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@ -1,118 +1,99 @@
<!-- GFM-TOC -->
* [一、事务四大特性](#一事务四大特性)
* [原子性Atomicity](#原子性atomicity)
* [一致性Consistency](#一致性consistency)
* [隔离性Isolation](#隔离性isolation)
* [持久性Durability](#持久性durability)
* [二、数据不一致](#二数据不一致)
* [丢失修改](#丢失修改)
* [读脏数据](#读脏数据)
* [不可重复读](#不可重复读)
* [三、隔离级别](#三隔离级别)
* [未提交读READ UNCOMMITTED](#未提交读read-uncommitted)
* [提交读READ COMMITTED](#提交读read-committed)
* [可重复读REPEATABLE READ](#可重复读repeatable-read)
* [可串行化SERIALIXABLE](#可串行化serialixable)
* [四、可串行化调度](#四可串行化调度)
* [五、封锁类型](#五封锁类型)
* [六、封锁粒度](#六封锁粒度)
* [七、封锁协议](#七封锁协议)
* [三级封锁协议](#三级封锁协议)
* [两段锁协议](#两段锁协议)
* [八、乐观锁和悲观锁](#八乐观锁和悲观锁)
* [悲观锁](#悲观锁)
* [乐观锁](#乐观锁)
* [MySQL 隐式和显示锁定](#mysql-隐式和显示锁定)
* [九、范式](#九范式)
* [第一范式 (1NF)](#第一范式-1nf)
* [第二范式 (2NF)](#第二范式-2nf)
* [第三范式 (3NF)](#第三范式-3nf)
* [BC 范式BCNF](#bc-范式bcnf)
* [十、约束](#十约束)
* [键码](#键码)
* [单值约束](#单值约束)
* [引用完整性约束](#引用完整性约束)
* [域约束](#域约束)
* [一般约束](#一般约束)
* [十一、数据库的三层模式和两层映像](#十一数据库的三层模式和两层映像)
* [外模式](#外模式)
* [模式](#模式)
* [内模式](#内模式)
* [外模式/模式映像](#外模式模式映像)
* [模式/内模式映像](#模式内模式映像)
* [十二、ER 图](#十二er-图)
* [实体的三种联系](#实体的三种联系)
* [表示出现多次的关系](#表示出现多次的关系)
* [联系的多向性](#联系的多向性)
* [表示子类](#表示子类)
* [十三、一些概念](#十三一些概念)
* [数据模型](#数据模型)
* [数据库系统](#数据库系统)
* [一、事务](#一事务)
* [概念](#概念)
* [四大特性](#四大特性)
* [二、并发一致性问题](#二并发一致性问题)
* [问题](#问题)
* [解决方法](#解决方法)
* [三、封锁](#三封锁)
* [封锁类型](#封锁类型)
* [封锁粒度](#封锁粒度)
* [封锁协议](#封锁协议)
* [乐观锁和悲观锁](#乐观锁和悲观锁)
* [四、隔离级别](#四隔离级别)
* [五、数据库系统概述](#五数据库系统概述)
* [基本术语](#基本术语)
* [数据库的三层模式和两层映像](#数据库的三层模式和两层映像)
* [六、关系数据库建模](#六关系数据库建模)
* [ER 图](#er-图)
* [约束](#约束)
* [七、关系数据库设计理论](#七关系数据库设计理论)
* [函数依赖](#函数依赖)
* [异常](#异常)
* [范式](#范式)
* [十四、参考资料](#十四参考资料)
<!-- GFM-TOC -->
# 一、事务四大特性
# 一、事务
## 概念
<div align="center"> <img src="../pics//4f4deaf4-8487-4de2-9d62-5ad017ee9589.png"/> </div><br>
事务指的是一系列操作,并且满足 ACID 特性。
在数据库中,可以通过 Commit 提交一个事务,也可以使用 Rollback 回退到一个保留点。
## 四大特性
<div align="center"> <img src="../pics//fd945daf-4a6c-4f20-b9c2-5390f5955ce5.jpg" width="500"/> </div><br>
## 原子性Atomicity
<font size=4> **1. 原子性Atomicity** </font> </br>
事务被视为不可分割的最小单元,要么全部提交成功,要么全部失败回滚。
## 一致性Consistency
<font size=4> **2. 一致性Consistency** </font> </br>
事务执行前后都保持一致性状态。在一致性状态下,所有事务对一个数据的读取结果都是相同的。
## 隔离性Isolation
<font size=4> **3. 隔离性Isolation** </font> </br>
一个事务所做的修改在最终提交以前,对其它事务是不可见的。也可以理解为多个事务单独执行,互不影响。
## 持久性Durability
<font size=4> **4. 持久性Durability** </font> </br>
一旦事务提交,则其所做的修改将会永远保存到数据库中。即使系统发生崩溃,事务执行的结果也不能丢失。持久性通过数据库备份和恢复来保证。
# 二、数据不一致
# 二、并发一致性问题
## 丢失修改
在并发环境下,一个事务如果受到另一个事务的影响,那么事务操作就无法满足一致性条件。
## 问题
<font size=4> **1. 丢失修改** </font> </br>
T<sub>1</sub> 和 T<sub>2</sub> 两个事务同时对一个数据进行修改T<sub>1</sub> 先修改T<sub>2</sub> 随后修改T<sub>2</sub> 的修改覆盖了 T<sub>1</sub> 的修改。
## 读脏数据
<font size=4> **2. 读脏数据** </font> </br>
T<sub>1</sub> 修改后写入数据库T<sub>2</sub> 读取这个修改后的数据,但是如果 T<sub>1</sub> 撤销了这次修改,使得 T<sub>2</sub> 读取的数据是脏数据。
## 不可重复读
<div align="center"> <img src="../pics//d1ab24fa-1a25-4804-aa91-513df55cbaa6.jpg" width="800"/> </div><br>
T<sub>1</sub> 读入某个数据T<sub>2</sub> 对该数据做了修改,如果 T<sub>1</sub> 再读这个数据,该数据已经改变,和最开始读入的是不一样的。
<font size=4> **3. 不可重复读** </font> </br>
# 三、隔离级别
T<sub>2</sub> 读入某个数据T<sub>1</sub> 对该数据做了修改,如果 T<sub>2</sub> 再读这个数据,该数据已经改变,和最开始读入的是不一样的。
数据库管理系统需要防止出现数据不一致问题,并且有多种级别可以实现,这些级别称为隔离级别。
<div align="center"> <img src="../pics//d0175e0c-859e-4991-b263-8378e52f7ee5.jpg" width="800"/> </div><br>
## 未提交读READ UNCOMMITTED
<font size=4> **4. 幻影读** </font> </br>
事务中的修改,即使没有提交,对其它事务也都是可见的。事务可以读取未提交的数据,这也被称为脏读
T<sub>1</sub> 读某个范围的数据T<sub>2</sub> 在这个范围内插入新的数据T<sub>1</sub> 再读这个范围的数据,和最开始读入的就不一样了
## 提交读READ COMMITTED
<div align="center"> <img src="../pics//d589eca6-c7cf-49c5-ac96-8e4ca0cccadd.jpg" width="800"/> </div><br>
一个事务只能读取已经提交的事务所做的修改。换句话说,一个事务所在的修改在提交之前对其它事务是不可见的。这个级别有时候也叫做不可重复读,因为两次执行同样的查询,可能会得到不一样的结果。
## 解决方法
## 可重复读REPEATABLE READ
产生并发不一致性问题主要原因是破坏了事务的隔离性,解决方法是通过并发控制来保证隔离性。
解决了脏读的问题,保证在同一个事务中多次读取同样的记录结果是一致的
并发控制可以通过封锁来实现,但是如果封锁操作都要程序员自己控制,那么就会相当复杂。数据库管理系统提供了事务的隔离级别,让用户以一种更轻松的方式处理并发一致性问题
但是会出现幻读的问题,所谓幻读,指的是某个事务在读取某个范围内的记录时,另一个事务会在范围内插入数据,当之前的事务再次读取该范围的记录时,会产生幻行。
# 三、封锁
## 可串行化SERIALIXABLE
强制事务串行执行,避免幻读。
# 四、可串行化调度
如果并行的事务的执行结果和某一个串行的方式执行的结果一样,那么可以认为结果是正确的。
# 五、封锁类型
## 封锁类型
排它锁 (X 锁)和共享锁 (S 锁),又称写锁和读锁。
@ -120,7 +101,7 @@ T<sub>1</sub> 读入某个数据T<sub>2</sub> 对该数据做了修改,如
- 一个事务对数据对象 A 加了 S 锁,可以对 A 进行读取操作,但是不能进行更新操作。加锁期间其它事务能对 A 加 S 锁,但是不能加 X 锁。
# 六、封锁粒度
## 封锁粒度
应该尽量只锁定需要修改的那部分数据,而不是所有的资源。锁定的数据量越少,发生锁争用的可能就越小,系统的并发程度就越高。
@ -128,31 +109,31 @@ T<sub>1</sub> 读入某个数据T<sub>2</sub> 对该数据做了修改,如
MySQL 中主要提供了两种封锁粒度:行级锁以及表级锁。
# 七、封锁协议
## 封锁协议
## 三级封锁协议
### 1. 三级封锁协议
<div align="center"> <img src="../pics//785806ed-c46b-4dca-b756-cebe7bf8ac3a.jpg"/> </div><br>
### 一级封锁协议
<font size=4> **1.1 一级封锁协议** </font> </br>
事务 T 要修改数据 A 时必须加 X 锁,直到事务结束才释放锁。
可以解决丢失修改问题;
### 二级封锁协议
<font size=4> **1.2 二级封锁协议** </font> </br>
在一级的基础上,要求读取数据 A 时必须加 S 锁,读取完马上释放 S 锁。
可以解决读脏数据问题,因为如果一个事务在对数据 A 进行修改,根据 1 级封锁协议,会加 X 锁,那么就不能再加 S 锁了,也就是不会读入数据。
### 三级封锁协议
<font size=4> **1.3 三级封锁协议** </font> </br>
在二级的基础上,要求读取数据 A 时必须加 S 锁,直到事务结束了才能释放 S 锁。
可以解决不可重复读的问题,因为读 A 时,其它事务不能对 A 加 X 锁,从而避免了在读的期间数据发生改变。
## 两段锁协议
### 2. 两段锁协议
加锁和解锁分为两个阶段进行。两段锁是并行事务可串行化的充分条件,但不是必要条件。
@ -160,15 +141,15 @@ MySQL 中主要提供了两种封锁粒度:行级锁以及表级锁。
lock-x(A)...lock-s(B)...lock-s(c)...unlock(A)...unlock(C)...unlock(B)
```
# 八、乐观锁和悲观锁
## 乐观锁和悲观锁
## 悲观锁
### 1. 悲观锁
假定会发生并发冲突,屏蔽一切可能违反数据完整性的操作。
Java synchronized 就属于悲观锁的一种实现,每次线程要修改数据时都先获得锁,保证同一时刻只有一个线程能操作数据,其他线程则会被阻塞。
## 乐观锁
### 2. 乐观锁
假设不会发生并发冲突,只在提交操作时检查是否违反数据完整性。
@ -176,7 +157,7 @@ Java JUC 中的 Atomic 包就是乐观锁的一种实现AtomicInteger 通过
乐观锁有两种实现方式,数据版本和时间戳。它们都需要在数据库表中增加一个字段,使用这个字段来判断数据是否过期。例如,数据版本实现方式中,需要在数据库表中增加一个数字类型的 version 字段,当读取数据时,将 version 字段的值一同读出。随后数据每更新一次,对此 version 值加 1。当提交更新的时候判断读出的 version 和数据库表中的 version 是否一致,如果一致,则予以更新;否则认为是过期数据。
## MySQL 隐式和显示锁定
### 3. MySQL 隐式和显示锁定
MySQL InnoDB 采用的是两阶段锁协议。在事务执行过程中,随时都可以执行锁定,锁只有在执行 COMMIT 或者 ROLLBACK 的时候才会释放并且所有的锁是在同一时刻被释放。前面描述的锁定都是隐式锁定InnoDB 会根据事务隔离级别在需要的时候自动加锁。
@ -185,7 +166,135 @@ MySQL InnoDB 采用的是两阶段锁协议。在事务执行过程中,随时
- SELECT ... LOCK IN SHARE MODE
- SELECT ... FOR UPDATE
# 九、范式
# 四、隔离级别
<font size=4> **1. 未提交读READ UNCOMMITTED** </font> </br>
事务中的修改,即使没有提交,对其它事务也都是可见的。事务可以读取未提交的数据,这也被称为脏读。
<font size=4> **2. 提交读READ COMMITTED** </font> </br>
一个事务只能读取已经提交的事务所做的修改。换句话说,一个事务所在的修改在提交之前对其它事务是不可见的。这个级别有时候也叫做不可重复读,因为两次执行同样的查询,可能会得到不一样的结果。
<font size=4> **3. 可重复读REPEATABLE READ** </font> </br>
解决了脏读的问题,保证在同一个事务中多次读取同样的记录结果是一致的。
但是会出现幻读的问题,所谓幻读,指的是某个事务在读取某个范围内的记录时,另一个事务会在范围内插入数据,当之前的事务再次读取该范围的记录时,会产生幻行。
<font size=4> **4. 可串行化SERIALIXABLE** </font> </br>
强制事务串行执行,避免幻读。
# 五、数据库系统概述
## 基本术语
### 1. 数据模型
由数据结构、数据操作和完整性三个要素组成。
### 2. 数据库系统
数据库系统包含所有与数据库相关的内容,包括数据库、数据库管理系统、应用程序以及数据库管理员和用户,还包括相关的硬件和软件。
## 数据库的三层模式和两层映像
- 外模式:局部逻辑结构
- 模式:全局逻辑结构
- 内模式:物理结构
### 1. 外模式
又称用户模式,是用户和数据库系统的接口,特定的用户只能访问数据库系统提供给他的外模式中的数据。例如不同的用户创建了不同数据库,那么一个用户只能访问他有权限访问的数据库。
一个数据库可以有多个外模式,一个用户只能有一个外模式,但是一个外模式可以给多个用户使用。
### 2. 模式
可以分为概念模式和逻辑模式,概念模式可以用概念-关系来描述;逻辑模式使用特定的数据模式(比如关系模型)来描述数据的逻辑结构,这种逻辑结构包括数据的组成、数据项的名称、类型、取值范围。不仅如此,逻辑模式还要描述数据之间的关系,数据的完整性与安全性要求。
### 3. 内模式
又称为存储模式,描述记录的存储方式,例如索引的组织方式、数据是否压缩以及是否加密等等。
### 4. 外模式/模式映像
把外模式的局部逻辑结构和模式的全局逻辑结构联系起来。该映像可以保证数据和应用程序的逻辑独立性。
### 5. 模式/内模式映像
把模式的全局逻辑结构和内模式的物理结构联系起来,该映像可以保证数据和应用程序的物理独立性。
# 六、关系数据库建模
## ER 图
Entity-Relationship有三个组成部分实体、属性、联系。
### 1. 实体的三种联系
联系包含 1 对 11 对多,多对多三种。
如果 A 到 B 是 1 对多关系,那么画个带箭头的线段指向 B如果是 1 对 1画两个带箭头的线段如果是多对多画两个不带箭头的线段。下图的 Course 和 Student 是 1 对多的关系。
<div align="center"> <img src="../pics//292b4a35-4507-4256-84ff-c218f108ee31.jpg"/> </div><br>
### 2. 表示出现多次的关系
一个实体在联系出现几次,就要用几条线连接。下图表示一个课程的先修关系,先修关系出现两个 Course 实体,第一个是先修课程,后一个是后修课程,因此需要用两条线来表示这种关系。
<div align="center"> <img src="../pics//8b798007-e0fb-420c-b981-ead215692417.jpg"/> </div><br>
### 3. 联系的多向性
虽然老师可以开设多门课,并且可以教授多名学生,但是对于特定的学生和课程,只有一个老师教授,这就构成了一个三元联系。
<div align="center"> <img src="../pics//423f2a40-bee1-488e-b460-8e76c48ee560.png"/> </div><br>
一般只使用二元联系,可以把多元关系转换为二元关系。
<div align="center"> <img src="../pics//de9b9ea0-1327-4865-93e5-6f805c48bc9e.png"/> </div><br>
### 4. 表示子类
用 IS-A 联系来表示子类,具体做法是用一个三角形和两条线来连接类和子类。与子类有关的属性和联系都连到子类上,而与父类和子类都有关的连到父类上。
<div align="center"> <img src="../pics//7ec9d619-fa60-4a2b-95aa-bf1a62aad408.jpg"/> </div><br>
## 约束
### 1. 键码
用于唯一表示一个实体。
键码可以由多个属性构成,每个构成键码的属性称为码。
### 2. 单值约束
某个属性的值是唯一的。
### 3. 引用完整性约束
一个实体的属性引用的值在另一个实体的某个属性中存在。
### 4. 域约束
某个属性的值在特定范围之内。
### 5. 一般约束
一般性约束,比如大小约束,数量约束。
# 七、关系数据库设计理论
## 函数依赖
记 A->B 表示 A 函数决定 B也可以说 B 函数依赖于 A。
@ -193,9 +302,11 @@ MySQL InnoDB 采用的是两阶段锁协议。在事务执行过程中,随时
对于 W->A如果能找到 W 的真子集 W',使得 W'-> A那么 W->A 就是部分函数依赖,否则就是完全函数依赖;
## 异常
以下关系中Sno 表示学号Sname 表示学生姓名Sdept 表示学院Cname 表示课程名Mname 表示院长姓名。函数依赖为 {Sno, Cname} -> {Sname, Sdept, Mname}。
<div align="center"> <img src="../pics//b6a678c0-c875-4038-afba-301846620786.jpg"/> </div><br>
<div align="center"> <img src="../pics//0b304499-0d7c-49cc-b784-3e7a805c9fba.jpg"/> </div><br>
不符合范式的关系,会产生很多异常。主要有以下四种异常:
@ -204,15 +315,17 @@ MySQL InnoDB 采用的是两阶段锁协议。在事务执行过程中,随时
3. 删除异常
4. 插入异常,比如如果新插入一个学生的信息,而这个学生还没选课,那么就无法插入该学生。
关系数据库的范式理论就是是为了解决这四种异常。
## 范式
范式理论是为了解决以上提到四种异常。
高级别范式的依赖基于低级别的范式。
## 第一范式 (1NF)
### 1. 第一范式 (1NF)
属性不可分。
## 第二范式 (2NF)
### 2. 第二范式 (2NF)
每个非主属性完全函数依赖于键码。
@ -240,7 +353,7 @@ MySQL InnoDB 采用的是两阶段锁协议。在事务执行过程中,随时
<div align="center"> <img src="../pics//b0748916-1acd-4138-b24c-69326cb452fe.jpg"/> </div><br>
## 第三范式 (3NF)
### 3. 第三范式 (3NF)
非主属性不传递依赖于键码。
@ -248,7 +361,7 @@ MySQL InnoDB 采用的是两阶段锁协议。在事务执行过程中,随时
<div align="center"> <img src="../pics//923896c1-937e-4a38-b8a6-cec3040b4e2a.jpg"/> </div><br>
## BC 范式BCNF
### 4. BC 范式BCNF
所有属性不传递依赖于键码。
@ -266,102 +379,6 @@ MySQL InnoDB 采用的是两阶段锁协议。在事务执行过程中,随时
分解成 SC(Sname, Cname, Grade) 和 ST(Sname, Tname),对于 ST属性之间是多对多关系无函数依赖。
# 十、约束
## 键码
用于唯一表示一个实体。
键码可以由多个属性构成,每个构成键码的属性称为码。
## 单值约束
某个属性的值是唯一的。
## 引用完整性约束
一个实体的属性引用的值在另一个实体的某个属性中存在。
## 域约束
某个属性的值在特定范围之内。
## 一般约束
一般性约束,比如大小约束,数量约束。
# 十一、数据库的三层模式和两层映像
- 外模式:局部逻辑结构
- 模式:全局逻辑结构
- 内模式:物理结构
## 外模式
又称用户模式,是用户和数据库系统的接口,特定的用户只能访问数据库系统提供给他的外模式中的数据。例如不同的用户创建了不同数据库,那么一个用户只能访问他有权限访问的数据库。
一个数据库可以有多个外模式,一个用户只能有一个外模式,但是一个外模式可以给多个用户使用。
## 模式
可以分为概念模式和逻辑模式,概念模式可以用概念-关系来描述;逻辑模式使用特定的数据模式(比如关系模型)来描述数据的逻辑结构,这种逻辑结构包括数据的组成、数据项的名称、类型、取值范围。不仅如此,逻辑模式还要描述数据之间的关系,数据的完整性与安全性要求。
## 内模式
又称为存储模式,描述记录的存储方式,例如索引的组织方式、数据是否压缩以及是否加密等等。
## 外模式/模式映像
把外模式的局部逻辑结构和模式的全局逻辑结构联系起来。该映像可以保证数据和应用程序的逻辑独立性。
## 模式/内模式映像
把模式的全局逻辑结构和内模式的物理结构联系起来,该映像可以保证数据和应用程序的物理独立性。
# 十二、ER 图
Entity-Relationship有三个组成部分实体、属性、联系。
## 实体的三种联系
联系包含 1 对 11 对多,多对多三种。
如果 A 到 B 是 1 对多关系,那么画个带箭头的线段指向 B如果是 1 对 1画两个带箭头的线段如果是多对多画两个不带箭头的线段。下图的 Course 和 Student 是 1 对多的关系。
<div align="center"> <img src="../pics//292b4a35-4507-4256-84ff-c218f108ee31.jpg"/> </div><br>
## 表示出现多次的关系
一个实体在联系出现几次,就要用几条线连接。下图表示一个课程的先修关系,先修关系出现两个 Course 实体,第一个是先修课程,后一个是后修课程,因此需要用两条线来表示这种关系。
<div align="center"> <img src="../pics//8b798007-e0fb-420c-b981-ead215692417.jpg"/> </div><br>
## 联系的多向性
虽然老师可以开设多门课,并且可以教授多名学生,但是对于特定的学生和课程,只有一个老师教授,这就构成了一个三元联系。
<div align="center"> <img src="../pics//423f2a40-bee1-488e-b460-8e76c48ee560.png"/> </div><br>
一般只使用二元联系,可以把多元关系转换为二元关系。
<div align="center"> <img src="../pics//de9b9ea0-1327-4865-93e5-6f805c48bc9e.png"/> </div><br>
## 表示子类
用 IS-A 联系来表示子类,具体做法是用一个三角形和两条线来连接类和子类。与子类有关的属性和联系都连到子类上,而与父类和子类都有关的连到父类上。
<div align="center"> <img src="../pics//7ec9d619-fa60-4a2b-95aa-bf1a62aad408.jpg"/> </div><br>
# 十三、一些概念
## 数据模型
由数据结构、数据操作和完整性三个要素组成。
## 数据库系统
数据库系统包含所有与数据库相关的内容,包括数据库、数据库管理系统、应用程序以及数据库管理员和用户,还包括相关的硬件和软件。
# 十四、参考资料
- 史嘉权. 数据库系统概论[M]. 清华大学出版社有限公司, 2006.

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