数据库系统总结

数据库系统概述

数据库系统（Database System, DBS）是用于高效管理、存储和检索数据的软件系统。

数据库系统的组成包括：数据库、硬件、软件、人员。

三级模式-两级映像

内模式：管理如何存储物理的数据，对数据的存储方式、优化、存放等。

模式：又称为概念模式，就是我们通常使用的表这个级别，根据应用、需求将物理数据划分为一张张表。

外模式：对应数据库中的视图这个级别，将表进行一定的处理后再提供给用户使用，例如，将用户表中的用户名和密码组成视图提供给登录模块使用，而用户表中的其他列则不对该模块开放，增加了安全性。

数据库设计

ER模型
实体-关系模型用于概念设计，包含实体、属性和关系。

规范化理论
减少冗余，避免异常。常用范式：

• 第一范式（1NF）：属性不可再分。
• 第二范式（2NF）：满足1NF且非主属性完全依赖主键。
• 第三范式（3NF）：满足2NF且消除传递依赖。

SQL语言

数据定义语言（DDL）
创建或修改数据库结构，如CREATE TABLE、ALTER TABLE。

数据操作语言（DML）
增删改查数据，如INSERT、UPDATE、DELETE、SELECT。

数据控制语言（DCL）
权限管理，如GRANT、REVOKE。

事务管理

ACID特性

• 原子性（Atomicity）：事务全部执行或全部回滚。
• 一致性（Consistency）：事务前后数据状态合法。
• 隔离性（Isolation）：并发事务互不干扰。
• 持久性（Durability）：事务提交后数据永久保存。

隔离级别

• 读未提交（Read Uncommitted）
• 读已提交（Read Committed）
• 可重复读（Repeatable Read）
• 序列化（Serializable）

索引与优化

索引类型

• B树索引：平衡树结构，适合范围查询。
• 哈希索引：精确匹配高效，不支持范围查询。
• 全文索引：文本内容检索。

优化策略

• 避免全表扫描，合理设计索引。
• 使用EXPLAIN分析查询计划。
• 规范化与反规范化权衡。

分布式数据库

CAP理论
在一致性（Consistency）、可用性（Availability）、分区容错性（Partition Tolerance）中最多满足两项。

常见技术

• 分片（Sharding）：水平拆分数据。
• 复制（Replication）：数据多副本存储。

数据库安全

措施

• 权限控制：角色与用户分级授权。
• 数据加密：传输加密（SSL）与存储加密。
• 审计日志：记录关键操作。

新兴趋势

• 云数据库：如AWS RDS、Azure SQL Database。
• NewSQL：结合SQL与NoSQL优势，如Google Spanner。
• 时序数据库：专用于时间序列数据，如InfluxDB。