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wiki/Tech/database-system/基础/关系型数据库.html

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<html><head><title>关系型数据库</title><meta charSet="utf-8"/><meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0"/><meta property="og:title" content="关系型数据库"/><meta property="og:description" content="关系型数据库概述."/><meta property="og:image" content="https://wiki.7wate.com/static/og-image.png"/><meta property="og:width" content="1200"/><meta property="og:height" content="675"/><link rel="icon" href="../../../static/icon.png"/><meta name="description" content="关系型数据库概述."/><meta name="generator" content="Quartz"/><link rel="preconnect" href="https://fonts.googleapis.com"/><link rel="preconnect" href="https://fonts.gstatic.com"/><script async src="https://umami.7wate.com/script.js" data-website-id="c061efdc-95dd-4d21-9d04-a1ffda0a85b9"></script><script>
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<p>关系模型是一种理论模型，它用于描述和组织数据库中的数据。这种模型通过使用一系列表格来表示不同实体之间的关系，以及实体的属性。关系模型在数据库管理系统中广泛应用，它提供了一种结构化的方式来存储、管理和查询数据。</p>
<h3 id="表的结构">表的结构<a aria-hidden="true" tabindex="-1" href="#表的结构" class="internal"> §</a></h3>
<p><strong>关系模型的核心组成部分是表（或称为关系）</strong>，每个表都由一系列的行和列组成。</p>
<ul>
<li><strong>行</strong>（也称为记录或元组）：每一行代表数据库中的一个实体。</li>
<li><strong>列</strong>（也称为属性）：每一列代表实体的一个属性。</li>
<li><strong>键</strong>：一个或多个列被标识为主键，用于唯一地标识每一行。
<ul>
<li>主键保证每个实体在表中的唯一性。</li>
<li>外键则用于与其他表的主键相连接，建立表与表之间的关系。</li>
</ul>
</li>
</ul>
<h3 id="数据查询语言">数据查询语言<a aria-hidden="true" tabindex="-1" href="#数据查询语言" class="internal"> §</a></h3>
<p>关系模型通常使用**结构化查询语言（SQL）**来执行查询和操作数据。SQL 是一种强大的语言，允许用户检索、插入、更新和删除数据。</p>
<h3 id="实例示例">实例示例<a aria-hidden="true" tabindex="-1" href="#实例示例" class="internal"> §</a></h3>
<p>以下是一个示例的学生表格，用于说明关系模型的结构：</p>
<table><thead><tr><th>学号（主键）</th><th>姓名</th><th>年龄</th><th>专业</th></tr></thead><tbody><tr><td>1001</td><td>张三</td><td>20</td><td>计算机科学</td></tr><tr><td>1002</td><td>李四</td><td>22</td><td>数学</td></tr><tr><td>1003</td><td>王五</td><td>21</td><td>物理</td></tr></tbody></table>
<p>在这个表中：</p>
<ul>
<li>每一行代表一个学生实体，具有唯一的学号。</li>
<li>每一列代表学生的属性，如姓名、年龄和专业。</li>
</ul>
<p>通过这种结构，数据库管理系统可以轻松地存储和检索数据。例如，通过学号，你可以快速地找到特定学生的信息。</p>
<h2 id="er-模型">ER 模型<a aria-hidden="true" tabindex="-1" href="#er-模型" class="internal"> §</a></h2>
<p>**ER 模型（实体 - 关系模型）用于描述现实世界的关系。**这个模型以图形的形式表示数据的结构，有助于理解和构建复杂的数据结构。让我们通过一个实例来详细了解 ER 模型的各个组成部分。</p>
<pre><code class="mermaid">erDiagram
STUDENT ||--o{ ENROLLMENT : &quot;enrolls&quot;
STUDENT ||--o{ TAKES : &quot;takes&quot;
COURSE ||--o{ ENROLLMENT : &quot;is enrolled in&quot;
COURSE ||--o{ TAKES : &quot;is taken by&quot;
TEACHER ||--o{ TEACHES : &quot;teaches&quot;
ENROLLMENT ||--o{ TAKES : &quot;is taken in&quot;
TEACHER ||--o{ COURSE : &quot;teaches&quot;
</code></pre>
<h3 id="实体">实体<a aria-hidden="true" tabindex="-1" href="#实体" class="internal"> §</a></h3>
<p>实体表示<strong>可以独立存在的事物。</strong></p>
<ul>
<li><strong>学生</strong>：每个学生都有姓名、年龄等属性。</li>
<li><strong>课程</strong>：每门课程都有课程名、学分等属性。</li>
<li><strong>教师</strong>：每个教师都有姓名、专业等属性。</li>
</ul>
<h3 id="关系">关系<a aria-hidden="true" tabindex="-1" href="#关系" class="internal"> §</a></h3>
<p>关系模型中的关系有三种主要类型，它们描述了实体之间的不同类型的连接和联系。这些关系类型包括：</p>
<h4 id="一对一关系one-to-one-relationship">一对一关系（One-to-One Relationship）<a aria-hidden="true" tabindex="-1" href="#一对一关系one-to-one-relationship" class="internal"> §</a></h4>
<p>例如，考虑人和身份证之间的关系。每个人可能只有一个身份证号码，而一个身份证号码也只能与一个人相关联。</p>
<h4 id="一对多关系one-to-many-relationship">一对多关系（One-to-Many Relationship）<a aria-hidden="true" tabindex="-1" href="#一对多关系one-to-many-relationship" class="internal"> §</a></h4>
<p>例如，一个学校的教师和课程之间的关系就是一对多关系。每个教师可以教授多门课程，但每门课程只能由一个教师教授。</p>
<h4 id="多对多关系many-to-many-relationship">多对多关系（Many-to-Many Relationship）<a aria-hidden="true" tabindex="-1" href="#多对多关系many-to-many-relationship" class="internal"> §</a></h4>
<p>例如，学生和课程之间的关系就是多对多关系。一个学生可以选择多门课程，同时每门课程也可以被多个学生选择。</p>
<h3 id="属性">属性<a aria-hidden="true" tabindex="-1" href="#属性" class="internal"> §</a></h3>
<p>**属性描述实体或关系的特性，为数据提供更多的信息。**属性在数据库中对实体或关系的各个方面进行描述和标识，以便更好地管理和查询数据。</p>
<ul>
<li><strong>学生</strong>：姓名、年龄等。</li>
<li><strong>课程</strong>：课程名、学分等。</li>
<li><strong>教师</strong>：姓名、专业等。</li>
<li><strong>选课</strong>：选课日期等。</li>
<li><strong>教授</strong>：授课地点等。</li>
</ul>
<h2 id="数据库规范化">数据库规范化<a aria-hidden="true" tabindex="-1" href="#数据库规范化" class="internal"> §</a></h2>
<p>数据库规范化是一种组织数据的技术，目的是减少冗余并避免不必要的复杂性。通过将数据分解成更小、更相关的部分，可以<strong>确保数据库的一致性、完整性和性能优化</strong>。规范化通常遵循一系列范式，每个范式都有特定的规则，有助于确保数据库设计的质量和效率。</p>
<h3 id="第一范式1nf">第一范式（1NF）<a aria-hidden="true" tabindex="-1" href="#第一范式1nf" class="internal"> §</a></h3>
<p>**第一范式确保每个列保持原子性，即列中的每个值都是不可分割的单一值。**这有助于消除重复的数据并减少数据冗余。要达到第一范式，确保每个表中的每个列都只包含原子值，而不是包含多个值的列表或数组。</p>
<p>例如，如果我们有一个存储学生和他们选修课程的表格：</p>
<table><thead><tr><th>学生 ID</th><th>姓名</th><th>选修课程</th></tr></thead><tbody><tr><td>1001</td><td>张三</td><td>数学, 物理</td></tr><tr><td>1002</td><td>李四</td><td>英语, 数学</td></tr></tbody></table>
<p>这就违反了第一范式，因为选修课程列包含了多个值。要修正这种情况，可以将每个选修课程拆分成单独的行：</p>
<table><thead><tr><th>学生 ID</th><th>姓名</th><th>选修课程</th></tr></thead><tbody><tr><td>1001</td><td>张三</td><td>数学</td></tr><tr><td>1001</td><td>张三</td><td>物理</td></tr><tr><td>1002</td><td>李四</td><td>英语</td></tr><tr><td>1002</td><td>李四</td><td>数学</td></tr></tbody></table>
<h3 id="第二范式2nf">第二范式（2NF）<a aria-hidden="true" tabindex="-1" href="#第二范式2nf" class="internal"> §</a></h3>
<p>**第二范式在满足第一范式的基础上，进一步移除部分依赖。**这意味着非主键列必须完全依赖于整个主键，而不仅仅是主键的一部分。为了达到第二范式，可以将表拆分成多个关联表，确保每个非主键属性只与一个候选键相关。</p>
<p>例如，考虑一个存储订单和订单项的表格：</p>
<p><strong>订单表：</strong></p>
<table><thead><tr><th>订单 ID (PK)</th><th>顾客 ID</th><th>订单日期</th></tr></thead><tbody><tr><td>001</td><td>1001</td><td>2023-08-01</td></tr><tr><td>002</td><td>1002</td><td>2023-08-02</td></tr></tbody></table>
<p><strong>订单项表：</strong></p>
<table><thead><tr><th>订单 ID (PK, FK)</th><th>产品 ID (PK)</th><th>数量</th></tr></thead><tbody><tr><td>001</td><td>101</td><td>2</td></tr><tr><td>001</td><td>102</td><td>1</td></tr><tr><td>002</td><td>101</td><td>3</td></tr></tbody></table>
<p>在这里，虽然订单表满足第一范式，但订单项表中的数量列部分依赖于订单 ID，而订单 ID 是主键的一部分。为了满足第二范式，我们可以将订单项表分为两个表格，一个是订单表，一个是订单项表。</p>
<h3 id="第三范式3nf">第三范式（3NF）<a aria-hidden="true" tabindex="-1" href="#第三范式3nf" class="internal"> §</a></h3>
<p>**第三范式在满足第二范式的基础上，进一步移除所有传递依赖。**这意味着表中的每个非主键列都不能依赖于其他非主键列。为了达到第三范式，可以继续拆分表，确保每个非主键列都直接依赖于主键。</p>
<p>例如，考虑一个存储学生选课信息的表格：</p>
<p><strong>学生课程表：</strong></p>
<table><thead><tr><th>学生 ID (PK)</th><th>课程 ID (PK)</th><th>学分</th><th>课程名称</th></tr></thead><tbody><tr><td>1001</td><td>101</td><td>3</td><td>数学</td></tr><tr><td>1001</td><td>102</td><td>4</td><td>物理</td></tr><tr><td>1002</td><td>101</td><td>3</td><td>数学</td></tr></tbody></table>
<p>在这里，课程名称是根据课程 ID 直接得出的，因此存在传递依赖。为了满足第三范式，可以将课程名称拆分到一个独立的课程表中：</p>
<p><strong>课程表：</strong></p>
<table><thead><tr><th>课程 ID (PK)</th><th>课程名称</th></tr></thead><tbody><tr><td>101</td><td>数学</td></tr><tr><td>102</td><td>物理</td></tr></tbody></table>
<p><strong>学生课程表：</strong></p>
<table><thead><tr><th>学生 ID (PK)</th><th>课程 ID (PK)</th><th>学分</th></tr></thead><tbody><tr><td>1001</td><td>101</td><td>3</td></tr><tr><td>1001</td><td>102</td><td>4</td></tr><tr><td>1002</td><td>101</td><td>3</td></tr></tbody></table>
<p>这样就消除了学生课程表中的传递依赖，满足了第三范式的要求。</p>
<h2 id="数据完整性和安全性">数据完整性和安全性<a aria-hidden="true" tabindex="-1" href="#数据完整性和安全性" class="internal"> §</a></h2>
<h3 id="数据完整性">数据完整性<a aria-hidden="true" tabindex="-1" href="#数据完整性" class="internal"> §</a></h3>
<p>**数据完整性是确保数据的准确性、一致性和有效性。**它是数据库设计和管理中的关键概念，以确保数据库中的数据始终保持正确的状态。以下是几个数据完整性的方面：</p>
<ul>
<li><strong>实体完整性</strong>：实体完整性要求每个表都应该有一个主键（唯一标识符），并且主键不允许为空或重复。这可以确保每个实体在数据库中都是唯一的，从而避免数据重复和冗余。</li>
<li><strong>引用完整性</strong>：引用完整性是确保外键关系的准确性和一致性。外键是一个表中的列，它引用了另一个表的主键。引用完整性要求外键值必须对应于另一个表中的已存在的主键值，防止数据之间的不一致性。</li>
<li><strong>领域完整性</strong>：领域完整性是确保数据值在定义的范围内。例如，一个存储年龄的字段不应该接受负值或过大的值。通过定义合适的数据范围，可以避免无效的数据输入。</li>
</ul>
<h3 id="数据安全性">数据安全性<a aria-hidden="true" tabindex="-1" href="#数据安全性" class="internal"> §</a></h3>
<p>**数据安全性是保护数据库免受未经授权的访问、修改或泄露。**确保数据安全性对于保护用户隐私和敏感信息至关重要。以下是保障数据安全性的关键措施：</p>
<ul>
<li><strong>用户认证</strong>：用户认证是确认用户身份的过程。用户必须提供凭据（如用户名和密码）才能访问数据库。只有经过身份验证的用户才能执行操作。</li>
<li><strong>授权</strong>：授权是定义用户对数据库的访问权限。不同用户可能需要不同级别的权限，如读取、写入或管理员权限。授权可以避免未经授权的访问和潜在的数据泄露。</li>
<li><strong>加密</strong>：数据加密是通过将数据转换为不可读的形式，以保护数据的隐私。即使数据被盗，加密的数据也无法被轻易解读。在传输和存储数据时使用加密可以防止中间人攻击和数据泄露。</li>
<li><strong>审计和监控</strong>：定期审计数据库的活动和访问，以便发现异常或未经授权的操作。监控数据库的性能和安全性有助于及早发现问题并采取适当的措施。</li>
</ul>
<p>通过数据完整性和安全性的综合措施，数据库可以在保持数据的准确性和一致性的同时，确保数据不受到未经授权的访问或恶意操作的影响。这有助于建立稳定、可靠且可信赖的数据库系统。</p></article></div><div class="right sidebar"><div class="graph "><h3>Graph View</h3><div class="graph-outer"><div id="graph-container" data-cfg="{&quot;drag&quot;:true,&quot;zoom&quot;:true,&quot;depth&quot;:1,&quot;scale&quot;:1.1,&quot;repelForce&quot;:0.5,&quot;centerForce&quot;:0.3,&quot;linkDistance&quot;:30,&quot;fontSize&quot;:0.6,&quot;opacityScale&quot;:1,&quot;showTags&quot;:true,&quot;removeTags&quot;:[]}"></div><svg version="1.1" id="global-graph-icon" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" xmlnsXlink="http://www.w3.org/1999/xlink" x="0px" y="0px" viewBox="0 0 55 55" fill="currentColor" xmlSpace="preserve"><path d="M49,0c-3.309,0-6,2.691-6,6c0,1.035,0.263,2.009,0.726,2.86l-9.829,9.829C32.542,17.634,30.846,17,29,17
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function toggleCallout() {
const outerBlock = this.parentElement;
outerBlock.classList.toggle(`is-collapsed`);
const collapsed = outerBlock.classList.contains(`is-collapsed`);
const height = collapsed ? this.scrollHeight : outerBlock.scrollHeight;
outerBlock.style.maxHeight = height + `px`;
let current = outerBlock;
let parent = outerBlock.parentElement;
while (parent) {
if (!parent.classList.contains(`callout`)) {
return;
}
const collapsed2 = parent.classList.contains(`is-collapsed`);
const height2 = collapsed2 ? parent.scrollHeight : parent.scrollHeight + current.scrollHeight;
parent.style.maxHeight = height2 + `px`;
current = parent;
parent = parent.parentElement;
}
}
function setupCallout() {
const collapsible = document.getElementsByClassName(
`callout is-collapsible`
);
for (const div of collapsible) {
const title = div.firstElementChild;
if (title) {
title.removeEventListener(`click`, toggleCallout);
title.addEventListener(`click`, toggleCallout);
const collapsed = div.classList.contains(`is-collapsed`);
const height = collapsed ? title.scrollHeight : div.scrollHeight;
div.style.maxHeight = height + `px`;
}
}
}
document.addEventListener(`nav`, setupCallout);
window.addEventListener(`resize`, setupCallout);
</script><script type="module">
import mermaid from 'https://cdn.jsdelivr.net/npm/mermaid/dist/mermaid.esm.min.mjs';
const darkMode = document.documentElement.getAttribute('saved-theme') === 'dark'
mermaid.initialize({
startOnLoad: false,
securityLevel: 'loose',
theme: darkMode ? 'dark' : 'default'
});
document.addEventListener('nav', async () => {
await mermaid.run({
querySelector: '.mermaid'
})
});
</script><script src="https://cdn.jsdelivr.net/npm/katex@0.16.7/dist/contrib/copy-tex.min.js" type="application/javascript"></script><script src="../../../postscript.js" type="module"></script></html>
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