資料庫管理系統(tǒng) (DBMS) 簡(jiǎn)介

資料庫管理系統(tǒng) (DBMS) 是現(xiàn)代軟體應(yīng)用程式的重要組成部分，是有效管理、儲(chǔ)存和檢索資料的組成部分。它們提供了處理資料庫的系統(tǒng)方法，確保資料的一致性、可靠性和安全性。本文涵蓋了 DBMS 的基本概念、元件和功能，包括資料抽象化、模式、資料庫語言、事務(wù)管理、體系結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵資料庫元素。

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DBMS 的目的

DBMS 的主要目的是提供可靠、高效且使用者友好的系統(tǒng)來儲(chǔ)存和檢索資料。它充當(dāng)用戶與其互動(dòng)的資料之間的中介，確保隱藏資料儲(chǔ)存的複雜性，同時(shí)提供強(qiáng)大的資料管理功能。

DBMS 的主要目標(biāo)包括：

• 高效率的資料儲(chǔ)存與檢索：利用複雜的資料結(jié)構(gòu)來最佳化資料操作。
• 資料一致性與完整性： 執(zhí)行規(guī)則以維護(hù)資料正確性。
• 資料安全：限制對(duì)敏感資料的未經(jīng)授權(quán)的存取。
• 同時(shí)控制：確保多個(gè)使用者可以同時(shí)存取資料而不會(huì)發(fā)生衝突。

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資料抽象

資料抽象化透過隱藏資料儲(chǔ)存的複雜性來簡(jiǎn)化使用者與資料庫的互動(dòng)方式。分為三個(gè)等級(jí)：

1. 物理層面

• 最低抽象層級(jí)，描述資料如何實(shí)體儲(chǔ)存在系統(tǒng)中。
• 專注於低階細(xì)節(jié)，例如資料區(qū)塊、檔案結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)存路徑。
• 通常由資料庫管理員和系統(tǒng)開發(fā)人員管理。

2. 邏輯層面

• 描述儲(chǔ)存哪些資料以及它們之間的關(guān)係。
• 使用表格、欄位和關(guān)係提供整個(gè)資料庫的結(jié)構(gòu)化檢視。
• 促進(jìn)物理資料獨(dú)立性，允許在物理層面進(jìn)行變更而不影響邏輯結(jié)構(gòu)。

3. 視圖級(jí)別

• 最高抽像等級(jí)，為不同使用者提供量身定制的資料庫視角。
• 專注於透過隱藏不必要的複雜性來簡(jiǎn)化最終用戶的互動(dòng)。
• 資料庫可能有多個(gè)視圖來滿足特定使用者的需求。

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實(shí)例和模式

資料庫是根據(jù)其架構(gòu)和實(shí)例來定義的。

• 架構(gòu)：

  • 資料庫的邏輯結(jié)構(gòu)，定義表、關(guān)係和限制。
  • 充當(dāng)藍(lán)圖，除非明確修改，否則隨著時(shí)間的推移保持不變。

• 實(shí)例：

  • 特定時(shí)刻儲(chǔ)存在資料庫中的資料內(nèi)容。
  • 隨著資料的插入、更新或刪除而不斷變化。

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資料庫語言

DBMS 使用專門的語言與資料庫互動(dòng)。這些大致分為：

1. 資料定義語言（DDL）

• 定義資料庫結(jié)構(gòu)和模式。
• 操作範(fàn)例：
  • 建立：定義新表或資料庫。
  • 更改：修改現(xiàn)有結(jié)構(gòu)。
  • DROP：刪除表或資料庫。
• DDL中的完整性限制確保資料的準(zhǔn)確性和一致性：
  • 域約束： 定義屬性的允許值。
  • 引用完整性： 強(qiáng)製表之間的有效關(guān)係。

2. 資料操作語言（DML）

• 使用戶能夠操作資料庫中儲(chǔ)存的資料。
• 常用操作：
  • 選擇：檢索資料。
  • 插入：新增資料。
  • 刪除：刪除現(xiàn)有資料。
  • 更新：修改現(xiàn)有資料。
• SQL 提供了在關(guān)聯(lián)式資料庫中廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)化 DML 語法。

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交易管理

事務(wù)是資料庫操作的邏輯單元，必須遵守ACID屬性以確?？煽啃裕?/p>

1. 原子性：交易是不可分割的；要麼所有操作成功，要麼全部失敗。
2. 一致性：交易必須使資料庫處於有效狀態(tài)。
3. 隔離：並發(fā)事務(wù)不應(yīng)互相干擾。
4. 持久性：一旦提交，即使系統(tǒng)出現(xiàn)故障，變更也會(huì)持續(xù)存在。

DBMS 採用鎖定、日誌記錄和並發(fā)控制等機(jī)制來管理事務(wù)並確保這些屬性。

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資料庫和應(yīng)用程式架構(gòu)

現(xiàn)代資料庫遵循三層架構(gòu)來分離關(guān)注點(diǎn)並增強(qiáng)可擴(kuò)展性：

1. 示範(fàn)層：

   • 面向使用者的層，通常是前端應(yīng)用程式。
   • 透過圖形介面或網(wǎng)頁與使用者互動(dòng)。

2. 應(yīng)用層：

   • 實(shí)作業(yè)務(wù)規(guī)則和應(yīng)用程式邏輯的邏輯層。
   • 連接前端與資料庫。

3. 資料庫層：

   • 儲(chǔ)存和管理資料的後端。
   • 包括 DBMS 和實(shí)體儲(chǔ)存系統(tǒng)。

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資料庫使用者和管理員

使用者類型：

1. 最終用戶：使用應(yīng)用程式或查詢與資料庫互動(dòng)。
2. 應(yīng)用程式程式設(shè)計(jì)師：使用 DBMS 提供的 API 開發(fā)軟體應(yīng)用程式。
3. 資料庫管理員 (DBA)： 管理資料庫、控制存取並確保最佳效能。

DBA 的角色：

• 定義和維護(hù)模式。
• 實(shí)施安全措施。
• 監(jiān)控和最佳化資料庫效能。
• 執(zhí)行備份和復(fù)原作業(yè)。

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表格及其組件

表是關(guān)聯(lián)式資料庫的基本結(jié)構(gòu)，由行和列組成。

• 行（元組）： 代表表中的各個(gè)記錄。
• 列（屬性）： 表示具有特定資料類型的資料欄位。
• 主鍵：唯一標(biāo)識(shí)表中的每一行。
• 外鍵：透過引用其他表中的主鍵來建立表之間的關(guān)係。

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資料庫中的鍵

金鑰對(duì)於確保資料完整性和建立關(guān)係至關(guān)重要。常見類型包括：

1. 主鍵：表行的唯一識(shí)別碼。不能包含 NULL 值。
2. 外鍵：引用另一個(gè)表中的主鍵，強(qiáng)制引用完整性。
3. 候選鍵：可以唯一標(biāo)識(shí)一行的任何列或列集。選擇一個(gè)候選鍵作為主鍵。
4. 複合鍵： 由兩個(gè)或更多屬性組成的主鍵。
5. 唯一鍵：與主鍵類似，但允許一個(gè) NULL 值。
6. 超級(jí)鍵：唯一標(biāo)識(shí)行的候選鍵的超集。

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DBMS 中的函數(shù)、過程和觸發(fā)器

除了管理和查詢資料之外，現(xiàn)代 DBMS 還透過 函數(shù)、流程和觸發(fā)器提供封裝邏輯和自動(dòng)化任務(wù)的機(jī)制。這些元素提高了資料庫系統(tǒng)的效率、可維護(hù)性和回應(yīng)能力。

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功能

函數(shù)是執(zhí)行特定任務(wù)並傳回單一值的資料庫物件。函數(shù)通常用於計(jì)算、資料轉(zhuǎn)換或檢索特定資訊。它們類似於數(shù)學(xué)函數(shù)，可以直接在 SQL 查詢中呼叫。

功能特點(diǎn)：

• 輸入?yún)?shù)：函數(shù)可以接受零個(gè)或多個(gè)輸入?yún)?shù)。
• 傳回值：函數(shù)總是傳回指定資料類型的單一值。
• 唯讀：函數(shù)不能直接修改資料庫表或資料；它們僅限於唯讀操作。

建立函數(shù)的語法（SQL 範(fàn)例）：

CREATE FUNCTION function_name (parameter_list)
RETURNS return_type
AS
BEGIN
    -- Function logic
    RETURN value;
END;

例子：

根據(jù)數(shù)量和單位價(jià)格計(jì)算訂單總價(jià)的函數(shù)：

CREATE FUNCTION calculate_total_price(quantity INT, price_per_unit DECIMAL)
RETURNS DECIMAL
AS
BEGIN
    RETURN quantity * price_per_unit;
END;

優(yōu)點(diǎn)：

1. 跨查詢的邏輯可重複使用性。
2. 提高了查詢的可讀性和可維護(hù)性。
3. 透過封裝複雜邏輯來增強(qiáng)效能。

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程式

過程是資料庫中執(zhí)行一系列操作的儲(chǔ)存程式。與函數(shù)不同，程序不會(huì)傳回值，但可以執(zhí)行資料修改任務(wù)，例如 INSERT、UPDATE 和 DELETE。

程序特點(diǎn)：

• 可以有輸入、輸出和輸入輸出參數(shù)。
• 能夠修改資料庫表。
• 使用 CALL 或 EXEC 語句執(zhí)行。

建立過程的語法（SQL 範(fàn)例）：

CREATE PROCEDURE procedure_name (parameter_list)
AS
BEGIN
    -- Procedure logic
END;

例子：

更新員工薪資的程序：

CREATE PROCEDURE update_salary(employee_id INT, new_salary DECIMAL)
AS
BEGIN
    UPDATE employees
    SET salary = new_salary
    WHERE id = employee_id;
END;

優(yōu)點(diǎn)：

1. 將複雜邏輯封裝成可重複使用的單元。
2. 能夠在一次呼叫中執(zhí)行多個(gè)操作。
3. 透過減少網(wǎng)路開銷來提高資料庫效能。

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觸發(fā)器

觸發(fā)器是一個(gè)資料庫對(duì)象，它會(huì)自動(dòng)執(zhí)行預(yù)先定義的操作以回應(yīng)表上的特定事件，例如 INSERT、UPDATE 或 DELETE 操作。

觸發(fā)器的特點(diǎn)：

• 在特定表上定義並由事件啟動(dòng)。
• 可以在事件發(fā)生前或之後觸發(fā)。
• 用於執(zhí)行業(yè)務(wù)規(guī)則、維護(hù)審核日誌或傳播變更。

觸發(fā)器類型：

1. BEFORE 觸發(fā)器： 在指定事件之前執(zhí)行。
2. AFTER 觸發(fā)器： 在指定事件後執(zhí)行。
3. INSTEAD OF 觸發(fā)器： 取代事件執(zhí)行（常用於視圖）。

建立觸發(fā)器的語法（SQL 範(fàn)例）：

CREATE FUNCTION function_name (parameter_list)
RETURNS return_type
AS
BEGIN
    -- Function logic
    RETURN value;
END;

例子：

記錄新增到員工表中的每個(gè)新員工的觸發(fā)器：

CREATE FUNCTION calculate_total_price(quantity INT, price_per_unit DECIMAL)
RETURNS DECIMAL
AS
BEGIN
    RETURN quantity * price_per_unit;
END;

優(yōu)點(diǎn)：

1. 自動(dòng)執(zhí)行規(guī)則和政策。
2. 減少重複性任務(wù)的人工幹預(yù)。
3. 透過維護(hù)更改日誌來增強(qiáng)可審核性。

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函數(shù)、過程、觸發(fā)器：主要區(qū)別

透過有效地使用函數(shù)、流程和觸發(fā)器，您可以封裝業(yè)務(wù)邏輯、執(zhí)行規(guī)則並在資料庫中自動(dòng)執(zhí)行任務(wù)。這些工具構(gòu)成了現(xiàn)代 DBMS 應(yīng)用程式的支柱，使開發(fā)人員和管理員能夠創(chuàng)建強(qiáng)大且可維護(hù)的系統(tǒng)。

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在 DBMS 中映射基數(shù)

映射基數(shù)，也稱為基數(shù)比，定義一個(gè)實(shí)體集中可以透過關(guān)係集與另一個(gè)實(shí)體集中的實(shí)體關(guān)聯(lián)的實(shí)體數(shù)量。這些基數(shù)在描述二元關(guān)係集時(shí)特別重要，對(duì)於多實(shí)體關(guān)係也很有用。

對(duì)於實(shí)體集A和B之間的二元關(guān)係集R，可能的映射基數(shù)如下：

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1. 一對(duì)一（1:1）

• 定義： A 中的一個(gè)實(shí)體最多與 B 中的一個(gè)實(shí)體關(guān)聯(lián)，反之亦然。
• 範(fàn)例：
  • 在員工被指派到停車位的資料庫：
  • 每位員工最多分配一個(gè)停車位。
  • 每個(gè)停車位最多分配給一名員工。
• 圖表表示：
  • A 中的每個(gè)實(shí)體對(duì)應(yīng)到 B 中的單一實(shí)體，B 中的每個(gè)實(shí)體對(duì)應(yīng)到 A 中的單一實(shí)體。

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2. 一對(duì)多（1:N）

• 定義： A 中的實(shí)體可以與 B 中的零個(gè)或多個(gè)實(shí)體關(guān)聯(lián)，但 B 中的實(shí)體最多與 A 中的一個(gè)實(shí)體關(guān)聯(lián)。
• 範(fàn)例：
  • 在作者與書籍資料庫：
  • 一個(gè)作者可以寫多本書。
  • 每本書僅由一位作者撰寫。
• 圖表表示：
  • A 中的實(shí)體對(duì)應(yīng)到 B 中的多個(gè)實(shí)體，但 B 中的實(shí)體會(huì)對(duì)應(yīng)到 A 中的單一實(shí)體。

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3. 多對(duì)一（M:1）

• 定義： A 中的實(shí)體最多與 B 中的一個(gè)實(shí)體關(guān)聯(lián)，但 B 中的實(shí)體可以與 A 中的零個(gè)或多個(gè)實(shí)體關(guān)聯(lián)。
• 範(fàn)例：
  • 在學(xué)生和課程的資料庫中：
  • 每個(gè)學(xué)生只能報(bào)讀一個(gè)系。
  • 一個(gè)系所可以招收多名學(xué)生。
• 圖表表示：
  • A 中的實(shí)體對(duì)應(yīng)到 B 中的單一實(shí)體，而 B 中的實(shí)體可以對(duì)應(yīng)到 A 中的多個(gè)實(shí)體。

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4. 多對(duì)多（M:N）

• 定義： A 中的實(shí)體可以與 B 中的零個(gè)或多個(gè)實(shí)體關(guān)聯(lián)，反之亦然。
• 範(fàn)例：
  • 在學(xué)生和課程的資料庫中：
  • 一個(gè)學(xué)生可以報(bào)名多門課程。
  • 一門課程可以有多位學(xué)生註冊(cè)。
• 圖表表示：
  • A 中的多個(gè)實(shí)體對(duì)應(yīng)到 B 中的多個(gè)實(shí)體，反之亦然。

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映射基數(shù)的視覺表示

一對(duì)一（1:1）：

CREATE FUNCTION function_name (parameter_list)
RETURNS return_type
AS
BEGIN
    -- Function logic
    RETURN value;
END;

一對(duì)多 (1:N)：

CREATE FUNCTION calculate_total_price(quantity INT, price_per_unit DECIMAL)
RETURNS DECIMAL
AS
BEGIN
    RETURN quantity * price_per_unit;
END;

多對(duì)一 (M:1)：

CREATE PROCEDURE procedure_name (parameter_list)
AS
BEGIN
    -- Procedure logic
END;

多對(duì)多 (M:N)：

CREATE PROCEDURE update_salary(employee_id INT, new_salary DECIMAL)
AS
BEGIN
    UPDATE employees
    SET salary = new_salary
    WHERE id = employee_id;
END;

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映射基數(shù)的重要性

1. 資料庫設(shè)計(jì)：映射基數(shù)透過定義實(shí)體集之間的清晰關(guān)係來幫助設(shè)計(jì)高效的關(guān)係模式。
2. 資料完整性：確保關(guān)係符合現(xiàn)實(shí)世界的限制。
3. 查詢最佳化：了解基數(shù)有助於最佳化查詢以獲得更好的效能。
4. E-R 模型： 在實(shí)體關(guān)係圖中發(fā)揮至關(guān)重要的作用，使關(guān)係變得明確。

映射基數(shù)是理解實(shí)體在資料庫中如何相互關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)，並為定義健全且可擴(kuò)展的資料庫模式提供結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

以上是資料庫管理系統(tǒng)簡(jiǎn)介的詳細(xì)內(nèi)容。更多資訊請(qǐng)關(guān)注PHP中文網(wǎng)其他相關(guān)文章！