數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)考試重點知識總結(jié)一、數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)概念與體系結(jié)構(gòu)（一）核心概念辨析數(shù)據(jù)庫（Database，DB）是長期存儲在計算機內(nèi)、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)集合，其數(shù)據(jù)具有結(jié)構(gòu)化、低冗余、易擴展的特點。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）是管理數(shù)據(jù)庫的軟件，提供數(shù)據(jù)定義、操縱、控制及維護等功能（如MySQL、Oracle、SQLServer）。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（DBS）由DB、DBMS、應(yīng)用程序、用戶組成，是軟硬件與數(shù)據(jù)的整體。（二）三級模式與兩級映像數(shù)據(jù)庫采用三級模式結(jié)構(gòu)保障數(shù)據(jù)獨立性：外模式（子模式/用戶模式）：用戶或應(yīng)用程序看到的局部數(shù)據(jù)視圖，一個數(shù)據(jù)庫可對應(yīng)多個外模式（支持視圖定制）。模式（概念模式/邏輯模式）：數(shù)據(jù)庫的整體邏輯結(jié)構(gòu)（如表結(jié)構(gòu)、完整性約束），一個數(shù)據(jù)庫只有一個模式。內(nèi)模式（存儲模式）：數(shù)據(jù)的物理存儲方式（如索引、數(shù)據(jù)文件的組織形式），一個數(shù)據(jù)庫只有一個內(nèi)模式。兩級映像實現(xiàn)數(shù)據(jù)獨立性：外模式-模式映像：當模式改變（如增加表字段），通過修改該映像，外模式可保持不變，保障邏輯獨立性（應(yīng)用程序無需修改）。模式-內(nèi)模式映像：當內(nèi)模式改變（如存儲結(jié)構(gòu)優(yōu)化），通過修改該映像，模式可保持不變，保障物理獨立性（應(yīng)用程序無需關(guān)注存儲細節(jié)）。二、數(shù)據(jù)模型與完整性約束（一）數(shù)據(jù)模型分類數(shù)據(jù)模型分為概念模型和邏輯/物理模型：概念模型：用E-R圖（實體-聯(lián)系圖）描述現(xiàn)實世界，核心元素為實體（如學生）、屬性（如學號、姓名）、聯(lián)系（如學生與課程的“選課”聯(lián)系）。聯(lián)系類型包括1:1（如班級與班長）、1:n（如部門與員工）、m:n（如學生與課程）。邏輯模型：將概念模型轉(zhuǎn)化為計算機可處理的結(jié)構(gòu)，主流為關(guān)系模型（表結(jié)構(gòu)，行是元組、列是屬性），此外還有層次模型（樹狀）、網(wǎng)狀模型（圖狀）、面向?qū)ο竽Ｐ停ㄖС謴?fù)雜數(shù)據(jù)類型）。（二）關(guān)系模型的完整性約束關(guān)系模型通過三類約束保障數(shù)據(jù)一致性：實體完整性：主鍵（或候選鍵）的屬性值非空且唯一（如學生表的“學號”不可重復(fù)、不可為空）。參照完整性：外鍵必須是被參照表的主鍵值（或空值）。例如，“選課表”的“課程號”需參照“課程表”的“課程號”。用戶定義完整性：自定義的業(yè)務(wù)規(guī)則（如成績需在0-100之間、姓名長度不超過20字）。三、關(guān)系代數(shù)與規(guī)范化理論（一）關(guān)系代數(shù)運算關(guān)系代數(shù)是操作關(guān)系的數(shù)學工具，核心運算包括：傳統(tǒng)集合運算：并（∪，需結(jié)構(gòu)相同）、交（∩）、差（-）、笛卡爾積（×，兩表元組組合）。專門關(guān)系運算：選擇（σ）：按條件篩選元組（如`σ成績>80(學生表)`）。投影（π）：選擇屬性列（如`π姓名,學號(學生表)`）。連接（?）：基于公共屬性的笛卡爾積篩選，包括等值連接（屬性值相等）、自然連接（等值連接+去重公共屬性）、外連接（保留未匹配元組，如左外連接保留左表所有元組）。除（÷）：解決“查詢滿足所有條件的對象”問題（如查詢選修所有課程的學生，需用學生-課程表÷課程表）。（二）規(guī)范化理論與范式規(guī)范化的目標是消除數(shù)據(jù)冗余、避免更新異常（插入、刪除、修改異常），通過函數(shù)依賴分析關(guān)系模式的優(yōu)劣。1.函數(shù)依賴：若屬性組X的取值唯一確定Y的取值，則稱X→Y（X函數(shù)決定Y）。例如，學號→姓名（學號確定則姓名唯一），(學號,課程號)→成績（學號和課程號共同決定成績）。2.候選碼與主碼：候選碼是能唯一標識元組的最小屬性組（無冗余），主碼是從候選碼中選的一個。例如，學生表中“學號”是候選碼；選課表中“(學號,課程號)”是候選碼。3.范式（NF）：1NF：屬性原子性（不可再分，如“地址”不能拆分為省、市）。2NF：滿足1NF，且消除部分函數(shù)依賴（非主屬性不依賴于主碼的部分屬性）。例如，若選課表主碼是(學號,課程號)，則“姓名”（依賴于學號）屬于部分依賴，需拆分出學生表。3NF：滿足2NF，且消除傳遞函數(shù)依賴（非主屬性不依賴于其他非主屬性）。例如，若學生表有學號→系號、系號→系名，則系名依賴于學號（傳遞依賴），需拆分出系表。BCNF：滿足3NF，且所有函數(shù)依賴的左部都是候選碼（解決主屬性的依賴問題）。例如，若關(guān)系模式R(學生,課程,教師)，候選碼是(學生,課程)和(學生,教師)，但存在教師→課程，則不滿足BCNF，需拆分。4NF：滿足BCNF，且消除多值依賴（如一個教師教多門課、住多個地址，需拆分表避免冗余）。四、SQL語言核心知識點（一）SQL分類與語法SQL（結(jié)構(gòu)化查詢語言）分為三類：DDL（數(shù)據(jù)定義語言）：定義數(shù)據(jù)庫對象，如`CREATETABLE`（創(chuàng)建表）、`ALTERTABLE`（修改表）、`DROPTABLE`（刪除表）、`CREATEDATABASE`（創(chuàng)建庫）等。DML（數(shù)據(jù)操縱語言）：操作數(shù)據(jù)，如`INSERT`（插入）、`DELETE`（刪除）、`UPDATE`（更新）、`SELECT`（查詢）。DCL（數(shù)據(jù)控制語言）：管理權(quán)限，如`GRANT`（授權(quán)）、`REVOKE`（回收權(quán)限）。（二）查詢語句（SELECT）進階查詢是SQL的核心，需掌握復(fù)雜用法：連接查詢：內(nèi)連接：`SELECT*FROM表1INNERJOIN表2ON表1.列=表2.列`（只返回匹配的元組）。外連接：`LEFTJOIN`（保留左表所有元組，右表無匹配則補NULL）、`RIGHTJOIN`、`FULLJOIN`。子查詢：嵌套在查詢中的查詢，分為相關(guān)子查詢（依賴外層查詢參數(shù)，如`SELECT*FROM學生WHERE成績>(SELECTAVG(成績)FROM學生)`）和不相關(guān)子查詢（獨立執(zhí)行）。分組與聚合：`GROUPBY`按列分組，`HAVING`對分組結(jié)果過濾（區(qū)別于`WHERE`對行過濾），聚合函數(shù)如`SUM()`、`AVG()`、`COUNT()`、`MAX()`。集合運算：`UNION`（合并去重）、`UNIONALL`（合并不去重）、`INTERSECT`（交集）、`EXCEPT`（差集）。（三）視圖與索引視圖：虛擬表，基于查詢結(jié)果創(chuàng)建，語法`CREATEVIEW視圖名ASSELECT...`。作用：簡化查詢、保障安全（隱藏敏感列）、邏輯獨立（應(yīng)用程序調(diào)用視圖，底層表結(jié)構(gòu)變化不影響）。索引：加速查詢的數(shù)據(jù)庫對象，分為聚簇索引（數(shù)據(jù)物理存儲順序與索引一致，一張表僅一個）和非聚簇索引（數(shù)據(jù)與索引分開存儲）。創(chuàng)建語法`CREATEINDEX索引名ON表(列)`，需注意：索引會增加插入/更新開銷，需合理設(shè)計（如頻繁查詢的列建索引，重復(fù)率高的列（如性別）不適合）。五、數(shù)據(jù)庫設(shè)計流程數(shù)據(jù)庫設(shè)計遵循生命周期法，分為五個階段：（一）需求分析通過調(diào)研（訪談、問卷）明確用戶需求，輸出數(shù)據(jù)流圖（DFD）（描述數(shù)據(jù)流動與處理）和數(shù)據(jù)字典（定義數(shù)據(jù)項、數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)存儲的詳細信息）。（二）概念結(jié)構(gòu)設(shè)計用E-R圖建模現(xiàn)實世界，步驟包括：確定實體（如學生、課程）、屬性（如學生的學號、姓名）、聯(lián)系（如學生與課程的選課聯(lián)系）。處理聯(lián)系的屬性（如選課聯(lián)系的“成績”屬性）。優(yōu)化E-R圖（消除冗余實體/聯(lián)系，合并屬性）。（三）邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計將E-R圖轉(zhuǎn)化為關(guān)系模式（表結(jié)構(gòu)），需解決三類沖突：屬性沖突：同一屬性在不同實體中類型/長度不一致（如學生表“年齡”是INT，課程表“年齡”是CHAR）。命名沖突：同名異義（如“編號”在學生表指學號，在課程表指課程號）或異名同義（如“學號”和“學生編號”）。結(jié)構(gòu)沖突：同一實體在不同局部E-R圖中屬性/聯(lián)系不一致（如學生表在A部門的E-R圖有“籍貫”，B部門的沒有）。轉(zhuǎn)化規(guī)則：1:1聯(lián)系：可將一方主鍵放入另一方（如班級與班長，班長表加入班級號），或新建關(guān)系表（班級號，班長號）。1:n聯(lián)系：將“1”方主鍵放入“n”方（如部門與員工，員工表加入部門號）。m:n聯(lián)系：新建關(guān)系表，包含雙方主鍵（如學生與課程，新建選課表(學號,課程號,成績)）。（四）物理設(shè)計確定數(shù)據(jù)的物理存儲結(jié)構(gòu)（如行存儲/列存儲）、索引策略（如對查詢頻繁的列建索引）、分區(qū)策略（如按時間分區(qū)存儲日志數(shù)據(jù)），目標是優(yōu)化性能。（五）實施與維護實施：用SQL語句創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫、表、索引等，導(dǎo)入數(shù)據(jù)。維護：監(jiān)控性能、優(yōu)化結(jié)構(gòu)（如添加索引、拆分大表）、修復(fù)故障、升級版本。六、事務(wù)管理與并發(fā)控制（一）事務(wù)的ACID特性事務(wù)是數(shù)據(jù)庫的邏輯工作單元，需滿足：原子性（Atomicity）：事務(wù)內(nèi)操作要么全做，要么全不做（如轉(zhuǎn)賬時，扣款和存款必須同時成功或失?。?。一致性（Consistency）：事務(wù)執(zhí)行前后，數(shù)據(jù)庫從一個一致狀態(tài)到另一個一致狀態(tài)（如轉(zhuǎn)賬前后總金額不變）。隔離性（Isolation）：多個事務(wù)并發(fā)執(zhí)行時，相互隔離，一個事務(wù)的中間狀態(tài)對其他事務(wù)不可見。持久性（Durability）：事務(wù)提交后，修改永久保存（即使系統(tǒng)崩潰）。（二）并發(fā)問題與隔離級別多事務(wù)并發(fā)會引發(fā)三類問題：丟失修改：兩個事務(wù)同時修改同一數(shù)據(jù)，后提交的覆蓋前提交的（如T1和T2同時減庫存，T1先改但T2后提交，T1的修改丟失）。臟讀：事務(wù)讀取到另一個事務(wù)未提交的修改（如T1修改了數(shù)據(jù)但未提交，T2讀取了該數(shù)據(jù)，后T1回滾，T2讀到臟數(shù)據(jù)）。不可重復(fù)讀：同一事務(wù)內(nèi)多次讀取同一數(shù)據(jù)，結(jié)果不同（如T1第一次讀余額為100，T2修改為200并提交，T1第二次讀為200）?；米x：同一事務(wù)內(nèi)多次查詢，結(jié)果集行數(shù)不同（如T1查詢“成績>80”的學生有5人，T2插入一個成績>80的學生并提交，T1再次查詢有6人）。SQL標準定義了隔離級別（從低到高）：可重復(fù)讀（RepeatableRead）：避免臟讀、不可重復(fù)讀，但可能幻讀（如MySQLInnoDB默認級別）。串行化（Serializable）：事務(wù)串行執(zhí)行，隔離性最高，性能最低。（三）并發(fā)控制：封鎖與MVCC1.封鎖協(xié)議：通過加鎖控制并發(fā)，鎖類型包括共享鎖（S鎖）（允許多個事務(wù)讀，不允許寫）和排他鎖（X鎖）（只允許一個事務(wù)寫，不允許讀/寫）。一級封鎖協(xié)議：事務(wù)對修改的數(shù)據(jù)加X鎖，直到事務(wù)結(jié)束（解決丟失修改）。二級封鎖協(xié)議：一級+對讀取的數(shù)據(jù)加S鎖，讀完即釋放（解決臟讀）。三級封鎖協(xié)議：一級+對讀取的數(shù)據(jù)加S鎖，直到事務(wù)結(jié)束（解決不可重復(fù)讀）。2.MVCC（多版本并發(fā)控制）：為數(shù)據(jù)維護多個版本，事務(wù)讀取時選擇一個版本（如InnoDB通過undo日志實現(xiàn)），避免加鎖帶來的性能損耗，同時保障隔離性。（四）死鎖處理死鎖是兩個或多個事務(wù)互相等待對方釋放鎖的狀態(tài)。處理策略：預(yù)防：破壞死鎖的四個必要條件（互斥、持有并等待、不可剝奪、循環(huán)等待），如要求事務(wù)一次性申請所有鎖。避免：用銀行家算法等判斷是否會發(fā)生死鎖，若可能則拒絕事務(wù)。檢測與恢復(fù)：定期檢測死鎖（如等待圖法），發(fā)現(xiàn)后選擇一個事務(wù)回滾，釋放鎖。七、數(shù)據(jù)庫安全與恢復(fù)（一）數(shù)據(jù)庫安全保障數(shù)據(jù)的機密性、完整性、可用性，措施包括：用戶與權(quán)限管理：`CREATEUSER`創(chuàng)建用戶，`GRANT權(quán)限ON對象TO用戶`授權(quán)（如`GRANTSELECT,INSERTON學生表TO張三`），`REVOKE`回收權(quán)限。角色管理：將權(quán)限分組（如“教師角色”包含查詢/修改學生成績的權(quán)限），簡化權(quán)限分配。視圖機制：通過視圖隱藏敏感列（如學生表的“身份證號”列，只對管理員開放）。審計：記錄用戶的操作（如誰在何時修改了成績），用于追溯。（二）數(shù)據(jù)庫恢復(fù)恢復(fù)的目標是故障后恢復(fù)數(shù)據(jù)一致性，故障類型包括：事務(wù)故障：事務(wù)執(zhí)行中出錯（如代碼異常、違反約束），需撤銷（UNDO）該事務(wù)的修改（通過日志回滾）。系統(tǒng)故障：服務(wù)器崩潰（如斷電），需重做（REDO）已提交的事務(wù)（通過日志重新執(zhí)行），撤銷未提交的事務(wù)。介質(zhì)故障：磁盤損壞，需結(jié)合數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲（備份）和日志恢復(fù)?；謴?fù)技術(shù)：日志文件：記錄事務(wù)的開始、提交、修改操作，用于UNDO/REDO。檢查點：定期記錄數(shù)據(jù)庫狀態(tài)，恢復(fù)時從檢查點開始掃描日志，減少恢復(fù)時間。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲：分為全量轉(zhuǎn)儲（備份整個數(shù)據(jù)庫）、增量轉(zhuǎn)儲（備份自上次轉(zhuǎn)儲后修改的數(shù)據(jù)）、差量轉(zhuǎn)儲（備份自上次全量轉(zhuǎn)儲