数据库基础教程

前    言
本书是江苏省精品教材立项建设项目、“十二五”和 “十三五”江苏省高等学校重点教材建设项目的成果。本书保持第2版的基本风格，面向应用型教学需求，定位于专业基础、实用数据库教材，重点突出基础性和应用性。本书以基于数据库的应用能力培养为主要目标，兼顾DBA基本能力培养的要求和数据库前沿进展来组织内容，按照“理论、实践、再理论、再实践”的思想关联知识，以一个贯穿全书的商品订购管理系统示例为主线，将数据库基本原理技术和应用三者有机结合，并利用丰富的案例进行生动、具体的阐述。同时，本书在修订中注重与时俱进，进一步提升可用性和先进性，主要调整如下。
（1）加强数据库基础概念，包括深化基础概念；增加关系演算，以启发对关系查询和SQL执行原理的深入理解；深化关系数据理论，增加关系模式分解的算法等。
（2）加强SQL语言的设计应用，增加物化视图、SQL安全性等方面的内容。
（3）加强数据库设计方法与过程的阐述，包括扩展数据库设计方法，增加UML和数据库建模工具的内容。
（4）对数据库应用开发基础知识和开发平台示例进行合并优化、重组，强化对具有复杂工程特性问题的解决能力；增加Python数据库访问的内容；增加自主可控国产数据库系统的内容。
（5）针对数据模型和数据库技术的进展，扩展XML和NoSQL内容；增加NewSQL和大数据管理的内容，为进一步研究与开发提供基础。
（6）强化实验和习题。增加数据库安全性实验，增加研究性习题、优化课程设计指导。
（7）在讲解每章内容前，增加了“学习目标”版块，可进一步明确本章的学习要求。
（8）更新SQL Server数据库和开发工具的版本，保持技术的先进性。
（9）优化“商品订购”主线示例，增加更贴近学生认知的属性，使之更符合信息化社会发展的要求，并更新了全部示例。
全书共8章，各章主要内容如下。
第1章概括介绍数据管理技术的发展，数据库系统的构成及数据库系统的基本概念和术语。通过一个主线示例数据库的访问过程，讲解数据库系统的构成和处理过程，使读者对数据库系统有一个直观的认识。
第2章系统地阐述了关系数据模型的3个方面，即关系数据结构、关系操作和数据完整性。主要讲解了关系数据模型有关的定义、概念和性质，关系代数和三类关系完整性约束。
第3章以丰富的示例生动、具体地讲解SQL的数据定义、数据查询和数据更新操作三部分，这些内容是数据库应用的重要基础。
第4章介绍数据库设计过程的6个阶段，即需求分析、概念结构设计、逻辑结构设计、物理结构设计、数据库实施和数据库运行与维护，阐述了各阶段的目标、方法和注意事项。
第5章阐述关系数据理论，在函数依赖和多值依赖范畴内讨论了关系模式的规范化，介绍1NF～4NF范式概念和判定条件、Armstrong公理系统，并讨论了关系模式分解的无损连接性和依赖保持这两个衡量指标，以及模式分解算法。
第6章介绍数据库应用系统的开发过程、应用系统的体系结构、常用的关系数据库系统，以及常用的应用开发工具，讨论过程化SQL程序设计、存储过程和触发器、数据库访问接口等数据库应用开发关键技术；详细介绍C#和Java两种开发平台的数据库应用开发技术，并以商品订购管理系统为例，给出系统的需求分析、系统设计和实现技术。
第7章讨论数据库管理系统的数据库安全、数据库的完整性、并发控制和数据库恢复，并对SQL Server的数据库保护4个方面的机制进行讨论。
第8章总结近年来数据库领域发展的特点，对数据库领域的发展方向进行了综述，并对数据仓库与数据挖掘、XML数据管理、NoSQL、NewSQL和大数据管理等研究热点进行简要介绍。
附录A提供实验指导，结合SQL Server 2019，以数据库基本操作、SQL应用、数据库应用开发为主要实验内容安排实践教学。通过精心设计的12个实验，与理论教学紧密配合，训练学生的数据库应用和设计能力。附录B是课程设计指导，阐述课程设计的目的、任务、选题、步骤、考核方式与成绩评定等内容。附录C是T-SQL常用语句与内置函数。
本书内容全面、案例丰富、通俗易懂。在写作中力求概念严谨、阐述准确；主次分明、重点突出；内容深入浅出，强调可读性。本书既可作为计算机科学与技术、软件工程、网络工程、信息管理与信息系统及相关专业的教材，也可作为从事信息系统开发的专业人员的参考书和社会培训教材。
本书提供配套电子课件、习题参考解答、示例源程序，任课老师可在华信教育资源网站（http://www.hxedu.com.cn）注册后免费下载，同时为更好地方便老师教学，已将书内关键知识点录制了操作视频，读者通过扫描二维码，可随时查看相关操作视频。本课程推荐参考学时为48学时，如书中表所示，任课老师也可根据具体情况做出调整。
本次修订由顾韵华、马瑞、郑关胜、潘锦基老师完成，李含光老师参加了第1、2版的编写工作。本书的出版得到了电子工业出版社和南京信息工程大学教材建设基金资助项目的大力支持，在此表示由衷的感谢！
由于编者水平有限，书中难免存在疏漏之处，敬请读者批评指正。

编  者

本书是江苏省精品教材立项建设项目、“十二五”和“十三五”江苏省高等学校重点教材建设项目成果，以基于数据库的应用能力培养为主要目标，面向应用型教学需求，重点突出基础性和应用性，兼顾数据库技术的*进展。按照“理论、实践、再理论、再实践”的思想关联知识，以一个贯穿全书的商品订购管理系统示例为主线，将数据库基本原理、技术和应用三者有机结合。全书共8章，内容包括数据库概览、关系数据模型、关系数据库语言SQL、数据库设计、关系规范化理论、数据库应用开发、数据库保护和数据库新进展。附录A和附录B分别是实验指导和课程设计指导。附录C是T-SQL常用语句与内置函数。本书免费提供配套电子课件、习题参考解答、示例源程序和视频资源。本书既可作为计算机科学与技术、软件工程、网络工程、信息管理与信息系统及相关专业的教材，也可作为从事信息系统开发的专业人员的参考书和社会培训教材。

顾韵华，南京信息工程大学教授，教务处现代教育中心、计算机基础教学实验中心主任。任中国计算机学会高级会员、江苏省计算机学会计算机安全专委会常务委员、江苏省计算机学会教育专委会委员、江苏省计算机学会网络与分布式专委会委员、江苏省高等学校教育技术研究会理事会理事、信息化教学技术专业委员会委员。承担项目5项、省部级项目8项，发表论文70余篇。获得江苏省高等教育成果二等奖2项、江苏省科技进步奖三等奖1项、南京市科技进步奖三等奖1项、江苏省高校教学管理研究会教学研究工作委员会优秀教学论文奖1项、江苏省高等学校精品教材奖2项、江苏省教育科技系统"五一巾帼标兵”。指导学生获得奖项10余项、省级奖项近30项。出版教材多部。

第1章 数据库概览—示例、概念与认识 1 
1.1 数据管理技术的发展 1 
1.1.1 数据、数据处理和数据管理 1 
1.1.2 人工管理阶段 2 
1.1.3 文件系统阶段 2 
1.1.4 数据库系统阶段 3 
1.2 理解数据库系统 6 
1.2.1 示例—商品订购管理系统 6 
1.2.2 数据库系统的概念 8 
1.2.3　数据库系统的组成 8 
1.3 数据库系统的体系结构 9 
1.3.1 数据库系统的三级模式结构 9 
1.3.2 数据库系统的二级映像 10 
1.3.3 数据库管理系统 11 
1.4 数据模型 12 
1.4.1 数据模型的概念 12 
1.4.2 概念数据模型 13 
1.4.3 逻辑数据模型 14 
本章小结 16 
习题1 16 
第2章 关系数据模型—关系数据库基础 17 
2.1 关系数据结构 17 
2.1.1 二维表与关系数据结构 17 
2.1.2 关系数据结构的形式化定义 19 
2.1.3 关系的性质 21 
2.1.4 关系模式 21 
2.1.5 关系数据库 21 
2.1.6 码 23 
2.2 关系操作 24 
2.2.1 基本关系操作 24 
2.2.2 关系数据语言分类 24 
2.2.3 关系代数 24 
*2.2.4 关系演算 30 
2.3 数据完整性 31 
2.3.1 实体完整性 32 
2.3.2 参照完整性 32 
2.3.3 用户定义完整性 32 
本章小结 33 
习题2 33 
第3章 关系数据库语言SQL—数据库应用基础 34 
3.1 SQL概述 34 
3.1.1 SQL的特点 35 
3.1.2 SQL的基本概念 35 
3.1.3 SQL的组成 36 
3.1.4 SQL语句的分类 37 
3.2 SQL的数据类型 37 
3.3 数据定义 39 
3.3.1 模式定义 39 
3.3.2 基本表定义 40 
3.3.3 索引定义 43 
3.4 数据查询 45 
3.4.1 SELECT语句结构 45 
3.4.2 单表查询 45 
3.4.3 连接查询 53 
3.4.4 嵌套查询 57 
3.4.5 集合查询 63 
3.5 数据更新 64 
3.5.1 数据插入 64 
3.5.2 数据修改 65 
3.5.3 数据删除 65 
3.5.4 更新操作与数据完整性 66 
3.6 视图 66 
3.6.1 视图的概念 66 
3.6.2 视图定义 67 
3.6.3 视图查询 68 
3.6.4 视图更新 70 
*3.6.5 物化视图 71 
本章小结 71 
习题3 72 
第4章 数据库设计—数据库应用系统开发总论 73 
4.1 数据库设计的概述 73 
4.1.1 数据库设计的含义 73 
4.1.2 数据库设计的特点 74 
4.1.3 数据库设计的6个阶段 75 
4.2 需求分析 76 
4.2.1 需求分析的步骤 77 
4.2.2 需求分析的描述 77 
4.3 概念结构设计 82 
4.3.1 概念结构设计的方法 82 
4.3.2 ER设计方法 83 
*4.3.3 基本E-R模型的扩充 86 
*4.3.4 扩展E-R模型 89 
*4.3.5 用UML构建数据库概念模型 90 
4.4 逻辑结构设计 91 
4.4.1 E-R模型转换为关系数据模型 92 
4.4.2 数据模式的优化 95 
4.4.3 设计用户外模式 95 
*4.4.4 常用数据库建模工具 96 
4.5 物理结构设计 97 
4.5.1 确定数据库的物理结构 97 
4.5.2 性能评价 98 
4.6 数据库实施 98 
4.6.1 数据库结构定义及数据载入 98 
4.6.2 应用程序编写与调试 99 
4.6.3 数据库试运行 99 
4.7 数据库运行与维护 100 
4.7.1 数据库的转储和恢复 100 
4.7.2 数据库安全性、完整性的控制 100 
4.7.3 数据库性能监督、分析和改进 100 
4.7.4 数据库的重定义、重构和重组 100 
本章小结 101 
习题4 101 
第5章 关系规范化理论—关系数据库设计理论基础 103 
5.1 数据冗余与操作异常问题 103 
5.1.1 数据冗余与操作异常 104 
5.1.2 问题原因分析 104 
5.2 函数依赖 105 
5.2.1 函数依赖的基本概念 105 
5.2.2 函数依赖的分类 105 
5.2.3 函数依赖与数据冗余 106 
5.3 范式 106 
5.3.1 关系模式和码 107 
5.3.2 基于函数依赖的范式 107 
*5.3.3 多值依赖与4NF 111 
5.4 数据依赖公理系统 113 
5.4.1 逻辑蕴涵 113 
5.4.2 Armstrong公理系统 113 
5.4.3 函数依赖集的闭包 113 
5.4.4 小依赖集 115 
5.5 模式分解 116 
5.5.1 无损连接性 116 
5.5.2 函数依赖保持 119 
*5.5.3 模式分解算法 120 
本章小结 122 
习题5 122 
第6章 数据库应用开发—过程、编程与实例 124 
6.1 数据库应用开发概述 124 
6.1.1 数据库应用开发过程 124 
6.1.2 数据库应用系统的体系结构 126 
6.1.3 常用的关系数据库系统 128 
6.1.4 常用数据库应用开发工具 130 
6.2 数据库编程基础 131 
6.2.1 在应用系统中使用SQL 131 
6.2.2 过程化SQL 132 
6.2.3 T-SQL程序设计基础 132 
6.2.4 函数 136 
6.2.5 游标 139 
*6.2.6 SQL语句优化和安 全性 140 
6.3 存储过程和触发器 141 
6.3.1 存储过程 141 
6.3.2 触发器 145 
6.4 数据库访问接口 148 
6.4.1 开放数据库连接 149 
6.4.2 ADO.NET 154 
6.4.3 JDBC 156 
6.5 C#数据库应用开发 157 
6.5.1 C#程序设计概述 157 
6.5.2 ADO.NET数据库应用技术 163 
6.5.3 C#数据库应用系统开发案例—商品订购管理系统 172 
6.6 Java数据库应用开发 184 
6.6.1 JDBC API 184 
6.6.2 JDBC数据库访问流程 185 
6.6.3 结果集 191 
6.6.4 JDBC数据库编程 192 
6.6.5 Java数据库应用系统开发案例—商品订购管理系统 203 
*6.7 Python数据库访问 211 
本章小结 213 
习题6 213 
第7章 数据库保护—数据库管理基础 215 
7.1 数据库保护的概述 215 
7.2 数据库安全 216 
7.2.1 数据库安全保护范围 216 
7.2.2 数据库安全性目标 217 
7.2.3 数据库安全控制 217 
7.2.4 SQL Server的安全机制 220 
7.3 数据库的完整性 225 
7.3.1 数据完整性概念 225 
7.3.2 数据完整性控制 226 
7.3.3 SQL Server的完整性机制 227 
7.4 并发控制 232 
7.4.1 事务 232 
7.4.2 事务的并发执行 233 
7.4.3 并发调度的可串行化 234 
7.4.4 封锁 235 
7.4.5 活锁与死锁 237 
7.4.6 SQL Server的事务处理和锁机制 237 
7.5 数据库恢复 242 
7.5.1 故障种类 242 
7.5.2 数据库恢复技术 243 
7.5.3 SQL Server的恢复技术 245 
本章小结 247 
习题7 248 
第8章 数据库新进展—领域知识 拓展 249 
8.1 数据库技术的研究与发展 249 
8.1.1 数据库技术的发展 249 
8.1.2 数据库发展的特点 250 
8.1.3 数据库技术的研究方向 252 
8.2 数据仓库与数据挖掘 254 
8.2.1 数据仓库 255 
8.2.2 数据挖掘 256 
8.2.3 数据仓库和数据挖掘 258 
8.3 XML数据管理 258 
8.3.1 XML概述 259 
8.3.2 XML数据模型 259 
8.3.3 XML数据查询 261 
8.3.4 XML数据库 262 
8.3.5 SQL Server中XML数据处理 262 
8.4 移动数据库 264 
8.4.1 移动数据库概念 265 
8.4.2 移动数据库的特点 265 
8.4.3 移动数据库的关键技术 266 
8.5 NoSQL数据库和NewSQL 数据库 267 
8.5.1 NoSQL数据库的概念 267 
8.5.2 CAP理论 267 
8.5.3 BASE原则 268 
8.5.4 NoSQL数据库的架构 268 
*8.5.5 NoSQL数据库的分类 269 
8.5.6 NewSQL数据库 270 
*8.5.7 数据库云平台 271 
*8.6 大数据 271 
8.6.1 大数据概念 271 
8.6.2 大数据处理 272 
8.6.3 大数据管理面临的挑战 274 
本章小结 276 
习题8 276 
附录A 实验指导 277 
附录B 课程设计指导 306 
附录C T-SQL常用语句与内置函数 312 
参考文献 317

本书是江苏省精品教材立项建设项目、“十二五”和“十三五”江苏省高等学校重点教材建设项目成果，以基于数据库的应用能力培养为主要目标，面向应用型教学需求，重点突出基础性和应用性，兼顾数据库技术的*进展。按照“理论、实践、再理论、再实践”的思想关联知识，以一个贯穿全书的商品订购管理系统示例为主线，将数据库基本原理、技术和应用三者有机结合。全书共8章，内容包括数据库概览、关系数据模型、关系数据库语言SQL、数据库设计、关系规范化理论、数据库应用开发、数据库保护和数据库新进展。附录A和附录B分别是实验指导和课程设计指导。附录C是T-SQL常用语句与内置函数。本书免费提供配套电子课件、习题参考解答、示例源程序和视频资源。本书既可作为计算机科学与技术、软件工程、网络工程、信息管理与信息系统及相关专业的教材，也可作为从事信息系统开发的专业人员的参考书和社会培训教材。

顾韵华，南京信息工程大学教授，教务处现代教育中心、计算机基础教学实验中心主任。任中国计算机学会高级会员、江苏省计算机学会计算机安全专委会常务委员、江苏省计算机学会教育专委会委员、江苏省计算机学会网络与分布式专委会委员、江苏省高等学校教育技术研究会理事会理事、信息化教学技术专业委员会委员。承担项目5项、省部级项目8项，发表论文70余篇。获得江苏省高等教育成果二等奖2项、江苏省科技进步奖三等奖1项、南京市科技进步奖三等奖1项、江苏省高校教学管理研究会教学研究工作委员会优秀教学论文奖1项、江苏省高等学校精品教材奖2项、江苏省教育科技系统"五一巾帼标兵”。指导学生获得奖项10余项、省级奖项近30项。出版教材多部。