数据库介绍

数据库介绍

数据库由 DBMS (Database Management System) 管理，分为关系型数据库和非关系型数据库。

每个数据库系统需要做到以下几点：

• 定义存储结构
• 信息操作
• 安全性
• 并发控制

数据库系统解决的问题是：

• 数据冗余与不一致 (Data Redundancy and Inconsistency)，类似的数据存储在不同地方
• 数据孤立、数据孤岛 (Data isolation)，没有形成有机的结构
• 存取数据困难 (Accessing Data)，每个任务都要写个程序
• 完整性问题 (Integrity Problems)
  • 完整性指防止数据库中存在不符合语义规则的数据，避免错误的输入和输出
• 原子性问题 (Atomicity Problems)
  • 原子性指要么全部成功，要么全部失败
  • 可能中途掉电导致操作未完成，无法保证原子性
• 并发访问异常 (Concurrent Access Anomalies)
• 安全性问题 (Security Problems)
  • 认证 (Authentication)
  • 权限 (Privilege)
  • 审计 (Audit)

由此，数据库对应的特点是：

• 数据持久性 (Data Persistence)
• 数据访问便利性 (Convenience in Accessing Data)
• 数据完整性 (Data Integrity)
• 多用户并发控制 (Concurrency Control for multiple users)
• 故障恢复 (Failure Recovery)
• 安全控制 (Security Control)

数据模型

• 关系模型 (Relation Model)
• 基于对象的数据模型 (Object-based Data Model)
  • 面向对象数据模型 (Object-oriented)
  • 对象-关系数据模型 (Object-relational)
• 半结构化数据数据 (Semi-structured Data Model)
  • XML 数据模型
  • JSON 数据模型
• 其他老模型
  • 网状模型 (Network Model)
  • 层次模型 (Hierarchical Model)
• 实体-联系模型 (Entity-Relationship Model)，主要用于数据库设计

数据视图

数据视图有三种，可以隐藏复杂性，并增强适应变化的能力：

• 视图模式 (View Schema)，描述了用户所见到的数据
• 逻辑模式 (Logical Schema)，描述了数据的逻辑结构
• 物理模式 (Physical Schema)，描述了数据的物理存储结构

逻辑数据独立性指的是改变逻辑模式而不改变用户视图模式的能力，物理数据独立性指的是改变物理模式而不改变逻辑模式的能力。

数据语言

数据定义语言

DDL (Data Definition Language) 用于定义数据库的结构，包括表的创建、删除、修改等。

DDL 编译器会生成一个数据字典，用于存储数据库的元数据，其中包含：

• 数据库模式
• 完整性约束
  • 主键
  • 参照完整性
• 权限

数据操作语言

DML (Data Manipulation Language) 是一种用于操作数据库中数据的语言，也被称为查询语言，如 SQL Query Language。

分为过程式 (Procedural) 和陈述式 (Declarative)，其中 SQL 是使用最广泛的语言，属于陈述式。

SQL 并不强大，某些计算和行为必须通过宿主语言 (host language) 来实现，如 Python、Java、C 等。

数据库使用者

• Native User: 通过图形化界面使用
• Application Programmer: 使用 API 制作数据库应用
• Sophisticated User: 使用 DML 和系统交互
• Database Administrator: 协调数据库系统的所有活动，要对信息资源有深入的了解

数据库历史

历届图灵奖获得者有：

• Charles W. Bachman，网状数据库之父，任职美国通用电气，获得 1973 年图灵奖
• Edgar F. Codd，在 IBM 任职期间开创关系模型，获得 1981 年图灵奖
• Jim Gray 因为他对数据库和事务处理研究的开创性贡献获得 1998 年图灵奖
• Michael Stonebraker 因为他对现代数据库系统的概念和实践做出的贡献获得 2014 年图灵奖