数据库系统概述
数据库系统（Database System, DBS）是用于高效管理、存储和检索数据的软件系统。
数据库系统的组成包括：数据库、硬件、软件、人员。
三级模式-两级映像
内模式：管理如何存储物理的数据，对数据的存储方式、优化、存放等。
模式：又称为概念模式，就是我们通常使用的表这个级别，根据应用、需求将物理数据划分为一张张表。
外模式：对应数据库中的视图这个级别，将表进行一定的处理后再提供给用户使用，例如，将用户表中的用户名和密码组成视图提供给登录模块使用，而用户表中的其他列则不对该模块开放，增加了安全性。
数据库设计
ER模型
实体-关系模型用于概念设计，包含实体、属性和关系。
规范化理论
减少冗余，避免异常。常用范式：
- 第一范式（1NF）：属性不可再分。
- 第二范式（2NF）：满足1NF且非主属性完全依赖主键。
- 第三范式（3NF）：满足2NF且消除传递依赖。
SQL语言
数据定义语言（DDL）
创建或修改数据库结构，如CREATE TABLE、ALTER TABLE。
数据操作语言（DML）
增删改查数据，如INSERT、UPDATE、DELETE、SELECT。
数据控制语言（DCL）
权限管理，如GRANT、REVOKE。
事务管理
ACID特性
- 原子性（Atomicity）：事务全部执行或全部回滚。
- 一致性（Consistency）：事务前后数据状态合法。
- 隔离性（Isolation）：并发事务互不干扰。
- 持久性（Durability）：事务提交后数据永久保存。
隔离级别
- 读未提交（Read Uncommitted）
- 读已提交（Read Committed）
- 可重复读（Repeatable Read）
- 序列化（Serializable）
索引与优化
索引类型
- B树索引：平衡树结构，适合范围查询。
- 哈希索引：精确匹配高效，不支持范围查询。
- 全文索引：文本内容检索。
优化策略
- 避免全表扫描，合理设计索引。
- 使用EXPLAIN分析查询计划。
- 规范化与反规范化权衡。
分布式数据库
CAP理论
在一致性（Consistency）、可用性（Availability）、分区容错性（Partition Tolerance）中最多满足两项。
常见技术
- 分片（Sharding）：水平拆分数据。
- 复制（Replication）：数据多副本存储。
数据库安全
措施
- 权限控制：角色与用户分级授权。
- 数据加密：传输加密（SSL）与存储加密。
- 审计日志：记录关键操作。
新兴趋势
- 云数据库：如AWS RDS、Azure SQL Database。
- NewSQL：结合SQL与NoSQL优势，如Google Spanner。
- 时序数据库：专用于时间序列数据，如InfluxDB。