【文章內(nèi)容簡介】 根據(jù)事務(wù)執(zhí)行前保存下的當(dāng)時數(shù)據(jù)庫狀態(tài)來實現(xiàn)的。一遇到 rollback 語句，就將數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)恢復(fù)到原來的狀態(tài)，相當(dāng)于撤消事務(wù)中已執(zhí)行了的 SQL語句。 14 四、數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)不同于一般文件系統(tǒng)的存儲結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的特點是各種記錄型之間彼此有聯(lián)系，數(shù)據(jù)是結(jié)構(gòu)化的。數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)不僅涉及每種記錄型的記錄如何存儲，而且要使數(shù)據(jù)的存儲反映各種記錄型之間的聯(lián)系。在 DB多級模式中引入內(nèi)模式 (存儲模式 )的主要目的是使模式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的描述同它的存儲表示的描述分 開，以致 DBA為了協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)庫性能而對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的存儲方法進(jìn)行修改時，可不必修改模式，以提高數(shù)據(jù)庫的物理獨立性。在各個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中，對內(nèi)模式的定義功能各不相同。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)中有些DDL 語句可影響數(shù)據(jù)庫的存儲結(jié)構(gòu)。在 DBMS 中各級模式的存儲結(jié)構(gòu)是恒定的或唯一的，而數(shù)據(jù)庫內(nèi)容 (或其記錄 )的存儲方式是不唯一的。數(shù)據(jù)庫存儲結(jié)構(gòu)設(shè)計的好壞直接影響系統(tǒng)的性能。在存儲結(jié)構(gòu)中主要是涉及存儲記錄的設(shè)計。存儲記錄與概念記錄之間具有對應(yīng)關(guān)系，如果存儲記錄與概念記錄之間具有一一對應(yīng)關(guān)系，在這種情況下存儲記錄的設(shè)計就比較簡單，不需要進(jìn)一步討論。概念記錄是指在邏輯結(jié)構(gòu)中的記錄。但當(dāng)一個概念記錄對應(yīng)多個不同類型的存儲記錄時，存在如何設(shè)計存儲記錄的問題。對于這樣的概念記錄，其存儲記錄可以有以下幾種設(shè)計 : 將存儲記錄設(shè)計成與概念記錄一一對應(yīng)，按 SNO大小 (或按記錄到來 )的順序?qū)⒂涗浗M成一個順序組織的文件。這樣組織的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，缺點是會浪費存儲空間。 順序帶鏈組織允許記錄中帶有指針 (Pointer)，這樣可以大大節(jié)省存儲空間。 為了適應(yīng)對多項內(nèi) 容的檢索，可以建立索引文件，上述組織可改為帶次關(guān)鍵字索引的順序組織。 在次關(guān)鍵字索引中，由于一個次關(guān)鍵字值對應(yīng)于多個記錄值，它們的個數(shù)是不固定的，所以對應(yīng)的指針數(shù)目是可變的。這種可變性給管理帶來困難，為了解決這個困難，引入了多 15 表組織。多表組織的實現(xiàn)思想比較簡單，在索引中多個指針分散存放在每個記錄值中，索引項中的指針指向第一個記錄，在第一個記錄中的指針指向第二個記錄等等。 ，對主關(guān)鍵字以外的數(shù)據(jù)項都建立索引，這樣的組織稱之為完全倒排組織。 定址組織對于每一個存儲記錄值存放在數(shù)據(jù)庫的什么地方，可通過對該記錄的主關(guān)鍵字值的雜湊函數(shù)計算得出。這種組織為 Hash定址組織。雜湊函數(shù)種類很多，如質(zhì)數(shù)除余法、基數(shù)轉(zhuǎn)換法、平方取中法、折疊法、位移法及各位數(shù)字分析法等等。關(guān)鍵是如何選擇一個雜湊函數(shù)，盡可能避免發(fā)生碰撞。對于不同的主關(guān)鍵字值通過計算而得到同一個地址的映象，稱之為碰撞。 在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，通過外來關(guān)鍵字 (Foreign Key)來表示概念記錄之間的聯(lián)系。例如，為了表達(dá)學(xué)生和學(xué)校的聯(lián)系，可以在學(xué)生記錄中增加外來關(guān)鍵字 “ 學(xué)校號 ” 來表示聯(lián)系。 五、關(guān)系數(shù)據(jù)庫 表格 (或簡稱表 )表示了用戶的特定類型 (Type)的一些實體。表頭由一些屬性名(Attribute Name)組成，每個屬性名對應(yīng)于一列。在表上屬性名必須唯一，不允許重名。表體是由一些行或元組 (tuple)、或記錄 (record)組成。一個元組對應(yīng)于傳統(tǒng)的文件結(jié)構(gòu)中的一個記錄，一個記錄含有若干個域 (field)用以存儲屬性值 (Attribute value)。一個元組對應(yīng)于一個 “ 用戶 ” 實體的出現(xiàn) (occurrence)。表體中每一行和某一列的交叉點 (相當(dāng)于記錄中 的域 )上保存一個屬性值。這個屬性值叫做這一行 (或這個實體出現(xiàn) )的相應(yīng)屬性值。表體中每一列可以保存的值對應(yīng)于某種屬性類型 (Type of Attribute)，也就是說，這一列的屬性值只能取這個屬性類型的值。某個屬性所能取的所有值的集合叫做這個屬性的值域(Domain of Attribute)。類型和值域的對應(yīng)關(guān)系是一對多的。一個類型有一個值域，但一個值域可以作為多個類型，基名稱不同，但實質(zhì)上值域一樣。實際上，類型是對值域的命名。能唯一標(biāo)識一個元組的屬性稱之為關(guān)鍵屬性 (Primary Key Attribute)或簡稱為主關(guān)鍵字 16 (Primary Key)。主關(guān)鍵字有時是由多個屬性組成的，此時的主關(guān)鍵字叫做組合關(guān)鍵字(Conˉcatenated primary Key) 。有的時候，表中必須由一些組合的主關(guān)鍵字才能唯一地標(biāo)識一個元組，也就是說，不存在能作關(guān)鍵字的一個屬性。這時為了方便，往往引入一個附加的屬性并稱之為外來關(guān)鍵字 (Foreigh Key)來作主關(guān)鍵字。外來關(guān)鍵字為以后檢索和查詢帶來了方便，但也增加了信息冗余。 、表頭和表體 表名、表頭和表體在關(guān)系模型中具有不同的作用或功能，因而也具有完 全不同的性質(zhì)。表頭是一個屬性的集合，它規(guī)定了表的結(jié)構(gòu)。表體是一個特殊的集體，稱作為關(guān)系(relation)。 “ 關(guān)系模型 ” 中的 “ 關(guān)系 ” 一詞就是指表體中的這個數(shù)學(xué)關(guān)系。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，表名對應(yīng)于數(shù)據(jù)庫名 (或關(guān)系名 )，表頭對應(yīng)于數(shù)據(jù)描述 (或結(jié)構(gòu)描述 )，表體對應(yīng)于數(shù)據(jù)庫。表體是數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容及數(shù)據(jù)庫操作的對象。另外，有兩個概念必須加以強調(diào) :型 (type)和值或出現(xiàn) (occurence)。表頭定義了實體 (或元組 )的型，也就是說規(guī)定了實體 (或元組 )的值域。而表體則給出了實體 (或元組 )的出現(xiàn)。出現(xiàn)是型中的一個值。 關(guān)系模型是建立在集合論 (Set Theory)的基礎(chǔ)之上的。現(xiàn)在，開始用集合論的術(shù)語來嚴(yán)格地定義數(shù)學(xué)上的關(guān)系，即給出關(guān)系的數(shù)學(xué)定義。定義 1 域 (Domain)是值 (value)的集合。 關(guān)系模型由三部分組成 :數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) (即關(guān)系 )、關(guān)系操作、關(guān)系的完整性。下面將對這三個部分進(jìn)行分別的討論。 (1)單一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ——— 關(guān)系 在關(guān)系模型中，無論是實體還是實體之間的聯(lián)系均由單一的類型結(jié)構(gòu) — 關(guān)系來表示。在前面，已給出了關(guān)系和域的數(shù)學(xué)定義，介紹了 n元關(guān)系、元組和屬性等概念。下面介紹 關(guān)鍵字、關(guān)系模式和關(guān)系數(shù)據(jù)庫等一些基本概念。關(guān)鍵字 關(guān)系中的某一組屬性，若其值可以唯一地標(biāo)識一個元組，則稱該屬性組為一個候選關(guān)鍵字 (Candidate Key)。若一個關(guān)系有多個候選關(guān)鍵字，則可以任選其中一個作為主關(guān)鍵字 (Primary Key)。主關(guān)鍵字中的諸屬性被稱為主屬性。關(guān)系模式 關(guān)系的描述稱為關(guān)系模式。它包括 :關(guān)系名、組成關(guān)系的諸屬性名、屬性到域的映象、屬性間的數(shù)據(jù)依賴關(guān)系 17 等等。所以，關(guān)系模式由關(guān)系名、諸屬性名和屬性到域的映象三個部分組成，關(guān)系模式通常簡記為 R(A 1 ， A 2 ， ? ， A n )， 其中 R是關(guān)系名， A 1 ， A 2 ， ? ， A n 為諸屬性名。屬性到域的映象一般通過指定屬性的類型和長度來說明。某個關(guān)系模式在某一時刻所具有的狀態(tài)是指關(guān)系的外延，即元組的集合。關(guān)系的外延內(nèi)容有時簡稱為關(guān)系。但關(guān)系模式和關(guān)系的內(nèi)容有時也統(tǒng)稱為關(guān)系。讀者可以從上下文中區(qū)別其確切的含義。形象地說，關(guān)系模式是關(guān)于表名和表頭的描述，而關(guān)系的內(nèi)容是表體。關(guān)系數(shù)據(jù)庫 在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，要分清型和值兩個基本概念。關(guān)系數(shù)據(jù)庫的型是指數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)描述，它包括關(guān)系數(shù)據(jù)庫名、若干屬性的定義，以及這些屬性上的若干關(guān)系關(guān)系模式。亦稱為數(shù)據(jù) 庫的內(nèi)涵 (Intension)，數(shù)據(jù)庫的值亦稱為數(shù)據(jù)庫的外延。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，內(nèi)涵是比較穩(wěn)定的，它規(guī)定了外延的取值范圍。而外延卻是隨時間變化的。這和在一般的形式邏輯中外延和內(nèi)涵一一對應(yīng)有所區(qū)別。此處外延是指任意一個滿足內(nèi)涵的集合，而不一定恒指滿足內(nèi)涵的最大的一個集合。關(guān)系模式 (即內(nèi)涵 )是穩(wěn)定的 。而關(guān)系的內(nèi)容，即外延，卻是隨時間動態(tài)的變化而變化的。數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu) (即模式 )是穩(wěn)定的 。而數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)內(nèi)容卻在不斷地更新。 (2)關(guān)系操作 關(guān)系模型規(guī)定了關(guān)系操作的功能和特點，但不對 DBMS語言的語法做出具體的規(guī)定 。關(guān)系數(shù)據(jù)庫語言的主要特點 (或優(yōu)點 )是其高度的非過程化 (Nonprocedureae)或者說明性 (declarative)。關(guān)系數(shù)據(jù)庫語言的語句是透明的。用戶只須知道語句做什么，而不須知道怎么做的。 Codd 在其早期的文章中，引入了 8種基本的操作 :并 (Union)交(Intersection)差 (Difference)笛卡爾乘積 (Cartesian Product)限制 (Restrictions)投影(Projection)連接 (Join)除 (Division)這些操作都是對關(guān)系的內(nèi)容或表體實施操作的，得到的結(jié)果仍為關(guān)系。注意，這些操作只是基本的操作，而不是不再可分的原始 (Primitive)操作，例如， Join， Intersection和 Division可以由其它五種操作合成。但是，把它們?nèi)齻€也作為基本操作使用起來很方便。另外， Codd并沒說上述 8種操作就是關(guān)系數(shù)據(jù)庫只能有的8種操作。實際上，上述 8種操作僅僅是作為最小的 DML操作的基礎(chǔ)部分，并且也還未考慮到DDL的需求。 SQL支持的操作多于上述 8種 DML操作，而且 SQL還支持 DDL操作。關(guān)系操作的特點是集合操作，即操作的對象和結(jié)果都是集合。這種操作方式也稱 為一次一集合 18 (setatatime) 方式。 而非 關(guān)系 模型的 數(shù)據(jù) 庫的 操作方 式則 為一 次一記 錄(recordatatime)方式。關(guān)系操作可以用兩種方式來表示 : ① 代數(shù)方式，即關(guān)系代數(shù) ② 邏輯方式，即關(guān)系演算而關(guān)系演算又進(jìn)一步分為元組關(guān)系演算和域關(guān)系演算。已經(jīng)證明，這些表示方式在功能上是相互等價的。一般選其一即可。 (3)關(guān)系模型的三類完整性 關(guān)系模型的三類完整性是 : ① 實體完整性 (Entity Integrity) ② 參照完整性 (Referential Integrity) ③ 用戶定義的完整性 (User Defined Integrity)其中，實體完整性和參照完整性是任何關(guān)系模型都必須滿足的完整性約束條件，應(yīng)該由關(guān)系數(shù)據(jù)庫 DBMS 自動支持。而用戶定義的完整性的支持是由 DBMS提供完整性定義設(shè)施 (或機制 )，可以隨 DBMS商品軟件不同而有所變化。實體完整性是指 :若屬性 A 是基本關(guān)系 R的主關(guān)鍵字的屬性 (即主屬性 )，則屬性 A不能取空值 (NULL)。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中有各種關(guān)系，如基本關(guān)系 (常稱為基本表 )、查詢表、視圖表等等?；颈硎侵笇嶋H存在的表，它是實際存儲數(shù)據(jù)的邏輯表示。查詢表是指和查詢 結(jié)果相對應(yīng)的表。而視圖表是由基本表或視圖表導(dǎo)出的表，是虛表，不對應(yīng)實際存儲的數(shù)據(jù)。實體完整性是針對基本關(guān)系的?？罩凳侵?“ 不知道 ” 或者 “ 無意義的 ” 或 “ 不屬于定義域 ” 值。空值以 “NULL” 表示。對于實體完整性作如下說明 : (1)一個基本關(guān)系通常對應(yīng)于現(xiàn)實世界中的一個實體集。例如學(xué)生關(guān)系對應(yīng)于學(xué)生實體集。基本關(guān)系不是由其它關(guān)系生成的關(guān)系。基本關(guān)系是本原 (Primitive)，是定義復(fù)雜關(guān)系的出發(fā)點。 (2)現(xiàn)實世界中的實體是可區(qū)分的，即實體具有某種唯一性的標(biāo)識。 (3)在關(guān)系模型中由主關(guān)鍵字作為滿足唯 一性的標(biāo)識。 (4)主關(guān)鍵字中屬性不能取空值。因為若主關(guān)鍵字中某屬性取空值，則意味著某個實體不可標(biāo)識 。而這和 (2)相矛盾。參照完整性是指 :若基本關(guān)系 R 中含有另一個基本關(guān)系 S的主關(guān)鍵字 K S 所對應(yīng)的屬性組 F(F稱為 R的外部關(guān)鍵字 (external keys))，則在關(guān)系 R中的 19 每個元組中的 F上的值必須滿足 : ① 或者取空值 (即 F中的每個屬性的值均為空值 )。 ② 或等于 S中某個元組的主關(guān)鍵字的值?；娟P(guān)系 R和 S不一定是不同的關(guān)系。外部關(guān)鍵字也稱為外來關(guān)鍵字。例如，某數(shù)據(jù)庫中有職工關(guān)系 EMP(職工號，姓名 ，部門號 )和部門關(guān)系 DEPT(部門號，部門名稱 )為兩個基本關(guān)系。關(guān)系 EMP 的主關(guān)鍵字為 “ 職工號 ” ， DEPT的主關(guān)鍵字為 “ 部門號 ” 在 EMP中， “ 部門號 ” 是 EMP的外部關(guān)鍵字。故此，在 EMP中的每個元組中 “ 部門號 ” 的值只有兩種可能性 : ① 取空值。這說明這個職工尚未分到某個部門 。 ② 或取非空值。這時 “ 部門號 ” 的值必須是 DEPT中某個元組中的 “ 部門號 ” 的值。這說明一個職工不可能被分配到一個不存在的部門。也就是說，被參照的關(guān)系 DEPT中一定存在一個元組，該元組的關(guān)鍵字的值等于 EMP中某元組的外部關(guān)鍵字的值。實 體完整性和參照完整性是針對任何關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)庫的一般性原則。用戶定義的完整性針對某一具體的數(shù)據(jù)庫的約束條件。條件是由現(xiàn)實世界中的應(yīng)用環(huán)境決定的。它涉及到某一具體的應(yīng)用中的數(shù)據(jù)所必須滿足的語義要求。關(guān)型模型的 DBMS應(yīng)提供定義和檢驗這類完整性條件的機制，以使用統(tǒng)一的方法來自動地處理它們而不要求應(yīng)用程序員來承擔(dān)這一功能。 關(guān)系數(shù)據(jù)庫語言分三類 :數(shù)據(jù)描述語言 DDL，數(shù)據(jù)操縱語言 DML和數(shù)據(jù)控制語言 DCL。其中， DDL負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫的描述，提供一種數(shù)據(jù)描述機制，用來描述數(shù)據(jù)庫的 特征或數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)。 DML負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)庫的操作，提供一種處理數(shù)據(jù)庫操作的機制。 DCL 負(fù)責(zé)控制數(shù)據(jù)庫的完整性和安全性，提供一種檢驗完整性和保證安全的機制。 DML是用戶經(jīng)常使用的語言，包