數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)知識(shí)

數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)知識(shí)數(shù)據(jù)庫的基本概念口數(shù)據(jù)庫(Database,DB)的定義·定義1:數(shù)據(jù)庫，就是存放數(shù)據(jù)的倉庫。·定義2:數(shù)據(jù)庫，是數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)間邏輯關(guān)系的集合體?！ざx3:數(shù)據(jù)庫，是按照某種模型組織起來的，可以被各種用戶或應(yīng)用共享的數(shù)據(jù)的集合?！?shù)據(jù)的解釋是對(duì)數(shù)據(jù)的說明。數(shù)據(jù)需要經(jīng)過解釋才能明確其表達(dá)的含義?？跀?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)·DBMS對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一控制管理，以保證數(shù)據(jù)的完整性和安全性。DBA終端用戶終端用戶應(yīng)用程序口數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)·數(shù)據(jù)庫管理員：擁有所有對(duì)象的所有權(quán)限，根據(jù)實(shí)際情況不同的權(quán)限授予不同的用戶。數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序數(shù)據(jù)庫(DB)口數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)的主要功能口數(shù)據(jù)庫的作用口數(shù)據(jù)庫的特點(diǎn)數(shù)據(jù)庫可以將數(shù)據(jù)持久地存儲(chǔ)在硬盤上。即使關(guān)機(jī)或斷電，數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失。數(shù)據(jù)庫提供了強(qiáng)大的查詢語言和索引功能，可以輕松地檢索和更新存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫提供了各種機(jī)制來確保數(shù)據(jù)的完整性。可以定義約束條件，例如主鍵約束、唯一約束和外鍵約束，以防止數(shù)據(jù)的重復(fù)、不一致或無效。數(shù)據(jù)庫提供了安全性功能?？梢栽O(shè)置訪問權(quán)限和用戶身份驗(yàn)證機(jī)制，控制讀取、寫入或修改權(quán)限?？跀?shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展階段1950年代后期-1960年代可以將數(shù)據(jù)交給系統(tǒng)進(jìn)行程序和數(shù)據(jù)有了一定的獨(dú)需要更加高效的數(shù)據(jù)管理口數(shù)據(jù)庫的發(fā)展階段分析型數(shù)據(jù)庫1993分析型數(shù)據(jù)庫199319981970年代數(shù)據(jù)庫市場化開始萌芽；對(duì)象型、分析型2022混合事務(wù)/分析處理20052014200520142011開源、分布式、非關(guān)系型2000年代互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)一步推動(dòng)數(shù)據(jù)庫可擴(kuò)展、高性能、云口數(shù)據(jù)庫的發(fā)展階段：關(guān)系型數(shù)據(jù)庫崛起(1960-2000)口數(shù)據(jù)庫的發(fā)展階段：非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫崛起(2000-2010)NoSQL數(shù)據(jù)庫)。口數(shù)據(jù)庫的發(fā)展階段：新興數(shù)據(jù)庫技術(shù)涌現(xiàn)(2010-現(xiàn)在)口數(shù)據(jù)庫的模型文檔模型(Document-OrientedModel)時(shí)序模型(Time-SeriesModel)口數(shù)據(jù)庫的模型(1)—層次數(shù)據(jù)模型·層次數(shù)據(jù)模型：是用樹狀“層次”結(jié)構(gòu)來組織數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)模型。·圖形表示就是一個(gè)倒立生長的樹。·每個(gè)節(jié)點(diǎn)表示一個(gè)記錄類型對(duì)應(yīng)與實(shí)體的概念，記錄類型的各個(gè)字段對(duì)應(yīng)實(shí)體的各個(gè)屬性。各個(gè)記錄類型及其字段都必須記錄。醫(yī)生編號(hào)醫(yī)生姓名病歷號(hào)病人姓名病歷單口數(shù)據(jù)庫的模型(2)—網(wǎng)狀數(shù)據(jù)模型部門公司項(xiàng)目參與者工作記錄口數(shù)據(jù)庫的模型(3)—關(guān)系數(shù)據(jù)模型借閱時(shí)間小明男3月4日女5月7日男10月11日男12月3日口數(shù)據(jù)庫的模型(3)—關(guān)系數(shù)據(jù)模型口數(shù)據(jù)庫的模型(3)—關(guān)系數(shù)據(jù)模型SQL語句的分類口數(shù)據(jù)庫的模型(3)—關(guān)系數(shù)據(jù)模型ACID特性口數(shù)據(jù)庫的模型(4)—非關(guān)系數(shù)據(jù)模型口數(shù)據(jù)庫的模型(4)—非關(guān)系數(shù)據(jù)模型口數(shù)據(jù)庫的模型(4)—非關(guān)系數(shù)據(jù)模型規(guī)模數(shù)據(jù)處理需求。同時(shí)，部分非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，在金融證券、公共衛(wèi)生、社交網(wǎng)絡(luò)等涉及復(fù)雜關(guān)系溯源、關(guān)系鏈條跟蹤等關(guān)系表數(shù)據(jù)集(鍵值JSON文檔/哈希表/其他)模式結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)化、提前定義表結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)調(diào)整模式，非結(jié)構(gòu)化擴(kuò)展方式縱向擴(kuò)展，提高處理能力橫向擴(kuò)展、增加分布式節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)查詢標(biāo)準(zhǔn)通用的查詢語言SQL非標(biāo)準(zhǔn)非結(jié)構(gòu)化的查詢語言(UnQL)ACIDCAP、BASE主要優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)化、事務(wù)處理、易于維護(hù)使用擴(kuò)展性、靈活調(diào)整、大數(shù)據(jù)分析主要劣勢(shì)擴(kuò)展性、高并發(fā)場景、大數(shù)據(jù)分析事務(wù)支持較弱，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一口數(shù)據(jù)庫的模型(4)—非關(guān)系數(shù)據(jù)模型主要的非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫類型主要特點(diǎn)應(yīng)用場景典型開源產(chǎn)品鍵值數(shù)據(jù)庫使用哈希表存儲(chǔ)鍵和指向特定的數(shù)據(jù)的指針內(nèi)容緩存、購物車Redis列族數(shù)據(jù)庫鍵仍然存在，但指針指向多個(gè)列，以列簇式存儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù)分布式文件系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)分析HBase文檔數(shù)據(jù)庫以文檔形式(JSON/BSON/XML)存取數(shù)據(jù)，Schema-Free弱模式結(jié)構(gòu)應(yīng)用日志系統(tǒng)、網(wǎng)站/博客平臺(tái)MongoDB以圖存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、實(shí)體頂點(diǎn)，邊代表關(guān)系社交網(wǎng)絡(luò)、推薦引擎Neo4J時(shí)序數(shù)據(jù)庫按時(shí)間順序收集、存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用/事件跟蹤搜索引擎數(shù)據(jù)庫搜索保存在其他存儲(chǔ)和服務(wù)中的數(shù)據(jù)網(wǎng)頁、索引查詢口數(shù)據(jù)庫的模型(4)—非關(guān)系數(shù)據(jù)模型ValueValueValueValue口數(shù)據(jù)庫的模型(4)—非關(guān)系數(shù)據(jù)模型口數(shù)據(jù)庫的模型(4)—非關(guān)系數(shù)據(jù)模型文檔數(shù)據(jù)庫Tables口數(shù)據(jù)庫的模型(4)—非關(guān)系數(shù)據(jù)模型口數(shù)據(jù)庫的模型(4)—非關(guān)系數(shù)據(jù)模型時(shí)序數(shù)據(jù)庫TimeTime11:21:2311:21:3511:21:3811:21:42 ValueValue口數(shù)據(jù)庫的業(yè)務(wù)承載類型·主要任務(wù)是確保數(shù)據(jù)庫的完整性和一致性，并執(zhí)行大量的讀寫操作(簡短的、小規(guī)模);用戶進(jìn)程服務(wù)器進(jìn)程共享池Java池stream池?cái)?shù)據(jù)庫高速緩存大池重做日志緩沖區(qū)后臺(tái)進(jìn)程結(jié)構(gòu)參數(shù)文件密碼文件控制文件數(shù)據(jù)文件重做日志文件歸檔日志文件口數(shù)據(jù)庫的部署方式口數(shù)據(jù)庫的架構(gòu)分類單機(jī)數(shù)據(jù)庫架構(gòu)口數(shù)據(jù)庫的架構(gòu)分類主從復(fù)制架構(gòu)從數(shù)據(jù)庫主數(shù)據(jù)庫從數(shù)據(jù)庫口數(shù)據(jù)庫的架構(gòu)分類分布式數(shù)據(jù)庫架構(gòu)口數(shù)據(jù)庫的架構(gòu)分類需要處理分片之間的數(shù)據(jù)分布和一致性問題。Collection1Collection1256GBCollection1Collection1256GB256GB256GB256GB口數(shù)據(jù)庫的架構(gòu)分類多主復(fù)制架構(gòu)口數(shù)據(jù)庫的架構(gòu)分類混合架構(gòu)口數(shù)據(jù)庫的分類(按存儲(chǔ)介質(zhì))·特點(diǎn)：內(nèi)存訪問速度快，適合需要高性能的場景。數(shù)據(jù)在斷電或故障后會(huì)丟失，需要定期持久化到磁盤?？跀?shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)和部署流程架構(gòu)規(guī)劃產(chǎn)品選型容災(zāi)規(guī)劃安全規(guī)劃2集群部署容災(zāi)部署數(shù)據(jù)庫遷移數(shù)據(jù)庫整合十3應(yīng)急演練技能培訓(xùn)性能優(yōu)化口數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)流程·需求分析：準(zhǔn)確了解和分析用戶需求(包括數(shù)據(jù)和處理)?！じ拍罱Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：通過對(duì)用戶需求進(jìn)行綜合、歸納與抽象，形成一個(gè)獨(dú)立于具體DBMS的概念模型。·邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為某個(gè)DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化?！の锢斫Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：為邏輯數(shù)據(jù)模型選取一個(gè)最適合應(yīng)用環(huán)境的物理結(jié)構(gòu)(包括存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和存取方法)?！?shù)據(jù)庫實(shí)施：根據(jù)邏輯設(shè)計(jì)和物理設(shè)計(jì)的結(jié)果建立數(shù)據(jù)庫，編制與調(diào)試應(yīng)用程序，組織數(shù)據(jù)入庫并·數(shù)據(jù)庫運(yùn)行和維護(hù)：在數(shù)據(jù)庫投入正式使用后，不斷地對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)、調(diào)整與修改?？跀?shù)據(jù)庫的安全機(jī)制審計(jì)制度(Auditsystem)啟用一個(gè)專用的審計(jì)日志(AuditLog),將用戶對(duì)數(shù)據(jù)庫的所有操作記錄在上面。審計(jì)員利用審計(jì)日志監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫中的各種行口數(shù)據(jù)庫的典型產(chǎn)品RSI(甲骨文公司前身)MySQLAB(瑞典)。2008年，MySQL被Oracle加州大學(xué)伯克利分校(UCB)微軟與Ashton-Tate和Sybase合作推出鍵值數(shù)據(jù)庫Powerset公司，后成為ApacheHadoop項(xiàng)目的一個(gè)子項(xiàng)目基于云的數(shù)據(jù)倉庫平臺(tái)Teradata(NCR的一個(gè)部門，2007年獨(dú)立出來)Greenplum公司(2010年被EMC收購，現(xiàn)為VMware的一部分)Databricks公司分布式數(shù)據(jù)庫分布式數(shù)據(jù)庫口數(shù)據(jù)庫的典型產(chǎn)品VersantHadapt即服務(wù)aaS即服務(wù)aaSDynamo列儲(chǔ)存 Dynamo列儲(chǔ)存 形r口數(shù)據(jù)庫的產(chǎn)業(yè)鏈傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫廠商新興數(shù)據(jù)庫廠商云廠商ICT跨界廠商事務(wù)型數(shù)據(jù)庫分析型數(shù)據(jù)庫鍵值型內(nèi)存數(shù)據(jù)庫搜索型數(shù)據(jù)庫時(shí)序數(shù)據(jù)庫時(shí)空數(shù)據(jù)庫全密態(tài)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫遷移工具數(shù)據(jù)庫備份恢復(fù)工具數(shù)據(jù)庫管理平臺(tái)數(shù)據(jù)庫開發(fā)工具數(shù)據(jù)庫服務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)實(shí)施部署運(yùn)維運(yùn)營用戶個(gè)人家庭消費(fèi)者政府部門金融證券教育醫(yī)療工業(yè)制造農(nóng)林牧漁交通運(yùn)輸科學(xué)研究口數(shù)據(jù)庫的市場規(guī)模部分?jǐn)?shù)據(jù)來源：《數(shù)據(jù)庫發(fā)展研究報(bào)告(2024年)》,中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)口國內(nèi)數(shù)據(jù)庫的發(fā)展歷程口國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫的代表產(chǎn)品類別廠商產(chǎn)品傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫廠商達(dá)夢(mèng)數(shù)據(jù)庫DMB人大金倉KSOne,KingbaseES,KingbaseAnalyticsDBGBASEGbase8a,Gbase8s,Gbase8c,GbaseXDM萬里數(shù)據(jù)庫GreatDBCluster神舟通用神通數(shù)據(jù)庫，OSCAR新興數(shù)據(jù)庫廠商PingCAPTiDB巨杉數(shù)據(jù)庫SequoiaDB星環(huán)科技TRANSWARPArgoDB,KunDB熱璞科技HOTPUHotDB極數(shù)云舟ArkDBOCEANBASEOceanbase易鯨捷EsgynDB天云數(shù)據(jù)Hubble云和恩墨MogDB愛可生ACTION云樹RDS,云樹Shard云廠商騰訊云TDSQL,TencentDB,TcaplusDB阿里云PolarDB,Lindorm,AnalyticDB華為GaussDB,OpenGauss,TaurusDB金山云Dragonbase,KingDB,KRDS百度智能云GaiaDB,Palo京東云StarDB天麗云TeleDBICT跨界廠商ZTE中興GoldenDBInspur浪潮ZNBase,K-DB新華三H3CSeaSQL口數(shù)據(jù)庫的發(fā)展趨勢(shì)·21世紀(jì)以來，非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫發(fā)展非常迅猛。但根據(jù)目前最新的數(shù)據(jù)，關(guān)系數(shù)據(jù)庫仍占據(jù)80%以上的市場份額。在可預(yù)見的數(shù)據(jù)庫市場中，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫仍將占據(jù)主導(dǎo)地位?！つ壳暗膫鹘y(tǒng)主流數(shù)據(jù)庫，都以關(guān)系模型為主，同時(shí)可支持其它非關(guān)系模型的數(shù)據(jù)庫類型?！ぴ谛艅?chuàng)戰(zhàn)略下，國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫廠商和品類不斷增加，技術(shù)不斷走向成熟，市場份額有顯著的提升?？跀?shù)據(jù)庫發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)(1)——數(shù)據(jù)量急劇增長口數(shù)據(jù)庫發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)(2)——實(shí)時(shí)性要求口數(shù)據(jù)庫發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)(3)——安全與隱私口數(shù)據(jù)庫發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)(4)——一致性和可靠性口數(shù)據(jù)庫發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)(5)——多模與跨平臺(tái)口數(shù)據(jù)庫發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)(6)——管理和運(yùn)維挑戰(zhàn)解決方案口開源數(shù)據(jù)庫·開源數(shù)據(jù)庫通常是免費(fèi)的社區(qū)數(shù)據(jù)庫，其源代碼對(duì)外開放，開發(fā)人員可以在其原始設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上修改或使用?！?yōu)勢(shì)：規(guī)避了高昂的授權(quán)費(fèi)用和服務(wù)費(fèi)用，成本較低、產(chǎn)品豐富，有活躍的社區(qū)支持?！ち觿?shì)：易用性不足，配套能力、服務(wù)能力跟不上，產(chǎn)品功能完善度不足。·當(dāng)前全球開源關(guān)系型數(shù)據(jù)庫主要有MySQL和PostgreSQL,開源非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫主要有MongoDB、Hbase、Cassandra、CouchDB、Redis等。口數(shù)據(jù)庫+云計(jì)算·在商業(yè)模式上，其可簡單劃分為公有云部署和私有云部署模式。·公有云數(shù)據(jù)庫多以云廠商自有產(chǎn)品和開源產(chǎn)品為主。在金融、政府、運(yùn)營商等關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域中，本地部署(含私有云)的優(yōu)勢(shì)較為明顯，成為客戶的首選?？诙嗄?shù)據(jù)庫(Multi-ModelDatabase)·多模數(shù)據(jù)庫是指能夠支持處理多種數(shù)據(jù)模式混合(例如關(guān)系、KV、文檔、圖、時(shí)序等)的數(shù)據(jù)庫。·多模數(shù)據(jù)庫支持靈活的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)類型，將各種類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中存儲(chǔ)、查詢和處理，可以同時(shí)滿足應(yīng)用程序?qū)τ诮Y(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理需求。·未來多模數(shù)據(jù)