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第3章 数据库基础

3.1 数据库基础概念

本节将介绍数据库的基本概念和术语，帮助读者理解数据库的基本结构和功能。

3.1.1 数据库

• 定义：数据库是一种有组织的数据集合，用于高效地存储、管理和检索数据。
• 作用：通过数据库管理系统（DBMS），用户可以方便地进行数据操作和管理。

3.1.2 表

• 定义：表是数据库中用于存储数据的基本单位，由行和列组成。
• 组成：每个表有多个字段（列），每个字段有特定的数据类型；表中的每一行称为记录。

3.1.3 记录和字段

• 记录：表中的一行，表示一条具体的数据项。
• 字段：表中的一列，表示数据项的一个属性。

3.1.4 主键

• 定义：主键是表中的一个或多个字段，其值可以唯一标识表中的每一条记录。
• 作用：确保数据的唯一性和完整性。

3.1.5 外键

• 定义：外键是一个表中的字段，用于建立与另一个表中主键的连接关系。
• 作用：确保数据的参照完整性。

3.1.6 索引

• 定义：索引是数据库中的一种结构，用于加速数据的检索。
• 作用：提高查询效率，但会增加数据写入的时间和存储空间。

3.2 SQL语言简介

SQL（Structured Query Language，结构化查询语言）是用于管理和操作关系型数据库的标准语言。

3.2.1 SQL的基本语法

• 数据定义语言（DDL）：用于定义和管理数据库结构。

  • CREATE：创建数据库、表、视图等。
  • ALTER：修改数据库、表结构。
  • DROP：删除数据库、表、视图等。

• 数据操作语言（DML）：用于查询和修改数据。

  • SELECT：查询数据。
  • INSERT：插入数据。
  • UPDATE：更新数据。
  • DELETE：删除数据。

• 数据控制语言（DCL）：用于控制访问权限。

  • GRANT：授予权限。
  • REVOKE：撤销权限。

3.2.2 常用SQL操作

• 查询数据

  SELECT * FROM users WHERE age > 30;
  

• 插入数据

  INSERT INTO users (name, age) VALUES ('Bob', 25);
  

• 更新数据

  UPDATE users SET age = 26 WHERE name = 'Bob';
  

• 删除数据

  DELETE FROM users WHERE name = 'Bob';
  

3.3 数据库设计原则

良好的数据库设计可以提高数据的存储效率和操作性能。以下是一些基本的数据库设计原则：

3.3.1 实体-关系模型（ER模型）

• 定义：实体-关系模型是一种用于描述数据库结构的模型，通过实体和关系来表示数据。
• 作用：帮助设计者直观地理解和设计数据库。

3.3.2 数据库规范化

• 定义：规范化是将数据组织成无冗余、依赖明确的表的过程。
• 作用：减少数据冗余，提高数据一致性。

3.3.3 数据完整性

• 定义：数据完整性是确保数据库中数据的准确性和一致性。
• 种类：
  • 实体完整性：每个表必须有一个主键，且主键值唯一。
  • 参照完整性：外键值必须引用主键值，确保关系的有效性。
  • 域完整性：字段值必须符合预定义的规则或范围。

3.3.4 数据库性能优化

• 定义：性能优化是提高数据库查询和操作效率的方法。
• 方法：
  • 使用索引加速查询。
  • 合理设计表结构和关系。
  • 避免过多的嵌套查询。

3.4 数据库范式

数据库范式是数据库设计中用于规范化数据结构的一系列规则，目的是减少数据冗余，提高数据一致性。

3.4.1 第一范式（1NF）

• 定义：确保每列的值都是不可分割的原子值。
• 示例：一个表中每个字段只能包含单一值，而不能包含集合、数组等。

3.4.2 第二范式（2NF）

• 定义：满足1NF，并且表中的每个非主属性完全依赖于主键。
• 示例：消除部分依赖，将相关数据分拆到不同的表中。

3.4.3 第三范式（3NF）

• 定义：满足2NF，并且每个非主属性不传递依赖于主键。
• 示例：消除传递依赖，将相关数据进一步分拆。

3.4.4 BC范式（BCNF）

• 定义：满足3NF，并且每个主属性都完全依赖于候选键。
• 示例：确保所有主属性的依赖关系都是通过候选键直接建立的。