数据库原理与应用（MYSL）（第二版）

党的二十大报告强调“必须坚持科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力，深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略，开辟发展新领域新赛道，不断塑造发展新动能新优势”。数据库技术是目前计算机科学技术领域发展最快、应用最广泛的技术之一，体现了数据管理及信息处理的最高发展水平。数据库技术从诞生开始到现在一直倍受人们关注，在大数据技术蓬勃发展的今天，更需要理解和学习经典数据库理论，为日新月异的数据管理技术奠定扎实的理论基础。

本书是在第一版教材《数据库原理与应用（MySQL版）》的基础上进行修订的，教材自2019年2月出版至2024年1月共进行了15次印刷。为了满足教学需要和广大读者的需求，编者对第一版进行了修订。

本书以关系数据库为核心，重点介绍了数据库相关的基本概念、基本原理和实用的数据库设计技术，着力打通数据库技术从理论到DBMS应用再到实例开发的三个重要环节，帮助初学者建立扎实的理论基础，同时建立清晰的知识脉络，为后续的深入学习开辟良好的开端。希望本书能够使读者对数据库系统有一个全面、深入、系统的了解，为进一步从事数据库系统的研究、开发和应用奠定坚实的基础。

本书特点

（1） 针对高等学校教学大纲对本课程的要求，本书重点讲述数据库基本概念、基本原理和基本技术，同时充分考虑教学的需要，在内容选取、难易程度等因素上都有所考虑。根据教学实际情况，本书的内容适用于48~64学时教学。

（2） 本书选择轻量级开源数据库管理系统MySQL，详细地讲述了安装过程和具体的SQL语句，为读者提供一个练习SQL语句的DBMS环境。

（3） 为了帮助读者能够更加容易地将理论知识和DBMS中练习的SQL语句，应用到程序的开发过程中，本书给出开发实例，重点介绍数据库设计的各个步骤及相应内容，以及与应用程序建立连接的方法，真正实现“从原理到应用”。

（4） 本书力求反映当前数据库领域的新水平、新技术。在多种类型数据库技术基础上，增加了大数据存储及管理技术，帮助读者初步了解传统数据库到大数据技术的演变过程，同时体会大数据存储及管理技术的特殊之处。

此外，由于社会发展对数据库性能的要求越来越高，而数据库性能与数据库系统的数据组织、存储结构及存储管理密切相关，因此在新版教材中，增加了“数据组织与存储管理”一章，以关系数据库为主要对象，介绍其数据组织和存储结构两部分内容，同时为了帮助读者进一步理解大数据环境下的各种数据库系统在数据组织与管理方面和传统关系数据库系统之间的关系，针对大数据场景下的存储需求和存储结构进行了扩展。

配套资源

为便于教与学，本书配有源代码、教学课件、教学大纲、教学日历、习题答案、期末试卷及答案。

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读者对象

本书可作为高等学校计算机专业“数据库原理与应用”课程的教学用书、计算机相关专业的教学用书，也可作为从事计算机、管理科学工作的读者，以及科技人员和对数据库技术感兴趣的初学者等的学习用书或参考书。

本书由闫秋艳、孟凡荣主编，其中，孟凡荣编写第1章的部分内容和第10章，并负责全书的统稿，闫秋艳编写第5章和第7章，并协助全书的统稿，袁冠编写第4、8章和第9章，葛欣编写第3章，雷小锋编写第6章，徐慧编写第2章，王新编写第1章的部分内容。

本书标有*的章节为非重点章节，感兴趣的读者可自主学习。

由于编者水平有限，书中疏漏之处在所难免，殷切希望得到广大读者的批评指正。

编者2023年12月

本书主要论述了数据库相关基本概念、基础理论和设计方法，共计10章，内容包括数据库系统概述、关系数据库方法、关系数据库标准语言SQL、关系规范化理论、数据库设计、数据库保护、数据组织与存储管理、MySQL数据库操作、数据库应用实例和数据库新技术等。

本书既介绍了经典的数据库理论及设计方法，又展示了目前广泛应用的开源数据库管理系统MySQL的实际操作，同时还给出了两个侧重数据库设计过程的应用系统开发实例，打通了从理论到具体DBMS应用再到实例开发三个重要环节。本书为初学者打牢理论基础的同时，又梳理了数据库应用程序开发的重要环节，做到学以致用。

本书可作为高等学校计算机专业“数据库原理与应用”课程的教学用书、计算机相关专业的教学用书，也可作为从事计算机、管理科学工作的读者，以及科技人员和对数据库技术感兴趣的初学者等的学习用书或参考书。

第1章绪论

1.1数据库、数据库管理系统、数据库系统和数据库应用系统

1.1.1数据库

1.1.2数据库管理系统

1.1.3数据库系统

1.1.4数据库应用系统

1.2数据库系统的产生与发展

1.2.1数据、信息、数据管理与数据处理

1.2.2数据管理技术的产生与发展

1.2.3数据库系统的特点

1.3数据模型

1.3.1数据模型的几个重要问题

1.3.2实体联系数据模型

1.3.3常用(结构)数据模型

1.4数据库系统结构

1.4.1数据库系统的三级模式结构

1.4.2数据库的两级映像与数据独立性

1.4.3用户通过DBMS访问数据库的过程

1.5数据库管理系统

1.5.1数据库管理系统的主要功能

1.5.2数据库管理系统应该满足的要求

1.5.3数据库管理系统程序模块的组成

1.5.4数据库管理系统的层次结构

1.5.5常见的数据库管理系统

1.6数据库应用系统开发概述

1.6.1单用户架构

1.6.2集中式架构

1.6.3客户机/服务器架构

1.6.4浏览器/服务器架构

1.6.5分布式架构

1.6.6云原生架构

小结

习题1

第2章关系数据库

2.1关系模型

2.1.1关系数据结构

2.1.2关系操作

2.1.3关系完整性约束

2.2关系代数

2.2.1传统的集合运算

2.2.2专门的关系运算

2.2.3关系代数举例

*2.3关系演算

2.3.1元组关系演算

2.3.2域关系演算

2.4查询优化

2.4.1查询优化的必要性

2.4.2查询优化的策略和算法

2.4.3选择操作的两种常用算法

2.5关系系统

2.5.1关系系统定义

2.5.2关系系统分类

*2.5.3全关系系统的12条基本准则

小结

习题2

第3章关系数据库标准语言SQL

3.1SQL概述

3.1.1SQL的发展

3.1.2SQL的特点

3.1.3SQL体系结构

3.2SQL的定义功能

3.2.1基本表的定义

3.2.2基本表的修改和删除

3.2.3索引的建立与删除

3.3数据查询

3.3.1单表查询

3.3.2连接查询

3.3.3嵌套查询

3.4数据更新

3.4.1插入数据

3.4.2删除数据

3.4.3修改数据

3.5视图

3.5.1建立视图

3.5.2删除视图

3.5.3查询视图

3.5.4更新视图

3.6数据控制

3.6.1授权

3.6.2收回权限

小结

习题3

第4章关系规范化理论

4．1问题的提出

4．1．1一个泛关系模式的实例

4．1．2改造泛关系模式S_D_P

4．1．3存在问题的原因

4．1．4规范化理论的提出

4．2函数依赖和范式

4．2．1函数依赖的概念

4．2．2码的函数依赖定义

4．2．3范式

4．3数据依赖的公理系统

4．3．1函数依赖集的闭包

4．3．2函数依赖的推理规则

4．3．3属性集闭包与F逻辑蕴涵的充要条件

4．3．4Armstrong 公理的正确性和完备性

4．3．5函数依赖集的等价和最小函数依赖集

4．4关系模式的分解方法

4．4．1模式分解概述

4．4．2分解的无损连接性判定

4．4．3分解的函数依赖保持性判定

4．4．4关系模式的分解算法

小结

习题4

第5章数据库设计

5.1数据库设计概述

5.1.1数据库设计的定义和知识要求

5.1.2数据库设计的内容

5.1.3数据库设计方法

5.1.4数据库设计的基本步骤

5.2需求分析

5.2.1需求分析的任务

5.2.2需求分析的方法和过程

5.2.3需求分析常用工具

5.2.4需求分析实例

5.3概念结构设计

5.3.1概念结构设计的定义

5.3.2概念结构设计方法

5.3.3局部视图设计

5.3.4集成全局视图

5.4逻辑结构设计

5.4.1逻辑结构设计的任务和步骤

5.4.2ER图向关系模型的转换原则

5.4.3逻辑结构的优化

5.4.4设计用户外模式

5.5物理结构设计

5.5.1确定数据库的物理结构

5.5.2评价物理结构

5.6数据库实施

5.7数据库的运行和维护

5.8数据库设计实例

小结

习题5

第6章数据库保护

6.1事务

6.1.1事务的概念

6.1.2事务的特性

6.2数据库恢复

6.2.1数据库系统的故障

6.2.2数据库恢复的实现技术

6.3并发控制

6.3.1并发操作引发的问题

6.3.2调度及其可串行化

6.3.3事务的隔离性级别

6.3.4封锁技术

6.3.5死锁与活锁问题

6.3.6封锁的粒度

6.4数据库安全性

6.4.1用户标识与鉴别

6.4.2存取控制

6.4.3视图机制

6.4.4数据加密

6.4.5审计

6.5数据库完整性

6.5.1完整性约束条件的类型

6.5.2完整性控制机制的功能

6.5.3完整性约束的表达方式

小结

习题6

第7章数据组织与存储管理

7．1数据组织

7．1．1数据的逻辑组织方式

7．1．2记录的组织方式

7．2存储结构概述

7．3存储结构的共同特性

7．4B 树结构

7．4．1B 树的数据结构

7．4．2B 树的查找

7．4．3B 树的插入

7．4．4B 树的删除

7．5LSM树

7．5．1LSM树概述

7．5．2LSM树的结构

7．5．3LSM树的查询与更新

小结

习题7

第8章MySQL数据库操作

8．1MySQL简介

8．2MySQL的体系结构

8．3MySQL的查询语言

8．3．1表、列和数据类型

8．3．2函数

8．3．3SQL语句

8．4MySQL数据库的安装

8.5MySQL数据库的基本操作

8.5.1数据库操作

8.5.2数据库表的操作

8.5.3数据库视图操作

8.5.4数据操作语言

8.6常用开发平台与MySQL数据的连接

8.7MySQL数据库的备份与恢复

8.8MySQL数据库的安全

小结

习题8

第9章数据库应用实例

9.1引言

9.2楼盘销售系统

9.2.1开发背景

9.2.2需求分析

9.2.3系统设计

9.2.4系统实现

9.3煤矿采掘衔接计划管理系统

9.3.1需求概要

9.3.2数据流图

9.3.3系统设计

9.3.4系统实现

小结

习题9

第10章数据库新技术

10.1XML数据库

10.1.1XML技术

10.1.2XML数据库的定义及特点

10.1.3XML数据库分类

10.1.4XML数据库管理系统

10.2分布式数据库系统

10.2.1分布式数据库及其分类

10.2.2分布式数据库的特点

10.2.3分布式数据库的分级结构

10.2.4分布式数据库的数据分布

10.3其他数据库

10.3.1云数据库

10.3.2空间数据库

10.3.3统计与科学数据库

10.3.4实时数据库

10.3.5内存数据库

10.4大数据管理技术

10.4.1什么是大数据

10.4.2大数据的特点

10.4.3传统关系数据库面临的问题

10.4.4NoSQL数据库

10.4.5NewSQL数据库

10.5数据仓库

10.5.1什么是数据仓库

10.5.2数据仓库的体系结构

10.5.3数据仓库的作用

小结

习题10

参考文献

本书主要论述了数据库相关基本概念、基础理论和设计方法，共计10章，内容包括数据库系统概述、关系数据库方法、关系数据库标准语言SQL、关系规范化理论、数据库设计、数据库保护、数据组织与存储管理、MySQL数据库操作、数据库应用实例和数据库新技术等。

本书既介绍了经典的数据库理论及设计方法，又展示了目前广泛应用的开源数据库管理系统MySQL的实际操作，同时还给出了两个侧重数据库设计过程的应用系统开发实例，打通了从理论到具体DBMS应用再到实例开发三个重要环节。本书为初学者打牢理论基础的同时，又梳理了数据库应用程序开发的重要环节，做到学以致用。

本书可作为高等学校计算机专业“数据库原理与应用”课程的教学用书、计算机相关专业的教学用书，也可作为从事计算机、管理科学工作的读者，以及科技人员和对数据库技术感兴趣的初学者等的学习用书或参考书。

第1章绪论

1.1数据库、数据库管理系统、数据库系统和数据库应用系统

1.1.1数据库

1.1.2数据库管理系统

1.1.3数据库系统

1.1.4数据库应用系统

1.2数据库系统的产生与发展

1.2.1数据、信息、数据管理与数据处理

1.2.2数据管理技术的产生与发展

1.2.3数据库系统的特点

1.3数据模型

1.3.1数据模型的几个重要问题

1.3.2实体联系数据模型

1.3.3常用(结构)数据模型

1.4数据库系统结构

1.4.1数据库系统的三级模式结构

1.4.2数据库的两级映像与数据独立性

1.4.3用户通过DBMS访问数据库的过程

1.5数据库管理系统

1.5.1数据库管理系统的主要功能

1.5.2数据库管理系统应该满足的要求

1.5.3数据库管理系统程序模块的组成

1.5.4数据库管理系统的层次结构

1.5.5常见的数据库管理系统

1.6数据库应用系统开发概述

1.6.1单用户架构

1.6.2集中式架构

1.6.3客户机/服务器架构

1.6.4浏览器/服务器架构

1.6.5分布式架构

1.6.6云原生架构

小结

习题1

第2章关系数据库

2.1关系模型

2.1.1关系数据结构

2.1.2关系操作

2.1.3关系完整性约束

2.2关系代数

2.2.1传统的集合运算

2.2.2专门的关系运算

2.2.3关系代数举例

*2.3关系演算

2.3.1元组关系演算

2.3.2域关系演算

2.4查询优化

2.4.1查询优化的必要性

2.4.2查询优化的策略和算法

2.4.3选择操作的两种常用算法

2.5关系系统

2.5.1关系系统定义

2.5.2关系系统分类

*2.5.3全关系系统的12条基本准则

小结

习题2

第3章关系数据库标准语言SQL

3.1SQL概述

3.1.1SQL的发展

3.1.2SQL的特点

3.1.3SQL体系结构

3.2SQL的定义功能

3.2.1基本表的定义

3.2.2基本表的修改和删除

3.2.3索引的建立与删除

3.3数据查询

3.3.1单表查询

3.3.2连接查询

3.3.3嵌套查询

3.4数据更新

3.4.1插入数据

3.4.2删除数据

3.4.3修改数据

3.5视图

3.5.1建立视图

3.5.2删除视图

3.5.3查询视图

3.5.4更新视图

3.6数据控制

3.6.1授权

3.6.2收回权限

小结

习题3

第4章关系规范化理论

4．1问题的提出

4．1．1一个泛关系模式的实例

4．1．2改造泛关系模式S_D_P

4．1．3存在问题的原因

4．1．4规范化理论的提出

4．2函数依赖和范式

4．2．1函数依赖的概念

4．2．2码的函数依赖定义

4．2．3范式

4．3数据依赖的公理系统

4．3．1函数依赖集的闭包

4．3．2函数依赖的推理规则

4．3．3属性集闭包与F逻辑蕴涵的充要条件

4．3．4Armstrong 公理的正确性和完备性