數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) (DBMS) 簡介

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) (DBMS) 是現(xiàn)代軟件應用程序的重要組成部分，是有效管理、存儲和檢索數(shù)據(jù)的組成部分。它們提供了處理數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)方法，確保數(shù)據(jù)的一致性、可靠性和安全性。本文涵蓋了 DBMS 的基本概念、組件和功能，包括數(shù)據(jù)抽象、模式、數(shù)據(jù)庫語言、事務管理、體系結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵數(shù)據(jù)庫元素。

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DBMS 的目的

DBMS 的主要目的是提供可靠、高效且用戶友好的系統(tǒng)來存儲和檢索數(shù)據(jù)。它充當用戶與其交互的數(shù)據(jù)之間的中介，確保隱藏數(shù)據(jù)存儲的復雜性，同時提供強大的數(shù)據(jù)管理功能。

DBMS 的主要目標包括：

• 高效的數(shù)據(jù)存儲和檢索：利用復雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來優(yōu)化數(shù)據(jù)操作。
• 數(shù)據(jù)一致性和完整性： 執(zhí)行規(guī)則以維護數(shù)據(jù)正確性。
• 數(shù)據(jù)安全：限制對敏感數(shù)據(jù)的未經(jīng)授權(quán)的訪問。
• 并發(fā)控制：確保多個用戶可以同時訪問數(shù)據(jù)而不會發(fā)生沖突。

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數(shù)據(jù)抽象

數(shù)據(jù)抽象通過隱藏數(shù)據(jù)存儲的復雜性來簡化用戶與數(shù)據(jù)庫的交互方式。分為三個級別：

1. 物理層面

• 最低抽象級別，描述數(shù)據(jù)如何物理存儲在系統(tǒng)中。
• 專注于低級細節(jié)，例如數(shù)據(jù)塊、文件結(jié)構(gòu)和存儲路徑。
• 通常由數(shù)據(jù)庫管理員和系統(tǒng)開發(fā)人員管理。

2. 邏輯層面

• 描述存儲哪些數(shù)據(jù)以及它們之間的關(guān)系。
• 使用表、列和關(guān)系提供整個數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)化視圖。
• 促進物理數(shù)據(jù)獨立性，允許在物理層面進行更改而不影響邏輯結(jié)構(gòu)。

3. 視圖級別

• 最高抽象級別，為不同用戶提供量身定制的數(shù)據(jù)庫視角。
• 專注于通過隱藏不必要的復雜性來簡化最終用戶的交互。
• 數(shù)據(jù)庫可能有多個視圖來滿足特定用戶的需求。

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實例和模式

數(shù)據(jù)庫是根據(jù)其架構(gòu)和實例來定義的。

• 架構(gòu)：

  • 數(shù)據(jù)庫的邏輯結(jié)構(gòu)，定義表、關(guān)系和約束。
  • 充當藍圖，除非明確修改，否則隨著時間的推移保持不變。

• 實例：

  • 特定時刻存儲在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)內(nèi)容。
  • 隨著數(shù)據(jù)的插入、更新或刪除而不斷變化。

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數(shù)據(jù)庫語言

DBMS 使用專門的語言與數(shù)據(jù)庫交互。這些大致分為：

1. 數(shù)據(jù)定義語言（DDL）

• 定義數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和模式。
• 操作示例：
  • 創(chuàng)建：定義新表或數(shù)據(jù)庫。
  • 更改：修改現(xiàn)有結(jié)構(gòu)。
  • DROP：刪除表或數(shù)據(jù)庫。
• DDL中的完整性約束確保數(shù)據(jù)的準確性和一致性：
  • 域約束： 定義屬性的允許值。
  • 引用完整性： 強制表之間的有效關(guān)系。

2. 數(shù)據(jù)操作語言（DML）

• 使用戶能夠操作數(shù)據(jù)庫中存儲的數(shù)據(jù)。
• 常用操作：
  • 選擇：檢索數(shù)據(jù)。
  • 插入：添加新數(shù)據(jù)。
  • 刪除：刪除現(xiàn)有數(shù)據(jù)。
  • 更新：修改現(xiàn)有數(shù)據(jù)。
• SQL 提供了在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中廣泛使用的標準化 DML 語法。

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交易管理

事務是數(shù)據(jù)庫操作的邏輯單元，必須遵守ACID屬性以確保可靠性：

1. 原子性：交易是不可分割的；要么所有操作成功，要么全部失敗。
2. 一致性：事務必須使數(shù)據(jù)庫處于有效狀態(tài)。
3. 隔離：并發(fā)事務不應互相干擾。
4. 持久性：一旦提交，即使系統(tǒng)出現(xiàn)故障，更改也會持續(xù)存在。

DBMS 采用鎖定、日志記錄和并發(fā)控制等機制來管理事務并確保這些屬性。

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數(shù)據(jù)庫和應用程序架構(gòu)

現(xiàn)代數(shù)據(jù)庫遵循三層架構(gòu)來分離關(guān)注點并增強可擴展性：

1. 演示層：

   • 面向用戶的層，通常是前端應用程序。
   • 通過圖形界面或網(wǎng)頁與用戶交互。

2. 應用層：

   • 實現(xiàn)業(yè)務規(guī)則和應用程序邏輯的邏輯層。
   • 連接前端與數(shù)據(jù)庫。

3. 數(shù)據(jù)庫層：

   • 存儲和管理數(shù)據(jù)的后端。
   • 包括 DBMS 和物理存儲系統(tǒng)。

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數(shù)據(jù)庫用戶和管理員

用戶類型：

1. 最終用戶：使用應用程序或查詢與數(shù)據(jù)庫交互。
2. 應用程序程序員：使用 DBMS 提供的 API 開發(fā)軟件應用程序。
3. 數(shù)據(jù)庫管理員 (DBA)： 管理數(shù)據(jù)庫、控制訪問并確保最佳性能。

DBA 的角色：

• 定義和維護模式。
• 實施安全措施。
• 監(jiān)控和優(yōu)化數(shù)據(jù)庫性能。
• 執(zhí)行備份和恢復操作。

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表格及其組件

表是關(guān)系數(shù)據(jù)庫的基本結(jié)構(gòu)，由行和列組成。

• 行（元組）： 代表表中的各個記錄。
• 列（屬性）： 表示具有特定數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)字段。
• 主鍵：唯一標識表中的每一行。
• 外鍵：通過引用其他表中的主鍵來創(chuàng)建表之間的關(guān)系。

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數(shù)據(jù)庫中的鍵

密鑰對于確保數(shù)據(jù)完整性和建立關(guān)系至關(guān)重要。常見類型包括：

1. 主鍵：表行的唯一標識符。不能包含 NULL 值。
2. 外鍵：引用另一個表中的主鍵，強制引用完整性。
3. 候選鍵：可以唯一標識一行的任何列或列集。選擇一個候選鍵作為主鍵。
4. 復合鍵： 由兩個或多個屬性組成的主鍵。
5. 唯一鍵：與主鍵類似，但允許一個 NULL 值。
6. 超級鍵：唯一標識行的候選鍵的超集。

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DBMS 中的函數(shù)、過程和觸發(fā)器

除了管理和查詢數(shù)據(jù)之外，現(xiàn)代 DBMS 還通過 函數(shù)、過程和觸發(fā)器提供封裝邏輯和自動化任務的機制。這些元素提高了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的效率、可維護性和響應能力。

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功能

函數(shù)是執(zhí)行特定任務并返回單個值的數(shù)據(jù)庫對象。函數(shù)通常用于計算、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換或檢索特定信息。它們類似于數(shù)學函數(shù)，可以直接在 SQL 查詢中調(diào)用。

功能特點：

• 輸入?yún)?shù)：函數(shù)可以接受零個或多個輸入?yún)?shù)。
• 返回值：函數(shù)始終返回指定數(shù)據(jù)類型的單個值。
• 只讀：函數(shù)不能直接修改數(shù)據(jù)庫表或數(shù)據(jù)；它們僅限于只讀操作。

創(chuàng)建函數(shù)的語法（SQL 示例）：

CREATE FUNCTION function_name (parameter_list)
RETURNS return_type
AS
BEGIN
    -- Function logic
    RETURN value;
END;

例子：

根據(jù)數(shù)量和單位價格計算訂單總價的函數(shù)：

CREATE FUNCTION calculate_total_price(quantity INT, price_per_unit DECIMAL)
RETURNS DECIMAL
AS
BEGIN
    RETURN quantity * price_per_unit;
END;

優(yōu)點：

1. 跨查詢的邏輯可重用性。
2. 提高了查詢的可讀性和可維護性。
3. 通過封裝復雜邏輯來增強性能。

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程序

過程是數(shù)據(jù)庫中執(zhí)行一系列操作的存儲程序。與函數(shù)不同，過程不返回值，但可以執(zhí)行數(shù)據(jù)修改任務，例如 INSERT、UPDATE 和 DELETE。

程序特點：

• 可以有輸入、輸出和輸入輸出參數(shù)。
• 能夠修改數(shù)據(jù)庫表。
• 使用 CALL 或 EXEC 語句執(zhí)行。

創(chuàng)建過程的語法（SQL 示例）：

CREATE PROCEDURE procedure_name (parameter_list)
AS
BEGIN
    -- Procedure logic
END;

例子：

更新員工工資的程序：

CREATE PROCEDURE update_salary(employee_id INT, new_salary DECIMAL)
AS
BEGIN
    UPDATE employees
    SET salary = new_salary
    WHERE id = employee_id;
END;

優(yōu)點：

1. 將復雜邏輯封裝成可重用的單元。
2. 能夠在一次調(diào)用中執(zhí)行多個操作。
3. 通過減少網(wǎng)絡開銷提高數(shù)據(jù)庫性能。

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觸發(fā)器

觸發(fā)器是一個數(shù)據(jù)庫對象，它自動執(zhí)行預定義的操作以響應表上的特定事件，例如 INSERT、UPDATE 或 DELETE 操作。

觸發(fā)器的特點：

• 在特定表上定義并由事件激活。
• 可以在事件發(fā)生之前或之后觸發(fā)。
• 用于執(zhí)行業(yè)務規(guī)則、維護審核日志或傳播更改。

觸發(fā)器類型：

1. BEFORE 觸發(fā)器： 在指定事件之前執(zhí)行。
2. AFTER 觸發(fā)器： 在指定事件后執(zhí)行。
3. INSTEAD OF 觸發(fā)器： 代替事件執(zhí)行（常用于視圖）。

創(chuàng)建觸發(fā)器的語法（SQL 示例）：

CREATE FUNCTION function_name (parameter_list)
RETURNS return_type
AS
BEGIN
    -- Function logic
    RETURN value;
END;

例子：

記錄添加到員工表中的每個新員工的觸發(fā)器：

CREATE FUNCTION calculate_total_price(quantity INT, price_per_unit DECIMAL)
RETURNS DECIMAL
AS
BEGIN
    RETURN quantity * price_per_unit;
END;

優(yōu)點：

1. 自動執(zhí)行規(guī)則和政策。
2. 減少重復性任務的人工干預。
3. 通過維護更改日志來增強可審核性。

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函數(shù)、過程、觸發(fā)器：主要區(qū)別

通過有效地使用函數(shù)、過程和觸發(fā)器，您可以封裝業(yè)務邏輯、執(zhí)行規(guī)則并在數(shù)據(jù)庫中自動執(zhí)行任務。這些工具構(gòu)成了現(xiàn)代 DBMS 應用程序的支柱，使開發(fā)人員和管理員能夠創(chuàng)建強大且可維護的系統(tǒng)。

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在 DBMS 中映射基數(shù)

映射基數(shù)，也稱為基數(shù)比，定義一個實體集中可以通過關(guān)系集與另一實體集中的實體關(guān)聯(lián)的實體數(shù)量。這些基數(shù)在描述二元關(guān)系集時特別重要，對于多實體關(guān)系也很有用。

對于實體集A和B之間的二元關(guān)系集R，可能的映射基數(shù)如下：

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1. 一對一（1:1）

• 定義： A 中的一個實體最多與 B 中的一個實體關(guān)聯(lián)，反之亦然。
• 示例：
  • 在員工被分配到停車位的數(shù)據(jù)庫中：
  • 每位員工最多分配一個停車位。
  • 每個停車位最多分配給一名員工。
• 圖表表示：
  • A 中的每個實體映射到 B 中的單個實體，B 中的每個實體映射到 A 中的單個實體。

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2. 一對多（1:N）

• 定義： A 中的實體可以與 B 中的零個或多個實體關(guān)聯(lián)，但 B 中的實體最多與 A 中的一個實體關(guān)聯(lián)。
• 示例：
  • 在作者和書籍數(shù)據(jù)庫中：
  • 一個作者可以寫多本書。
  • 每本書僅由一位作者撰寫。
• 圖表表示：
  • A 中的實體映射到 B 中的多個實體，但 B 中的實體映射到 A 中的單個實體。

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3. 多對一（M:1）

• 定義： A 中的實體最多與 B 中的一個實體關(guān)聯(lián)，但 B 中的實體可以與 A 中的零個或多個實體關(guān)聯(lián)。
• 示例：
  • 在學生和課程的數(shù)據(jù)庫中：
  • 每個學生只能報讀一個系。
  • 一個院系可以招收多名學生。
• 圖表表示：
  • A 中的實體映射到 B 中的單個實體，而 B 中的實體可以映射到 A 中的多個實體。

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4. 多對多（M:N）

• 定義： A 中的實體可以與 B 中的零個或多個實體關(guān)聯(lián)，反之亦然。
• 示例：
  • 在學生和課程的數(shù)據(jù)庫中：
  • 一個學生可以報名多門課程。
  • 一門課程可以有多名學生注冊。
• 圖表表示：
  • A 中的多個實體映射到 B 中的多個實體，反之亦然。

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映射基數(shù)的視覺表示

一對一（1:1）：

CREATE FUNCTION function_name (parameter_list)
RETURNS return_type
AS
BEGIN
    -- Function logic
    RETURN value;
END;

一對多 (1:N)：

CREATE FUNCTION calculate_total_price(quantity INT, price_per_unit DECIMAL)
RETURNS DECIMAL
AS
BEGIN
    RETURN quantity * price_per_unit;
END;

多對一 (M:1)：

CREATE PROCEDURE procedure_name (parameter_list)
AS
BEGIN
    -- Procedure logic
END;

多對多 (M:N)：

CREATE PROCEDURE update_salary(employee_id INT, new_salary DECIMAL)
AS
BEGIN
    UPDATE employees
    SET salary = new_salary
    WHERE id = employee_id;
END;

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映射基數(shù)的重要性

1. 數(shù)據(jù)庫設計：映射基數(shù)通過定義實體集之間的清晰關(guān)系來幫助設計高效的關(guān)系模式。
2. 數(shù)據(jù)完整性：確保關(guān)系符合現(xiàn)實世界的約束。
3. 查詢優(yōu)化：了解基數(shù)有助于優(yōu)化查詢以獲得更好的性能。
4. E-R 模型： 在實體關(guān)系圖中發(fā)揮至關(guān)重要的作用，使關(guān)系變得明確。

映射基數(shù)是理解實體在數(shù)據(jù)庫中如何相互關(guān)聯(lián)的基礎，并為定義健壯且可擴展的數(shù)據(jù)庫模式提供結(jié)構(gòu)基礎。

以上是數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)簡介的詳細內(nèi)容。更多信息請關(guān)注PHP中文網(wǎng)其他相關(guān)文章！