數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)考點(diǎn)梳理與習(xí)題解析數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)作為計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的核心課程，其理論性與實(shí)踐性結(jié)合緊密，無論是在學(xué)術(shù)考核還是實(shí)際應(yīng)用中都占據(jù)重要地位。本文旨在對(duì)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心考點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)性梳理，并通過典型習(xí)題的解析，幫助讀者深化理解，鞏固所學(xué)知識(shí)，提升解決實(shí)際問題的能力。一、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)基本概念（一）數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)這部分是入門基礎(chǔ)，需要準(zhǔn)確理解各概念的內(nèi)涵及其相互關(guān)系。*數(shù)據(jù)（Data）：描述事物的符號(hào)記錄，是數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的基本對(duì)象。*數(shù)據(jù)庫（Database,DB）：長期存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)、有組織的、可共享的大量數(shù)據(jù)的集合。其基本特征包括永久存儲(chǔ)、有組織和可共享。*數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DatabaseManagementSystem,DBMS）：位于用戶與操作系統(tǒng)之間的一層數(shù)據(jù)管理軟件，提供數(shù)據(jù)定義、數(shù)據(jù)操縱、數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行管理、數(shù)據(jù)庫的建立和維護(hù)等功能。*數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DatabaseSystem,DBS）：通常指帶有數(shù)據(jù)庫的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，一般由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（及其開發(fā)工具）、應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員（DBA）和用戶構(gòu)成。（二）數(shù)據(jù)模型數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)。*概念模型：也稱信息模型，是按用戶的觀點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)和信息建模，主要用于數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)。E-R模型（實(shí)體-聯(lián)系模型）是最常用的概念模型，涉及實(shí)體、屬性、聯(lián)系（一對(duì)一、一對(duì)多、多對(duì)多）等要素。*邏輯模型：包括層次模型、網(wǎng)狀模型、關(guān)系模型、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)模型、對(duì)象關(guān)系數(shù)據(jù)模型、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)模型等。關(guān)系模型是目前主流的邏輯模型，其主要特征是用二維表（關(guān)系）表示實(shí)體集和實(shí)體間的聯(lián)系。*物理模型：是對(duì)數(shù)據(jù)最底層的抽象，描述數(shù)據(jù)在磁盤或磁帶上的存儲(chǔ)方式和存取方法。（三）關(guān)系數(shù)據(jù)庫關(guān)系數(shù)據(jù)庫是基于關(guān)系模型的數(shù)據(jù)庫。*基本術(shù)語：關(guān)系（表）、元組（行/記錄）、屬性（列/字段）、碼（鍵，包括超碼、候選碼、主碼、外碼）、域、關(guān)系模式。*關(guān)系的完整性約束：實(shí)體完整性（主碼約束）、參照完整性（外碼約束）、用戶定義的完整性。習(xí)題解析示例1：概念辨析*題目：簡述候選碼和主碼的區(qū)別與聯(lián)系。*解析：候選碼是指關(guān)系中能唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)元組的最小屬性集。一個(gè)關(guān)系可以有多個(gè)候選碼。主碼是從候選碼中選定的一個(gè)用來唯一標(biāo)識(shí)元組的候選碼。聯(lián)系：主碼一定是候選碼，候選碼不一定是主碼。區(qū)別：候選碼是潛在的標(biāo)識(shí)，主碼是被選中實(shí)際使用的標(biāo)識(shí)；一個(gè)關(guān)系只有一個(gè)主碼，但可以有多個(gè)候選碼。二、關(guān)系數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)語言SQLSQL（StructuredQueryLanguage）是關(guān)系數(shù)據(jù)庫的標(biāo)準(zhǔn)查詢語言，功能強(qiáng)大，集數(shù)據(jù)查詢（DQL）、數(shù)據(jù)操縱（DML）、數(shù)據(jù)定義（DDL）和數(shù)據(jù)控制（DCL）于一體。（一）數(shù)據(jù)定義（DDL）*創(chuàng)建：CREATETABLE(定義表結(jié)構(gòu)，包括列名、數(shù)據(jù)類型、約束條件如PRIMARYKEY,FOREIGNKEY,NOTNULL,UNIQUE,CHECK等)、CREATEVIEW(創(chuàng)建視圖)、CREATEINDEX(創(chuàng)建索引)。*修改：ALTERTABLE(添加列、修改列定義、刪除列、添加約束、刪除約束)。*刪除：DROPTABLE,DROPVIEW,DROPINDEX。（二）數(shù)據(jù)操縱（DML）*查詢：SELECT[ALL|DISTINCT]列名/表達(dá)式[別名]FROM表名/視圖名[別名][WHERE條件表達(dá)式][GROUPBY列名[HAVING條件表達(dá)式]][ORDERBY列名[ASC|DESC]]核心難點(diǎn)：各種條件表達(dá)式（比較、邏輯、Between...And、In、Like、IsNull）、連接查詢（內(nèi)連接INNERJOIN、外連接LEFT/RIGHT/FULLOUTERJOIN）、子查詢（嵌套查詢，特別是相關(guān)子查詢）、集合查詢（UNION,INTERSECT,EXCEPT）、聚合函數(shù)（COUNT,SUM,AVG,MAX,MIN）的使用。*插入：INSERTINTO表名[(列名列表)]VALUES(值列表)；或INSERTINTO表名[(列名列表)]SELECT查詢語句。*更新：UPDATE表名SET列名=表達(dá)式[,列名=表達(dá)式...][WHERE條件]。*刪除：DELETEFROM表名[WHERE條件]。（三）數(shù)據(jù)控制（DCL）*授權(quán)：GRANT權(quán)限[ON對(duì)象名]TO用戶[WITHGRANTOPTION]。*回收權(quán)限：REVOKE權(quán)限[ON對(duì)象名]FROM用戶[CASCADE|RESTRICT]。（四）視圖*視圖是從一個(gè)或多個(gè)基本表（或視圖）導(dǎo)出的虛擬表。*視圖的創(chuàng)建（CREATEVIEW...ASSELECT...）與使用（如同基本表）。*視圖的更新限制（并非所有視圖都可更新）。習(xí)題解析示例2：SQL查詢*題目：假設(shè)有學(xué)生表Student(Sno,Sname,Ssex,Sage,Sdept)和選課表SC(Sno,Cno,Grade)。查詢“計(jì)算機(jī)系”（'CS'）所有男生的姓名、選修的課程號(hào)及成績，結(jié)果按成績降序排列。*解析：分析：需要從Student表獲取姓名、性別、所在系信息，從SC表獲取課程號(hào)和成績。兩個(gè)表通過Sno進(jìn)行連接。篩選條件是Sdept='CS'且Ssex='男'。排序是按Grade降序。SQL語句：SELECTSname,SC.Cno,GradeFROMStudent,SCWHEREStudent.Sno=SC.SnoANDSdept='CS'ANDSsex='男'ORDERBYGradeDESC;或者使用顯式內(nèi)連接：SELECTSname,SC.Cno,GradeFROMStudentINNERJOINSCONStudent.Sno=SC.SnoWHERESdept='CS'ANDSsex='男'ORDERBYGradeDESC;三、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)是指對(duì)于一個(gè)給定的應(yīng)用環(huán)境，構(gòu)造最優(yōu)的數(shù)據(jù)庫模式，建立數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng)，使之能夠有效地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，滿足各種用戶的應(yīng)用需求（信息要求和處理要求）。（一）數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的步驟通常分為以下幾個(gè)階段：需求分析、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫實(shí)施、數(shù)據(jù)庫運(yùn)行和維護(hù)。（二）概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（E-R模型）*E-R圖的繪制：實(shí)體（矩形）、屬性（橢圓，多值屬性用雙線橢圓，派生屬性用虛線橢圓）、聯(lián)系（菱形，標(biāo)識(shí)聯(lián)系類型：1:1,1:n,m:n）。*聯(lián)系的屬性：聯(lián)系本身也可以有屬性。*E-R圖的集成與優(yōu)化：解決各分E-R圖之間的沖突（屬性沖突、命名沖突、結(jié)構(gòu)沖突）。（三）邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（E-R圖向關(guān)系模型的轉(zhuǎn)換）*實(shí)體轉(zhuǎn)換：一個(gè)實(shí)體型轉(zhuǎn)換為一個(gè)關(guān)系模式，實(shí)體的屬性即為關(guān)系的屬性，實(shí)體的碼即為關(guān)系的碼。*聯(lián)系轉(zhuǎn)換：*1:1聯(lián)系：可以將一方實(shí)體的碼和聯(lián)系的屬性加入到另一方實(shí)體對(duì)應(yīng)的關(guān)系模式中；也可以將兩端實(shí)體的碼及聯(lián)系的屬性合并為一個(gè)新的關(guān)系模式。*1:n聯(lián)系：將一方（1方）實(shí)體的碼和聯(lián)系的屬性加入到n方實(shí)體對(duì)應(yīng)的關(guān)系模式中。*m:n聯(lián)系：將聯(lián)系本身轉(zhuǎn)換為一個(gè)獨(dú)立的關(guān)系模式，其屬性為兩端實(shí)體的碼以及聯(lián)系本身的屬性，兩端實(shí)體的碼共同構(gòu)成該關(guān)系模式的碼（或碼的一部分）。*關(guān)系模式的優(yōu)化：考慮規(guī)范化理論，消除不合適的數(shù)據(jù)依賴，減少冗余。習(xí)題解析示例3：E-R圖轉(zhuǎn)換*題目：假設(shè)一個(gè)圖書管理系統(tǒng)，實(shí)體“圖書”具有屬性：書號(hào)、書名、作者、出版社、庫存量；實(shí)體“讀者”具有屬性：讀者號(hào)、姓名、性別、單位。讀者可以借閱圖書，每借一次有一個(gè)借書日期和應(yīng)還日期，一個(gè)讀者可以借多本圖書，一本圖書可以被多個(gè)讀者借閱。請(qǐng)畫出E-R圖，并將其轉(zhuǎn)換為關(guān)系模型。*解析：E-R圖繪制要點(diǎn)：兩個(gè)實(shí)體“圖書”和“讀者”，屬性分別如上。兩者之間存在m:n的“借閱”聯(lián)系，聯(lián)系屬性為“借書日期”和“應(yīng)還日期”。關(guān)系模式轉(zhuǎn)換：1.圖書(書號(hào),書名,作者,出版社,庫存量)（書號(hào)為主碼）2.讀者(讀者號(hào),姓名,性別,單位)（讀者號(hào)為主碼）3.借閱(讀者號(hào),書號(hào),借書日期,應(yīng)還日期)（讀者號(hào),書號(hào)為主碼，讀者號(hào)為引用讀者表的外碼，書號(hào)為引用圖書表的外碼）四、數(shù)據(jù)庫的安全性與完整性（一）數(shù)據(jù)庫安全性數(shù)據(jù)庫安全性是指保護(hù)數(shù)據(jù)庫以防止不合法使用所造成的數(shù)據(jù)泄露、更改或破壞。*安全性控制方法：用戶標(biāo)識(shí)與鑒別、存取控制（自主存取控制DAC如GRANT/REVOKE，強(qiáng)制存取控制MAC）、視圖機(jī)制、審計(jì)、數(shù)據(jù)加密等。（二）數(shù)據(jù)庫完整性數(shù)據(jù)庫完整性是指數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的正確性和相容性，防止不合語義的數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)庫。*實(shí)體完整性：通過定義主碼實(shí)現(xiàn)，主碼值非空且唯一。*參照完整性：通過定義外碼實(shí)現(xiàn)，外碼值要么為空，要么為參照關(guān)系中某個(gè)元組的主碼值。*用戶定義的完整性：針對(duì)某一具體應(yīng)用的數(shù)據(jù)必須滿足的語義要求，如NOTNULL,UNIQUE,CHECK等約束。習(xí)題解析示例4：完整性約束*題目：在創(chuàng)建表時(shí)，如何保證一個(gè)“年齡”字段的值必須在18到60之間？*解析：可以使用CHECK約束。例如，在CREATETABLE語句中定義該字段時(shí)加上：AgeINTCHECK(AgeBETWEEN18AND60)或者AgeINTCHECK(Age>=18ANDAge<=60)這樣，當(dāng)向該表插入或更新數(shù)據(jù)時(shí)，如果Age字段的值不在18到60之間，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)將拒絕執(zhí)行該操作，從而保證了數(shù)據(jù)的用戶定義完整性。五、事務(wù)管理與并發(fā)控制（一）事務(wù)*定義：事務(wù)是用戶定義的一個(gè)數(shù)據(jù)庫操作序列，這些操作要么全做要么全不做，是一個(gè)不可分割的工作單位。*ACID特性：原子性（Atomicity）、一致性（Consistency）、隔離性（Isolation）、持久性（Durability）。（二）并發(fā)控制多個(gè)事務(wù)同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)不一致性問題。*并發(fā)操作帶來的問題：丟失修改、不可重復(fù)讀、幻讀。*并發(fā)控制技術(shù)：封鎖技術(shù)（排它鎖X鎖、共享鎖S鎖、兩段鎖協(xié)議）、時(shí)間戳協(xié)議、樂觀控制法等。*封鎖協(xié)議：一級(jí)封鎖協(xié)議（防止丟失修改）、二級(jí)封鎖協(xié)議（防止丟失修改和讀“臟”數(shù)據(jù)）、三級(jí)封鎖協(xié)議（防止丟失修改、讀“臟”數(shù)據(jù)和不可重復(fù)讀）。（三）數(shù)據(jù)庫恢復(fù)數(shù)據(jù)庫恢復(fù)是指當(dāng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，將數(shù)據(jù)庫從錯(cuò)誤狀態(tài)恢復(fù)到某個(gè)一致狀態(tài)的功能。*故障類型：事務(wù)內(nèi)部故障、系統(tǒng)故障、介質(zhì)故障、計(jì)算機(jī)病毒。*恢復(fù)的基本原理：冗余。*恢復(fù)技術(shù)：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)（全量轉(zhuǎn)儲(chǔ)、增量轉(zhuǎn)儲(chǔ)、差量轉(zhuǎn)儲(chǔ)）、日志文件（登記日志文件的原則、利用日志文件恢復(fù)事務(wù)：UNDO、REDO）。習(xí)題解析示例5：事務(wù)隔離級(jí)別*題目：什么是事務(wù)的隔離級(jí)別？簡述不同隔離級(jí)別下可能出現(xiàn)的并發(fā)問題。*解析：事務(wù)的隔離級(jí)別是指多個(gè)事務(wù)并發(fā)執(zhí)行時(shí)，一個(gè)事務(wù)看到的數(shù)據(jù)是如何被其他事務(wù)影響的。SQL標(biāo)準(zhǔn)定義了四個(gè)隔離級(jí)別：3.可重復(fù)讀（RepeatableRead）：可防止臟讀、不可重復(fù)讀?？赡艹霈F(xiàn)幻讀。（許多數(shù)據(jù)庫如MySQL的InnoDB存儲(chǔ)引擎默認(rèn)此級(jí)別，并通過MVCC機(jī)制在一定程度上解決了幻讀）4.串行化（Serializable）：最高級(jí)別，完全隔離。所有事務(wù)依次執(zhí)行，不會(huì)出現(xiàn)并發(fā)問題，但效率最低。六、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)擴(kuò)展與新技術(shù)（簡述）*分布式數(shù)據(jù)庫：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在多個(gè)不同的物理位置，具有分布性、邏輯整體性、透明性等特點(diǎn)。*面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫：將面向?qū)ο蟮母拍钆c數(shù)據(jù)庫技術(shù)相結(jié)合，支持復(fù)雜數(shù)據(jù)類型和對(duì)象操作。*NoSQL數(shù)據(jù)庫：非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，如鍵值數(shù)據(jù)庫、文檔數(shù)據(jù)庫、列族數(shù)據(jù)庫、圖數(shù)據(jù)庫等，適應(yīng)大數(shù)據(jù)時(shí)代的高并發(fā)、高可用、海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求。*大數(shù)據(jù)與云計(jì)算環(huán)境下的數(shù)據(jù)庫技術(shù)：如NewSQL數(shù)據(jù)庫，旨在結(jié)合關(guān)系數(shù)據(jù)庫的ACID特性和NoSQL