[系统架构设计师]数据库设计基础知识（六）
一.数据库基础概念
1.数据库管理系统（DBMS)
分类：关系数据库系统（RDBS)，面向对象的数据库系统（OODBS)，对象关系数据库系统（ORDBS）
数据库系统体系结构：
两级映像：概念模式/内模式映像，外模式/概念模式映像 保证较高逻辑独立性和物理独立性
数据库三级模式：
数据库两级映像：
2.关系数据库
1.集合运算符和专门的关系运算符的含义及解释
2.外连接运算符
3.关系数据库设计基本理论
函数依赖，非平凡函数依赖，平凡的函数依赖，完全函数依赖，部分函数依赖，传递依赖，函数依赖的公理系统
4.推理规则
A1自反律，A2增广律，A3传递律
合并规则，伪传递规则，分解规则
5.关系数据库的规范化
第一范式（1NF)
第二范式（2NF）
第三范式（3NF）
BC范式（BCNF）
6.事务
原子性，一致性，隔离性，持久性
7.备份
静态备份，动态备份，海量备份，增量备份
二.数据库设计
1.设计基本步骤
用户需求分析，概念结构设计，逻辑结构设计，物理结构设计，应用程序设计，运行维护
传统数据库与数据仓库比较：
OLTP与OLAP区别：
三.应用程序与数据库的交互
交互方式：库函数，嵌入式SQL，通用数据接口标准，对象关系映射
通用数据接口标准：数据库访问对象（DAO），远程数据库对象（RDO），ActiveX对象（ADO），Java数据库连接（JDBC）
1.NoSQL数据库
列式存储数据库，键值对存储数据库，文档型数据库，图数据库
特征：易扩展，大数据量，高性能，灵活的数据模型，高可用
框架：数据持久层，数据分布层，数据逻辑模型层，接口层
2.分布式数据库
体系结构：全局试图，全局概念模式，分片模式，分配模式，局部概念模式，局部内模式
分布式数据库体系结构：
分布式数据库特点：共享性，自治性，可用性，分不性
分布式透明性：分片透明性，位置透明性，局部数据模型透明性
3.数据库优化技术
集中式数据库性能优化：增加冗余列，增加派生列，重新组表，水平分割表，垂直分割表
4.分布式数据库优化技术
分布式数据库性能优化：主从复制，读写分离，分表，分库
MySQL主从复制过程：
分表的方式：
5.分布式缓存技术Redis
1.数据类型: string类型，hash类型，set类型，list类型，zset类型，pub/sub类型
2.访问方式：读数据，写数据
3.过期策略：定期删除，惰性删除
4.淘汰机制：volatile-lru（最近最少使用），volatile-lfu（最不经常使用)，volatile-random（随机淘汰算法），volatile-ttl（生存时间淘汰），allkeys-lru（所有key中选择最近最少使用的进行淘汰），allkeys-lfu（所有key中选择最不经常使用的进行淘汰），allkeys-random（所有key中随机选择key进行淘汰）
5.redis持久化方式：
6.缓存穿透：大量key在Redis里不存在，导致直接访问数据库，数据库压力增大
7.缓存穿透可能原因：恶意攻击，大量请求访问数据库里有但Redis没有的key
8.恶意攻击解决方案：
（1）针对比较少的请求资源ip。主动限制访问次数，或者拉入黑名单
（2）应用程序来检查key的合法性，提前拒绝不合法的请求
（3）使用布隆过滤器
9.Redis没有key解决方案：
（1）预热Redis，运行一个批处理脚本，将可能会大量访问的数据预先加载到Redis，业务再"开张"
（2）在最前端进行流量控制，逐步把请求释放出来。给出一段时间，让Redis逐步加载热数据
（3）如果是在数据库里也没有的key，也需要在Redis中设置key，使其值为null或空
10.缓存雪崩：大量请求访问缓存中的key，这些key是存在的，但同时到了过期时间，从而导致请求直接访问数据库，数据库压力增大。
11.缓存雪崩原因：Redis故障，大量的key采用了相同的过期时间，
12.Redis故障解决方案：
（1）使用主从复制提高可用性，使用cluster集群方案降低故障时影响范围
（2）如果出现故障，则可以采用服务降级，熔断，限流等措施
13.采用相同过期时间解决方案：
（1）过期时间加上一个随机值 ，使得众多key均匀过期
14.缓存击穿：少量热点的key缓存时间失效了，使得请求直接访问数据库
可能原因：热点的key设置了太短的过期时间
解决方案：（1）将key设置较长的过期时间。对于非常重要的key，则设置永久有效。但需要解决好与数据库中的key一致性问题（2）使用分布式锁。如果热点key失效了，要控制好访问后端数据库的流量。只允许一个请求访问数据库，取出最新的key，存放到Redis，其他请求则必须等待。
15.Redsi集群：主从复制集群，哨兵集群，Cl’uster集群方式
将key设置较长的过期时间。对于非常重要的key，则设置永久有效。但需要解决好与数据库中的key一致性问题（2）使用分布式锁。如果热点key失效了，要控制好访问后端数据库的流量。只允许一个请求访问数据库，取出最新的key，存放到Redis，其他请求则必须等待。
15.Redsi集群：主从复制集群，哨兵集群，Cl’uster集群方式
集群切片方式：客户端分片，代理分片，服务端分片