数据库基本知识

数据库基本知识

参考文章：https://blog.csdn.net/welkin_qing/article/details/85874145

基本概念

Q&A

Q: 数据库管理系统能实现对数据库中数据的查询、插入、修改和删除，这类功能称为？

A: 数据操纵功能。

Q: 什么是数据的语义?为什么数据与其语义是不可分的？

A: 数据的含义称为数据的语义，所以数据和语义是不可分的。

Q: 什么是数据库?什么是数据库管理系统? 说明两者的区别和联系。

A:

• 数据库（DataBase，DB）：长期存储的、有组织的、可共享的相关数据的集合。
• 数据库管理系统（Database Management System，DBMS）：是建立、运用、管理、控制和维护数据库，并对数据进行统一管理和控制的系统软件。
• 数据库系统：指在计算机系统中引入数据库后的系统，即具有数据处理功能的系统。
• 联系：数据库系统一般由数据库、数据库管理系统、应用系统、用户构成。

Q: 下面列出的数据管理技术发展的三个阶段中，没有专门的软件对数据进行管理的是？

A: 人工管理阶段。

Q: 关系数据模型是目前最重要的一种数据模型，它的三个要素分别是？

A: 数据结构、关系操作、完整性约束。

Q: 举例说明以下基本概念: 实体，实体型，实体集，实体之间的联系。

A:

• 实体: 客观存在并可以相互区分的事物叫实体。例如：一门具体的课程。
• 实体型: 具有相同属性的实体具有由相同的特征和性质，用实体名及其属性名集合来抽象和刻画同类实体，称为实体型。例如：课程(课程号，课程名称)。
• 实体集: 同型实体的集合称为实体集。例如：大三所有课程。
• 实体之间的联系: 通常是指不同实体型的实体集之间的联系，有一对一，一对多，多对多等多种类型。

Q: 在哪种模型中一个结点可以有多个双亲，结点之间可以有多种联系？

A: 网状模型。

Q: 关系数据模型的基本数据结构是？

A: 关系。

Q: 数据的逻辑独立性是指？

A: 模式改变，外模式和应用程序不变。

Q: 什么叫数据与程序的物理独立性？什么叫数据与程序的逻辑独立性？ 为什么数据库系统具有数据与程序的独立性？

A:

• 物理独立性：用户应用程序与存储在磁盘上的数据库中的数据是独立的。
• 逻辑独立性：当数据的逻辑结构（即模式）改变时，用户程序（外模式）可以不变。
• 原因：由于数据库管理系统在用户与数据之间增加了一层抽象，数据与程序相互分离，从而简化了应用程序的编写和维护。

Q: 数据库系统由数据库、数据库管理系统、应用系统和谁组成？

A: 数据库管理员（DBA）。

Q: 给定三个域，D1为导师集合{张清玫，刘逸}，D2为专业集合{计算机专业，信息专业}，D3为研究生集合{李勇，刘晨，王敏}，则域D1，D2，D3的笛卡尔积的基数为？

A: 12 (2 * 2 * 3 = 12)。

Q: 关系数据库中的“关系”与日常生活中常见的“表格”有什么不同？

A: 关系中不能有重复的元组（行），而表格中可以出现相同的行。

Q: 一个关系是否元组越多，所描述的信息就越丰富？

A: 不一定。

Q: 关系模型中必须满足的完整性约束包括？

A: 实体完整性、参照完整性。

Q: 如果数据库只有一个关系，是否就不存在参照完整性了？

A: 不是。一个关系中的外键可以参照其自身的主键。

Q: 关系代数的运算对象和运算结果为？

A: 关系。

Q: 有两张学生成绩表，表1（学号，姓名，数学成绩），表2（学号，姓名，物理成绩），请问这两张表是否可以做“集合并”操作？为什么？

A: 不可以，因为它们的域（列的定义）不完全相同（数学成绩 vs 物理成绩）。

Q: 假设关系R(A,B,C)中A是码，R1（A,B）和R2(A,C)是分别从R中投影得到的两个关系，请问 R1(A,B) Join R2(A,C) = R(A,B,C) 是否成立？（注：Join是自然连接）

A: 错误。如果B或C列中存在NULL值，自然连接可能会丢失信息。但在没有NULL值的情况下，这个等式是成立的。

Q: 给出两种或以上不同的表达，其结果是一样的：选修数据库的学生名单（学号，姓名）。

A:

-- 假设有 Student(Sno, Sname), Course(Cno, Cname), SC(Sno, Cno) 三张表
-- 方法一：使用连接查询
SELECT s.Sno, s.Sname
FROM Student s
JOIN SC sc ON s.Sno = sc.Sno
JOIN Course c ON sc.Cno = c.Cno
WHERE c.Cname = '数据库';

-- 方法二：使用子查询
SELECT Sno, Sname
FROM Student
WHERE Sno IN (
    SELECT Sno
    FROM SC
    WHERE Cno = (SELECT Cno FROM Course WHERE Cname = '数据库')
);

Q: 如何理解SQL是非过程的语言？

A: SQL是一种声明式语言，用户只需指定“做什么”（What），而不需要指定“怎么做”（How）。数据库管理系统会负责优化和执行查询。它一次处理一个记录集合，而不是单条记录。

Q: 为什么不需要一个 ALTER VIEW 的语句？

A: 视图是一个虚表，数据库中只存储其定义，不存储数据。因此，修改视图通常通过 CREATE OR REPLACE VIEW 来实现，即重新定义视图，而不是修改现有视图。

Q: 如何让查询结果的列显示顺序与数据库中的列顺序不一样？

A: 在 SELECT 语句中按照你想要的顺序列出列名即可。

Q: HAVING 和 WHERE 的作用有何不同？什么时候 HAVING 的条件可以用 WHERE 条件来取代而结果不变？

A:

• 作用对象不同：WHERE 子句作用于基本表或视图，在分组前过滤行。HAVING 短语作用于分组后的结果，过滤分组。
• 取代条件：当 HAVING 子句的条件不涉及聚合函数时，可以用 WHERE 子句替代，结果不变。

Q: 怎么理解“自然连接”，它与等值连接有什么不同？

A: 自然连接是一种特殊的等值连接。它会自动在两个关系中具有相同名称的列上进行等值连接，并且在结果中去除重复的属性列。等值连接则需要明确指定连接条件，并且不会自动去除重复列。

Q: 什么是“不相关子查询”？如何转换成连接查询？

A: 不相关子查询（或称独立子查询）是指子查询的执行不依赖于外部查询。它可以独立执行并将其结果作为外部查询的条件。通常，不相关子查询都可以转换为连接查询，这样通常效率更高。

Q: 如何理解 EXISTS 子查询的返回结果？

A: EXISTS 用于检查子查询是否返回任何行。如果子查询返回至少一行，EXISTS 的结果为 TRUE；如果子查询没有返回任何行，结果为 FALSE。

Q: 两个查询在什么情况下可以执行 UNION 操作？

A: 两个查询的列数必须相同，并且对应列的数据类型必须兼容。

Q: 请问是否可以用插入和删除操作来实现更新操作，怎么做？

A: 可以。先执行 DELETE 操作删除旧记录，再执行 INSERT 操作插入新记录。但需要注意，这整个过程应该在一个事务中完成，以保证原子性，并且不能违背完整性约束。

Q: 对于一个数值类型字段，空值（NULL）和0值相同吗？

A: 不相同。0 是一个确切的数值，而 NULL 表示未知或不存在的值。

Q: 请解释 WITH CHECK OPTION 子句的作用。

A: WITH CHECK OPTION 用于视图，确保通过该视图进行的 INSERT 和 UPDATE 操作所产生的新行或修改后的行，必须满足视图定义中的 WHERE 子句条件。

Q: 为什么说视图机制可以提供数据的逻辑独立性？

A: 视图作为一个抽象层，将应用程序与底层基本表的结构隔离开。当基本表的结构发生变化时，只要视图的定义不变，依赖于该视图的应用程序就无需修改，从而提供了数据的逻辑独立性。

数据库安全

Q: 分析一下数据库都有哪些不安全因素，给出实例。

A:

• 非授权用户对数据库的恶意存取和破坏：例如，黑客通过SQL注入获取管理员权限。
• 数据库中重要或敏感的数据被泄露：例如，内部员工窃取客户的个人信息。
• 安全环境的脆弱性：例如，数据库服务器操作系统存在漏洞。

Q: 数据库安全性控制的常用方法有哪些，自主存取控制是如何保证数据库安全性的？

A:

• 常用方法：用户标识与鉴别、存取控制（自主存取和强制存取）、视图机制、审计、数据加密。
• 自主存取控制（DAC）：通过 GRANT 和 REVOKE 等SQL命令，用户可以控制自己创建的对象的访问权限，将权限授予其他用户或从其他用户收回。

Q: 什么是强制存取控制，它与自主存取控制的区别是什么？为什么强制存取控制可以更好地保证数据库安全性？

A:

• 强制存取控制（MAC）：系统为每个数据对象和用户主体都分配一个安全级别（标签）。用户只能访问其安全级别允许的数据。
• 区别：在DAC中，对象的所有者可以决定谁有权访问。而在MAC中，访问控制由系统强制执行，基于固定的安全策略，用户无法更改。
• 安全性：MAC提供了更高级别的安全性，因为它防止了数据从高安全级别泄露到低安全级别，即使用户拥有该数据。

Q: 什么是数据库审计？它是如何保障数据库安全性的？

A: 数据库审计是记录和监控数据库访问活动的过程。它通过记录谁、在什么时间、对什么对象执行了什么操作，来帮助发现潜在的安全威胁、定位安全事件、并进行事后追查取证，从而保障数据库的安全。

数据库完整性

Q: DBMS完整性控制机制的功能是什么？它由哪些部分组成？这几部分是如何配合工作的？

A:

• 功能：确保数据库中的数据始终满足预定义的约束条件。
• 组成：
  1. 定义功能：提供定义完整性约束条件的机制。
  2. 检查功能：检查用户的操作是否会违背完整性约束。
  3. 违约处理：当操作违背约束时，采取相应的措施（如拒绝操作、级联操作等）。
• 工作方式：首先通过定义功能设定规则，然后在数据操作时通过检查功能进行验证，如果发现违约，则启动违约处理机制。

Q: 说明参照完整性的定义方式，检查时机以及各类违约处理方式。

A:

• 定义方式：在 CREATE TABLE 中使用 FOREIGN KEY 子句定义外键，并用 REFERENCES 子句指明其参照的主表和主键。
• 检查时机：在对参照表（有外键的表）进行 INSERT 或 UPDATE 操作，或者对被参照表（有主键的表）进行 DELETE 或 UPDATE 操作时。
• 违约处理方式：
  • NO ACTION / RESTRICT：如果存在关联的参照表记录，则拒绝执行操作（默认）。
  • CASCADE：级联操作。删除或更新主表记录时，自动删除或更新参照表中的匹配记录。
  • SET NULL：删除或更新主表记录时，将参照表中匹配记录的外键列设置为 NULL。
  • SET DEFAULT：删除或更新主表记录时，将参照表中匹配记录的外键列设置为默认值。

Q: 说明用户定义完整性的方法，检查时机以及各类违约处理方式。

A:

• 方法：通过 NOT NULL、UNIQUE、PRIMARY KEY、FOREIGN KEY、CHECK 等约束来定义。
• 检查时机：在 INSERT、UPDATE、DELETE 等操作执行时。
• 违约处理：通常是拒绝执行违反约束的操作，并返回错误信息。

Q: 断言的用途是什么？在学生-课程-选课数据库中，如何定义断言“每学期每个学生最多可以选修7门课”？

A:

• 用途：断言（Assertion）是一种更通用的约束，可以定义涉及多个表或需要复杂逻辑的完整性规则。
• 定义示例： ```sql – 首先，假设SC表有学期（TERM）字段 – ALTER TABLE SC ADD TERM VARCHAR2(10);

CREATE ASSERTION CNUM_ASSERTION CHECK ( NOT EXISTS ( SELECT Sno, TERM FROM SC GROUP BY Sno, TERM HAVING COUNT(Cno) > 7 ) );

**Q: 是否可以在一个表上定义多个触发器？如果可以，那么这些触发器的执行顺序是怎样的？**

A: 可以。对于同一事件（如 `BEFORE INSERT`），可以定义多个触发器。在Oracle中，默认的执行顺序是不确定的。如果需要指定顺序，可以使用 `FOLLOWS` 子句来定义它们的执行次序。

**Q: RDBMS定义完整性约束的方法有哪些？**

A:
1.  **实体完整性**：通过 `PRIMARY KEY` 约束实现。
2.  **参照完整性**：通过 `FOREIGN KEY` 约束实现。
3.  **用户定义完整性**：通过 `NOT NULL`、`UNIQUE`、`CHECK` 约束实现。
4.  **触发器（Trigger）**：可以实现更复杂的完整性规则。
5.  **断言（Assertion）**：定义全局的、跨表的约束（部分DBMS支持不佳）。

## 视图 (View) 与物化视图 (Materialized View)

### 视图 (View)

视图是一种**虚表**，它本身不存储数据，数据仍然存储在基表中。视图的主要目的是简化复杂的查询，并提供一定程度的数据安全性。

- **优点**：
    - 简化查询：将复杂的连接和计算封装在视图中。
    - 数据安全：可以只向用户暴露部分数据。
    - 逻辑独立性：应用程序可以建立在视图上，屏蔽基表结构的变化。
- **缺点**：
    - 性能：查询视图本质上是执行视图的定义语句，对于复杂的视图，性能可能不高。

### 物化视图 (Materialized View)

物化视图是存储了查询结果的**物理表**。它是普通视图的“物化”版本。

- **特点**：
    - **物理存储**：物化视图会占用磁盘空间来存储数据。
    - **性能提升**：对于复杂的、耗时的查询（如聚合、连接），预先计算并存储结果可以极大地提高查询性能。
    - **数据同步**：需要定期与基表进行数据同步，以保证数据的一致性。

- **刷新 (Refresh) 方式**：
    - `ON DEMAND` (按需刷新)：手动执行刷新操作。
    - `ON COMMIT` (提交时刷新)：一旦基表数据提交（`COMMIT`），立即自动刷新物化视图。

- **创建语法**：
```sql
CREATE MATERIALIZED VIEW mv_name
[BUILD IMMEDIATE | BUILD DEFERRED]
REFRESH [FAST | COMPLETE | FORCE | NEVER]
ON [DEMAND | COMMIT]
[START WITH (start_date)]
[NEXT (interval)]
AS
SELECT ... FROM ...;

• BUILD：IMMEDIATE 在创建时立即生成数据（默认），DEFERRED 创建时不生成数据。
• REFRESH：
  • FAST：增量刷新，只刷新基表发生变化的部分。需要创建物化视图日志。
  • COMPLETE：全量刷新，重新执行整个查询。
  • FORCE：尝试快速刷新，如果不行则执行完全刷新（默认）。
  • NEVER：不刷新。
• ON：DEMAND 按需刷新（默认），COMMIT 提交时刷新。
• START WITH / NEXT：用于定时自动刷新。

事务 (Transaction)

事务的ACID特性

事务必须具备以下四个属性，简称 ACID：

1. 原子性 (Atomicity)
   • 事务是一个不可分割的完整操作单元。事务中的所有操作要么全部成功，要么全部失败回滚。
   • 场景：银行转账，A账户减100元和B账户加100元，这两个操作必须同时成功或同时失败。
2. 一致性 (Consistency)
   • 事务必须使数据库从一个一致性状态转变到另一个一致性状态。事务执行的结果必须是使数据满足所有的完整性约束。
   • 场景：转账前后，银行系统总的资金额应该保持不变。
3. 隔离性 (Isolation)
   • 一个事务的执行不能被其他事务干扰。即一个事务内部的操作及使用的数据对并发的其他事务是隔离的，并发执行的各个事务之间不能互相干扰。
   • 场景：两个事务同时操作一个账户，一个在取钱，一个在存钱，它们的操作应该像串行执行一样，互不影响。
4. 持久性 (Durability)
   • 一个事务一旦被提交，它对数据库中数据的改变就是永久性的，接下来的其他操作或故障不应该对其有任何影响。
   • 场景：事务提交后，即使系统崩溃，通过数据库的日志（如Redo Log）也能恢复数据，保证事务的结果不会丢失。

事务的开始和结束

• 开始：事务通常在第一条DML（INSERT, UPDATE, DELETE）语句执行时隐式开始。
• 查看事务：

  SELECT * FROM v$transaction;
  

• 结束：
  • COMMIT：提交事务。
  • ROLLBACK：回滚事务。
  • 执行 DDL 语句（如 CREATE, ALTER, DROP）：隐式提交当前事务。
  • 执行 DCL 语句（如 GRANT, REVOKE）：隐式提交当前事务。
  • 正常退出 SQL*Plus：提交事务。
  • 异常退出或系统崩溃：回滚事务。

锁 (Lock)

锁是实现并发控制的主要机制，用于管理对共享资源的并发访问。

锁的分类

• 共享锁 (Share Lock, S锁)：多个事务可以同时持有共享锁读取同一资源，但排斥其他事务的排它锁。
• 排它锁 (Exclusive Lock, X锁)：也称独占锁。如果一个事务获取了资源的排它锁，那么其他任何事务都不能再获取该资源的任何锁（共享或排它），直到该锁被释放。

Oracle中的锁类型

1. DML锁 (Data Lock)：用于保护数据。
   • TX (Transaction Lock)：行级锁，在修改数据行时获取，防止其他事务修改同一行。
   • TM (Table Lock)：表级锁，在对表进行DML操作时获取，以保护表的结构不被改变。

2. DDL锁 (Dictionary Lock)：用于保护数据库对象的结构，如表、索引的定义。

3. 系统锁 (Internal Lock)：保护数据库的内部结构，如数据文件等，由Oracle内部管理。

查看锁信息

• 查看事务：

  SELECT * FROM v$transaction;
  

• 查看锁： ```sql SELECT * FROM v$lock;