系统架构设计师-数据库系统（3）

目录

一、数据控制

        1、安全性

        2、完整性

        3、并发控制

        4、故障恢复

二、数据库设计概述

        1、数据库设计关注的问题

        2、数据库性能优化

        3、规范化与反规范化

三、索引与视图

        1、数据库索引

        2、B+树示例

        3、关系的类型

四、分布式数据库

        1、分区和分表的共性和差异

        2、分区的常见方式

        3、分库

五、NoSQL

        1、与SQL数据库对比

        2、常见NoSQL数据库

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一、数据控制

        1、安全性

        2、完整性

                （1）实体完整性约束：规定基本关系的主属性不能取空值。

                （2）参照完整性约束：关系与关系间的引用，其他关系的主键或空值。

                （3）用户自定义完整性约束：应用环境决定。

                【触发器】：可以完成一些复杂的完整性约束。例如：对表A的某行或某个字段进行监听，如果发生变化就可以同步做更新。

        3、并发控制

         【事务】

        （1）原子性 

                事务中包含的各项操作在一次执行过程中，只允许出现两种状态之一，要么都成功，要么都失败。任何一项操作失败都会导致整个事务的失败，同时其它已经被执行的操作都将被撤销并回滚，只有所有的操作全部成功，整个事务才算是成功完成。

        （2）一致性

                事务的执行不能破坏数据库数据的完整性和一致性，一个事务在执行前和执行后，数据库都必须处在一致性状态。例如：从A账号向B账号转钱，不可能A账户扣了钱，B账户却没收到钱。                

        （3）隔离性

                在并发环境中，并发的事务是相互隔离的，一个事务的执行不能被其它事务干扰。不同事务并发操作相同数据时，每个事务都有各自完整的数据空间。 

        （4）持续性（持久性）

                事务一旦提交后，数据库中的数据必须被永久保存下来。即使服务器系统崩溃或服务器宕机等故障，只要数据库重新启动，就一定能够将其恢复到事务成功结束后的状态。

        【封锁协议】

                S封锁：共享锁，读锁，可重复加锁。

                X封锁：排他锁，写锁，不可重复加锁，如已加别的锁需等待解锁后在进行加锁。

        （1）一级封锁协议：只有X锁，只能加一次。可以解决丢失更新问题。

        （2）二级封锁协议：有S锁也有X锁，读完立即释放S锁。可以解决脏数据的读出。

        （3）三级封锁协议：有S锁也有X锁，事务结束才释放S锁。可以解决不可重复读问题。

        （4）两段锁协议：加解锁操作在整个事务的代码段中分开，前半段都是加锁，后半段都是解锁。

        4、故障恢复

                （1）冷备份

                        也称为静态备份，是将数据库正常关闭，在停止状态下，将数据库的文件全部备份（复制）下来。

                （2）热备份

                        也称为动态备份，是利用备份软件，在数据库正常运行的状态下，将数据库中的数据文件备份出来。

                【完全备份】：备份所有数据。

                【差量备份】：仅备份上一次完全备份之后变化的和数据。

                【增量备份】：备份上一次备份之后变化的数据。

                【日志文件】：事务日志是针对数据库改变所作的记录，它可以记录针对数据库的任何操作，并将记录结果保存在独立的文件中。

                例如下计划：

                        周日全备，周一周二根据周日数据进行增备，周三根据周日数据进行差备，周四根据周三数据进行增备，周五根据周日数据进行差备，周六根据周五数据进行增备。

                【故障及解决方法】

二、数据库设计概述

        1、数据库设计关注的问题

                性能、数据一致性、安全

        2、数据库性能优化

                理论上看：在数据库优化设计方面，同等条件下，自然连接的性能优于笛卡尔积。

        3、规范化与反规范化

                【规范化】

                随着规范化范式级别的提升，查询效率降低了。

                【反规范化】

                【反规范化优缺点】

                        优点：连接操作少，检索快，统计快，需要查的表减少，检索容易。

                        缺点：

三、索引与视图

        1、数据库索引

                提升查询效率；降低添加、修改、删除效率；采用B树，B+树等。

        2、B+树示例

        3、关系的类型

        （1）基本关系：通常又称为基本表或基表，实际存在的表，实际存储数据的逻辑表示。

        （2）查询表：查询结果对应的表。

        （3）视图表：由基表或其他视图表导出的表，本身不独立存储，数据库只存放它的定义，常称为虚表或虚拟表（逻辑上的表），其内容由查询定义（仅保存SQL查询语句）。同真实的表一样，视图包含一系列带有名称的列和行数据。但是，视图并没有真正存储这些数据，而是通过查询原始表动态生成所需要的数据。

                视图（View）并不在数据库中实际存在，而是一种虚拟表。

               【视图的优点】

                （1）视图能简化用户的操作。

                （2）视图机制可以使用户以不同的方式查询同一数据。

                （3）视图对数据库重构提供了一定程度的逻辑独立性；

                （4）视图可以对机密的数据提供安全保护。

                【物化视图】

                将视图的内容物理存储起来，其数据随原始表变化，同步更新。它不是传统意义上虚拟视图，是实体化视图，其本身会存储数据。同时当原始表中的数据更新时，物化视图也会更新。

四、分布式数据库

        1、分区和分表的共性和差异

        2、分区的常见方式

                （1）范围分区（2）哈希分区（3）列表分区

                【分区的优点】：

                （1）相对于单个文件系统或硬盘，分区可以存储更多的数据。

                （2）数据管理比较方便，比如要清理或废弃某年的数据，就可以直接删除该日期的分区数据即可。

                （3）精准定位分区查询数据，不需要全表扫描查询，大大提高数据检索效率。

                （4）可跨多个分区磁盘查询，来提高查询的吞吐量。

                （5）在涉及聚合函数查询时，可以很容易进行数据合并。

        3、分库

五、NoSQL

        NoSQL（Not-only SQL）：不仅仅只是SQL，泛指非关系型的数据库。

        1、与SQL数据库对比

        2、常见NoSQL数据库