规范的数据结构，数据库采用了规范的数据结构，避免了数据冗余和数据不一致避免了数据冗余和数据不一致的问题的问题同时保证了数据的完整性和一同时保证了数据的完整性和一致性致性数据一致性数据一致性数据一致性数据一致性数据库采用了数据库采用了ACID(ACID(原子性、一原子性、一致性、隔离性和持久性致性、隔离性和持久性)原则，原则，保证数据的完整性和一致性保证数据的完整性和一致性同时也需要考虑性能和可扩展同时也需要考虑性能和可扩展性的问题性的问题数据库管理系统数据库管理系统(DBMS)(DBMS)的特点的特点数据独立性数据独立性数据独立性数据独立性数据独立性是指上层应用程序数据独立性是指上层应用程序的修改不会影响下层的数据存的修改不会影响下层的数据存储结构储结构实现数据独立性的方式有三种：实现数据独立性的方式有三种：外模式外模式/概念模式分离、视图和概念模式分离、视图和数据库管理系统提供的数据访数据库管理系统提供的数据访问接口问接口银行、证券、期货、保险等领域需要存储海量的数据，如客户信息、账户交易记录等金融金融0103机场、车站等领域需要存储航班、车次等信息，以及乘客的个人信息交通交通02医院、药厂等领域需要存储病历、药品信息、生产记录等医疗医疗数据库管理系统数据库管理系统(DBMS)(DBMS)的种类的种类采用树形结构组织数据，类似于文件系统层次型数据库层次型数据库管理系统管理系统采用网状结构组织数据，克服了层次型数据结构的局限性网状型数据库网状型数据库管理系统管理系统采用表格形式存储数据，数据之间的联系由关系来维护关系型数据库关系型数据库管理系统管理系统 总结总结数据库是当前应用最广泛的数据存储方式，它的管理系统(DBMS)也是极其重要的软件系统之一。本章介绍了数据库的定义和作用、数据库管理系统的种类、数据库系统的组成、数据库管理系统(DBMS)的特点、数据库系统的应用领域等内容。通过学习本章内容，可以初步了解数据库的基础知识，为后续学习打下基础。0202第第2章章 数据数据库库的的设计设计 数据库设计的概念数据库设计的概念包括数据模型、结构设计、性能优化等数据库设计的数据库设计的目标和方法目标和方法包括外部模式、概念模式和内部模式数据库设计的数据库设计的三级模式结构三级模式结构 数据库设计的步骤数据库设计的步骤包括数据需求和功能需求的分析需求分析需求分析包括实体关系模型和E-R图的设计概念结构设计概念结构设计包括关系模式和数据库的规范化设计逻辑结构设计逻辑结构设计包括存储结构、索引和安全性等的设计物理结构设计物理结构设计数据库设计的范式数据库设计的范式消除属性值的重复和集合值的嵌套第一范式第一范式(1NF)(1NF)消除非关键属性对主键的部分依赖第二范式第二范式(2NF)(2NF)消除非关键属性对主键的传递依赖第三范式第三范式(3NF)(3NF)消除属性组之间的冗余和依赖巴斯巴斯-科德范科德范式式(BCNF)(BCNF)数据库设计的优化数据库设计的优化避免冗余数据的存储和处理数据库设计的数据库设计的冗余度分析冗余度分析包括物理存储结构、索引、查询语句等的优化数据库设计的数据库设计的性能优化性能优化包括用户权限、数据备份和恢复、数据加密等的安全性保障数据库设计的数据库设计的安全优化安全优化 用户使用的视图，表示了用户对数据的观点外部模式外部模式0103物理上的数据存储结构，表示了数据的存储方式和处理方法内部模式内部模式02逻辑上的数据结构，表示了数据的组织方式和关系概念模式概念模式数据库设计目标和方法数据库设计目标和方法数据库设计是建立数据库的关键步骤，其目标是满足用户需求，建立一个高效、可靠、易维护的数据库系统。数据库设计方法包括数据模型、结构设计、性能优化等方面。巴斯巴斯巴斯巴斯-科德范式科德范式科德范式科德范式巴斯巴斯-科德范式是数据库设计中的一种规范化方法，主要是科德范式是数据库设计中的一种规范化方法，主要是消除属性组之间的冗余和依赖。通过分解不符合消除属性组之间的冗余和依赖。通过分解不符合BCNFBCNF的关的关系模式，得到多个符合系模式，得到多个符合BCNFBCNF的关系模式，从而提高数据库的关系模式，从而提高数据库的性能和数据存储效率。的性能和数据存储效率。需求分析需求分析包括对数据的类型、结构、格式、范围等方面的要求数据需求数据需求包括对数据库操作和数据处理的要求功能需求功能需求包括对数据库查询和事务处理的要求性能需求性能需求 概念模式概念模式概念模式概念模式逻辑上的数据结构逻辑上的数据结构表示了数据的组织方式和关系表示了数据的组织方式和关系不受物理存储结构的影响不受物理存储结构的影响内部模式内部模式内部模式内部模式物理上的数据存储结构物理上的数据存储结构表示了数据的存储方式和处理表示了数据的存储方式和处理方法方法对应着操作系统和硬件设备对应着操作系统和硬件设备 数据库设计的三级模式结构数据库设计的三级模式结构外部模式外部模式外部模式外部模式用户使用的视图用户使用的视图表示了用户对数据的观点表示了用户对数据的观点具有不同的权限和操作方式具有不同的权限和操作方式数据库设计的范式数据库设计的范式每个属性都是不可分的基本数据项第一范式第一范式(1NF)(1NF)消除非关键属性对主键的部分依赖第二范式第二范式(2NF)(2NF)消除非关键属性对主键的传递依赖第三范式第三范式(3NF)(3NF)消除属性组之间的冗余和依赖巴斯巴斯-科德范科德范式式(BCNF)(BCNF)0303第第3章章 关系型数据关系型数据库库管理系管理系统统 关系型数据库的关系型数据库的关系型数据库的关系型数据库的原理原理原理原理关系型数据库是基于关系代数和关系演算理论构建而成的关系型数据库是基于关系代数和关系演算理论构建而成的一种数据库，一种数据库，SQLSQL是操作关系型数据库的主要语言。是操作关系型数据库的主要语言。关系代数关系代数选择指定行选择运算选择运算选择指定列投影运算投影运算链接两个关系并运算并运算 关系型数据库的结构关系型数据库的结构由列和行组成表表(table)(table)的的定义和结构定义和结构每一列对应一个属性列列(column)(column)的的定义和结构定义和结构由一组数据组成行行(row)(row)的定的定义和结构义和结构 关系型数据库的操作关系型数据库的操作创建新表新建表新建表删除已有表删除表删除表向表中插入数据插入数据插入数据从表中删除数据删除数据删除数据广泛应用于Web开发开源、免费开源、免费0103使用较简单，且有详细文档易于学习易于学习02支持Windows、Linux、Mac等平台跨平台跨平台OracleOracleOracleOracle数数数数据据据据库库库库 Express EditionExpress EditionExpress EditionExpress Edition免费免费仅支持单台服务器仅支持单台服务器适用于中小型企业适用于中小型企业Oracle CloudOracle CloudOracle CloudOracle Cloud云上数据库服务云上数据库服务灵活可扩展灵活可扩展支持灾备支持灾备Oracle Oracle Oracle Oracle NoSQL NoSQL NoSQL NoSQL DatabaseDatabaseDatabaseDatabase非关系型数据库非关系型数据库高性能高性能支持分布式架构支持分布式架构OracleOracle数据库数据库OracleOracleOracleOracle数据库数据库数据库数据库功能强大功能强大支持大规模数据管理支持大规模数据管理适用于大型企业适用于大型企业SQL ServerSQL Server数据库数据库原名为Sybase SQL Server微软发布微软发布易于使用、管理和维护容易上手容易上手支持.NET框架，与其他Microsoft产品无缝集成完美兼容完美兼容 0404第第4章章 非关系型数据非关系型数据库库管理管理系系统统 非关系型数据库的原理非关系型数据库的原理NoSQL概述，它是指非关系型的数据库。与传统的关系型数据库相比，它不是以表格形式来存储数据，而是使用键/值对、文档、列族或图形等形式。这种非关系型的数据存储方式有很多好处，比如可以更好地支持分布式计算、大数据处理等。同时，也存在一些缺陷，比如数据一致性较难保证等问题。非关系型数据库的种类非关系型数据库的种类将键/值对形式的数据存储在内存或磁盘上，支持高速读写和分布式存储键值存储型数键值存储型数据库据库将数据以文档形式存储，每个文档包含了一组键/值对，支持高度的灵活性和可扩展性文档型数据库文档型数据库将数据以列族的方式进行存储，每个列族包含了一组相似的列，支持高速读写列族型数据库列族型数据库 非关系型数据库的种类非关系型数据库的种类用于管理图形数据，支持复杂的数据结构和查询语言图形数据库图形数据库 广泛应用于Web应用、大型企业应用、社交媒体等领域MongoDBMongoDB数据库数据库0103以文档为中心，支持JSON格式的数据，广泛应用于Web应用、大数据等领域CouchDBCouchDB数据库数据库02内存数据库，对读写操作的性能有很高的要求，适用于一些高速缓存和计数器的场景RedisRedis数据库数据库非关系型数据库非关系型数据库非关系型数据库非关系型数据库和关系型数据库和关系型数据库和关系型数据库和关系型数据库的比较的比较的比较的比较非关系型数据库和关系型数据库有很多不同之处。关系型非关系型数据库和关系型数据库有很多不同之处。关系型数据库通常采用表格的方式来存储数据，适合于存储结构数据库通常采用表格的方式来存储数据，适合于存储结构化数据，可以保证数据的一致性和完整性。而非关系型数化数据，可以保证数据的一致性和完整性。而非关系型数据库支持更灵活的数据存储方式，可以存储非结构化和半据库支持更灵活的数据存储方式，可以存储非结构化和半结构化数据，同时也能够支持分布式计算、大数据处理等结构化数据，同时也能够支持分布式计算、大数据处理等场景。场景。不同种类非关系型数据库的比较不同种类非关系型数据库的比较 键值存储型数键值存储型数据库据库 文档型数据库文档型数据库 列族型数据库列族型数据库 图形数据库图形数据库非关系型数据库的优缺点非关系型数据库的优缺点支持高速读写、具有分布式存储能力、灵活性高、可扩展性好优点优点一致性难以保证、查询和分析操作相对复杂、不支持多表Join等特性缺点缺点 0505第第5章章 数据数据库库安全性和完整安全性和完整性性 数据库攻击方式数据库攻击方式危害：SQLSQL注入攻击注入攻击危害：拒绝服务攻击拒绝服务攻击危害：缓冲区溢出攻缓冲区溢出攻击击 数据库安全性保障数据库安全性保障含义：认证和授权认证和授权含义：数据加密和解数据加密和解密密含义：数据备份和恢数据备份和恢复复 数据库完整性保障数据库完整性保障含义：实体完整性实体完整性含义：参照完整性参照完整性含义：用户定义完整用户定义完整性性 数据库安全性和数据库安全性和数据库安全性和数据库安全性和完整性综合案例完整性综合案例完整性综合案例完整性综合案例分析分析分析分析综合分析案例中的安全和完整性问题，分析案例中各种攻综合分析案例中的安全和完整性问题，分析案例中各种攻击方式的具体危害，以及针对问题提供的解决方案和注意击方式的具体危害，以及针对问题提供的解决方案和注意事项。事项。非对称加密算法非对称加密算法非对称加密算法非对称加密算法含义：含义：常用算法：常用算法：优缺点：优缺点：哈希算法哈希算法哈希算法哈希算法含义：含义：常用算法：常用算法：优缺点：优缺点：数字证书数字证书数字证书数字证书含义：含义：创建步骤：创建步骤：验证过程：验证过程：数据加密和解密数据加密和解密对称加密算法对称加密算法对称加密算法对称加密算法含义：含义：常用算法：常用算法：优缺点：优缺点：含义含义0103实体间的联系实体间的联系02数据类型数据类型缓冲区溢出攻击缓冲区溢出攻击缓冲区溢出攻击是指在程序写入数据时，超过了预留的内存空间，导致数据覆盖了相邻的内存空间，从而攻击者可以利用溢出的缓冲区继续写入有害代码，甚至完全控制程序。参照完整性参照完整性含义含义外键约束外键约束级联操作级联操作 0606第第6章章 数据数据库库性能性能调优调优 数据库性能调优的原理数据库性能调优的原理系统结构的优化系统结构和性系统结构和性能优化能优化索引优化的方法查询优化和索查询优化和索引优化引优化缓存和锁机制的使用数据库缓存和数据库缓存和锁机制锁机制 数据库性能调优的介绍数据库性能调优的介绍方法的具体实施调优步骤和方调优步骤和方法法性能指标的解释调优指标和工调优指标和工具具 数据库性能调优的实例分析数据库性能调优的实例分析查找性能问题的方法分析案例中的分析案例中的性能问题性能问题提高系统性能的方法给出解决方案给出解决方案和注意事项和注意事项 MySQLMySQL数据库性能调优案例数据库性能调优案例0103 02 OracleOracle数据库性能调优案例数据库性能调优案例系统结构和性能优化系统结构和性能优化系统结构是影响数据库性能的一个重要因素，对系统进行优化是保证数据库性能高效的前提。优化系统结构可从以下角度入手：1.分离应用程序、Web服务器和数据库服务器2.合理划分分区和文件组3.设置适当的缓存大小4.使用RAID阵列提高磁盘I/O速度5.优化网络结构，提高网络传输速度查询优化和索引查询优化和索引查询优化和索引查询优化和索引优化优化优化优化索引是优化查询性能的一个重要手段，通过建立索引可以索引是优化查询性能的一个重要手段，通过建立索引可以大大提高查询速度。优化索引可从以下角度入手：大大提高查询速度。优化索引可从以下角度入手：1.1.合理设置索引类型合理设置索引类型2.2.避免过多的索引避免过多的索引3.3.使用覆盖索引使用覆盖索引4.4.使用索引顺序与查询顺序一致使用索引顺序与查询顺序一致5.5.使用连接查询时注意调整连接顺序使用连接查询时注意调整连接顺序 数据库缓存和锁机制数据库缓存和锁机制缓存的作用和注意事项数据库缓存数据库缓存锁的类型和使用场景数据库锁机制数据库锁机制 调优步骤和方法调优步骤和方法数据库性能调优需要采取一系列措施，具体的步骤和方法包括：1.分析数据库性能瓶颈2.测试数据库性能指标3.分析测试结果，找出性能瓶颈4.制定优化方案，实施优化5.测试优化效果，持续优化调优工具调优工具调优工具调优工具mysqltunermysqltunerpt-query-digestpt-query-digestinnotopinnotopmysqldumpslowmysqldumpslow常用命令常用命令常用命令常用命令show statusshow statusexplainexplainshow processlistshow processlistshow variablesshow variables性能优化建议性能优化建议性能优化建议性能优化建议避免使用避免使用select*select*避免频繁的连接和断开避免频繁的连接和断开避免使用函数和触发器避免使用函数和触发器缩短事务长度缩短事务长度调优指标和工具调优指标和工具调优指标调优指标调优指标调优指标响应时间响应时间QPSQPS吞吐量吞吐量连接数连接数MySQLMySQLMySQLMySQL数据库性数据库性数据库性数据库性能调优案例能调优案例能调优案例能调优案例针对针对MySQLMySQL数据库性能调优，可以从以下方面提高性能：数据库性能调优，可以从以下方面提高性能：1.1.调整缓存、连接和线程数调整缓存、连接和线程数2.2.优化查询和索引优化查询和索引3.3.使用主从复制使用主从复制4.4.使用分区表使用分区表5.5.关闭不必要的关闭不必要的MySQLMySQL选项选项 0707第第7章章 数据数据库库技技术发术发展展趋势趋势 云数据库的发展云数据库的发展云服务模式云计算的概念云计算的概念和特点和特点云数据库的类型云数据库的架云数据库的架构和应用构和应用 大数据技术的发展和应用大数据技术的发展和应用0103 02 数据库和大数据的结合数据库和大数据的结合数据库技术的新趋势数据库技术的新趋势自动化管理、修复和削减成本数据库自动化数据库自动化运维运维轻量级、可移植的数据库运行环境数据库容器化数据库容器化技术技术人工智能加持的数据库应用数据库数据库AIAI技术技术 数据库技术发展数据库技术发展数据库技术发展数据库技术发展趋势综合案例分趋势综合案例分趋势综合案例分趋势综合案例分析析析析在综合案例分析中，新技术不断地涌现，如何选择并应用在综合案例分析中，新技术不断地涌现，如何选择并应用新技术是关键。应该根据实际业务需求，分析新技术的优新技术是关键。应该根据实际业务需求，分析新技术的优缺点和适用范围，制定相应的应用方案，并注意事项，如缺点和适用范围，制定相应的应用方案，并注意事项，如数据安全、成本等。数据安全、成本等。适用范围适用范围适用范围适用范围金融行业金融行业物流行业物流行业医疗行业医疗行业注意事项注意事项注意事项注意事项数据安全数据安全成本控制成本控制技术人才技术人才应用方案应用方案应用方案应用方案基于区块链技术的供应链金融基于区块链技术的供应链金融平台平台基于边缘计算的智能物流系统基于边缘计算的智能物流系统基于分布式存储的医疗数据平基于分布式存储的医疗数据平台台数据库技术发展趋势综合案例分析数据库技术发展趋势综合案例分析新技术新技术新技术新技术区块链技术区块链技术边缘计算边缘计算分布式存储分布式存储总结总结随着云计算、大数据和人工智能技术的快速发展，数据库技术也在不断地更新迭代。未来，数据库技术将更加自动化、智能化和安全化，给企业和个人带来更多创新和变革机遇。0808第第8章章 总结总结 数据库技术的重要性数据库技术的重要性-数据库技术在现代信息社会中扮演着至关重要的角色，几乎在所有大型企业和组织中都被广泛应用-数据库技术的应用场景包括但不限于：数据管理、数据挖掘、数据分析、人工智能、云计算等领域数据库技术的未来发展数据库技术的未来发展趋势趋势-数据库技术将会继续向着更高效、更安全、更智能的方向发展-数据库管理系统的性能将会进一步提升，同时也会更加适应大规模、多样化的数据处理需求-数据安全和隐私保护将会成为数据库技术发展的重点感想和收获感想和收获通过学习数据库课程，我对数据管理和处理的重要性有了更深刻的认识，同时也学到了数据库设计、查询语言等相关技术，这对我的职业发展和个人能力提升都具有重要意义学习和研究建议学习和研究建议-深入学习和掌握数据库技术原理和应用-不断提升自己的数据分析和挖掘能力-关注数据库技术的最新发展，了解新技术的应用场景和特点THANKSTHANKS 谢谢观看！