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【数据库系统Trip 第1站】总概

news 2025/9/19 16:00:27

这是一个非常核心的计算机科学概念，几乎所有的现代软件系统都离不开它。

数据库系统 不是一个单一的软件，而是一个完整的生态系统，它由以下四个主要部分组成：

数据库：存储数据的“仓库”。它是一个有组织、可共享、通常被集中管理的大量数据的集合。数据库不仅仅是存储数据，更重要的是它以某种数据模型（如表格）来组织数据，减少冗余。
数据库管理系统：这是数据库系统的核心和大脑。它是一个软件平台，用于创建、使用和维护数据库。用户和应用程序通过DBMS来访问数据库，而不直接操作数据文件。常见的DBMS有：MySQL, Oracle, SQL Server, PostgreSQL, MongoDB 等。
应用程序：使用数据库的软件，例如网站、手机App、桌面程序等。应用程序通过DBMS提供的接口（如SQL）与数据库进行交互。
用户：包括最终用户、应用程序员和数据库管理员（DBA）。数据库管理员是至关重要的角色，负责维护、备份、优化和确保数据库的安全。

简单比喻：
如果把数据库系统比作一个图书馆：

在数据库系统出现之前，数据通常存储在简单的文件里（如txt、csv）。这种方式存在很多问题：

特性	文件系统	数据库系统	优势
数据冗余与一致性	数据重复存储，容易不一致	数据集中管理，冗余可控，一致性高	节省空间，数据准确
数据共享	困难，文件通常被单个程序独占	容易，支持多用户并发访问	提升协作效率
数据独立性	程序与数据结构紧密耦合，一变俱变	数据逻辑结构与应用程序分离	易于维护和扩展
数据完整性	需在程序中硬编码规则，难以维护	提供约束（如主键、外键）来保证	数据更可靠、有效
安全性	难以精细控制	提供用户权限管理，控制到表和列	数据更安全
并发控制	容易产生冲突（如数据覆盖）	提供事务机制，保证并发操作正确性	支持高并发访问
故障恢复	困难，容易丢失数据	提供日志和备份恢复机制	数据持久性高

数据模型：定义数据如何组织和操作的框架。
- 关系模型：目前最主流的形式，使用二维表（行和列）来组织数据。SQL语言就是基于此模型。
- 非关系模型：包括文档型（如MongoDB）、键值型（如Redis）、图数据库（如Neo4j）等，用于处理特定类型的海量数据。
查询语言：
- SQL：结构化查询语言，是操作关系型数据库的标准语言。用于定义、操纵和控制数据。
  - DDL：数据定义语言（如 CREATE, ALTER, DROP）
  - DML：数据操纵语言（如 SELECT, INSERT, UPDATE, DELETE）
  - DCL：数据控制语言（如 GRANT, REVOKE）
事务管理：
- 事务：一组不可分割的数据库操作序列（例如银行转账：A账户扣款和B账户加款必须同时成功或失败）。
- ACID 特性：
  - 原子性：事务的所有操作要么全部完成，要么全部不完成。
  - 一致性：事务必须使数据库从一个一致性状态变换到另一个一致性状态。
  - 隔离性：并发执行的事务之间互不干扰。
  - 持久性：事务一旦提交，其对数据的改变就是永久性的。
存储管理与索引：
- DBMS负责在磁盘上高效地存储数据文件。
- 索引：类似于书籍的目录，它能极大地加快数据查询的速度。

关系型数据库：
- 特点：基于表格模型，使用SQL语言，严格遵守ACID特性。
- 适用场景：需要复杂查询、强一致性的事务处理系统（如银行、财务、ERP系统）。
- 代表： MySQL, Oracle, SQL Server, PostgreSQL, SQLite。
非关系型数据库：
- 特点：为特定需求设计，结构灵活，通常牺牲一些ACID特性来追求高性能、高可用性和可扩展性（横向扩展）。
- 分类与场景：
  - 文档型：存储JSON-like文档，适用于Web应用（如MongoDB）。
  - 键值型：简单高效，适用于缓存、会话存储（如Redis）。
  - 列存储：适合大规模数据分析（如Cassandra, HBase）。
  - 图数据库：存储实体之间的关系，适用于社交网络、推荐系统（如Neo4j）。
- 代表： MongoDB, Redis, Cassandra, Elasticsearch, Neo4j。