本书主要讲解数据库设计、实现及其应用的基本原理，侧重于介绍如何利用数据库来创建应用程序，而不是如何创建数据库管理系统本身。书中反映了数据库领域研究的最新进展，包括最新的SQL标准、UML、XML、面向对象数据库和数据库性能调优等。

本书适合作为高等院校计算机及相关专业本科生和研究生数据库课程的教材。

本书主要讲解数据库设计、实现及其应用的基本原理，侧重于介绍如何利用数据库来创建应用程序，而不是如何创建数据库管理系统本身。书中反映了数据库领域研究的最新进展，包括最新的SQL标准、UML、XML、面向对象数据库和数据库性能调优等。本书的主要内容包括关系数据模型、用ER图和UML建模、关系代数和SQL、数据库设计、SQL DBMS、查询处理和优化、数据库调优、事务处理以及与事务处理的实现有关的软件工程问题等。

本书适合作为高等院校计算机及相关专业本科生和研究生数据库课程的教材。

第一部分　简介

第1章　数据库和事务概述　2

1.1　什么是数据库和事务　2

1.2　现代数据库和事务处理系统的特性　4

1.3　数据库和事务处理系统的实现和支持中的主要角色　5

1.4　决策支持系统——OLAP和OLTP　6

第2章　综述　8

2.1　案例学习：学生选课系统　8

2.2　关系数据库绪论　8

2.3　使程序成为事务——ACID属性　12

参考文献注解　15

习题　15

第二部分　数据库管理

第3章　关系数据模型　20

3.1　什么是数据模型　20

3.2　关系模型　22

3.2.1　基本概念　22

3.2.2　完整性约束　26

3.3　SQL的数据定义子语言　29

3.3.1　定义关系类型　30

3.3.2　系统目录　30

3.3.3　码约束　31

3.3.4　处理缺失信息　31

3.3.5　语义约束　32

3.3.6　用户定义的域　34

3.3.7　外码约束　35

3.3.8　反应性约束　36

3.3.9　数据库视图　38

3.3.10　修改已有定义　39

3.3.11　SQL模式　40

3.3.12　访问控制　41

参考文献注解　43

习题　43

第4章　用E-R图和UML构建数据库的概念模型　46

4.1　用E-R方法进行概念建模　46

4.2　实体和实体类型　47

4.3　联系和联系类型　48

4.4　概念数据建模中的高级特性　52

4.4.1　实体类型层次　52

4.4.2　参与约束　54

4.4.3　part of联系　55

4.5　从E-R图到关系数据库模式　57

4.5.1　实体的表示法　57

4.5.2　联系的表示法　58

4.5.3　在关系模型中表示IsA层次　60

4.5.4　参与约束的表示法　61

4.5.5　part of联系的表示法　63

*4.6　UML：一种新方法　63

4.6.1　在UML中表示实体　64

4.6.2　在UML中表示联系　65

4.6.3　UML中的高级建模概念　68

4.6.4　转换为SQL　70

4.7　一个经纪公司的例子　70

4.7.1　实体-联系设计　70

*4.7.2　UML设计　73

4.8　案例学习：学生注册系统的数据库设计　74

4.8.1　需求文档的数据库部分　74

4.8.2　数据库设计　75

4.9　数据建模方法的局限性　79

参考文献注解　81

习题　82

第5章　关系代数和SQL　84

5.1　关系代数：SQL的秘密　84

5.1.1　基本运算符　85

5.1.2　导出运算符　91

5.2　SQL的查询子语言　97

5.2.1　简单SQL查询　97

5.2.2　集合运算　101

5.2.3　嵌套查询　103

5.2.4　量化谓词　107

5.2.5　数据上的聚集　108

5.2.6　FROM子句中的连接表达式　112

5.2.7　一个简单的查询求值算法　113

5.2.8　再谈SQL中的视图　114

5.2.9　物化视图　117

5.2.10　NULL值的两难问题　119

5.3 在 SQL中修改关系实例　120

5.3.1　插入数据　120

5.3.2　删除数据　121

5.3.3　更新现有的数据　122

5.3.4　视图上的更新　122

参考文献注解　124

习题　124

第6章　用关系规范化理论设计数据库　127

6.1　冗余问题　127

6.2　分解　128

6.3　函数依赖　130

6.4　函数依赖的特性　132

6.5　范式　136

6.5.1　Boyce Codd范式　136

6.5.2　第三范式　138

6.6　分解的特性　139

6.6.1　无损分解和有损分解　140

6.6.2　保持依赖分解　142

6.7　BCNF分解的一个算法　144

6.8　3NF模式的合成　146

6.8.1　最小覆盖　146

6.8.2　通过模式合成进行3NF分解　148

6.8.3　通过3NF合成得到BCNF分解　149

6.9　第四范式　151

*6.10　高级4NF设计　155

6.10.1　MVD及它们的特性　155

6.10.2　4NF的设计难点　156

6.10.3　如何进行4NF分解　158

6.11　范式分解总结　159

6.12　案例学习：学生注册系统的模式细化　159

6.13　调优问题：分解还是不分解　161

参考文献注解　162

习题　162

第7章　触发器和主动数据库　165

7.1　什么是触发器　165

7.2　触发器处理中的语义问题　166

7.3　SQL∶1999中的触发器　168

7.4　避免链式反应　174

参考文献注解　174

习题　175

第8章　在应用中使用SQL　176

8.1　所涉及的主要问题　176

8.2　嵌入式SQL　177

8.2.1　状态处理　179

8.2.2　会话、连接和事务　180

8.2.3　执行事务　180

8.2.4　游标　182

8.2.5　服务器上的存储过程　186

8.3　深入完整性约束　188

8.4　动态SQL　189

8.4.1　动态SQL中的语句准备　190

*8.4.2　预备语句和描述符区域　191

8.4.3　游标　192

8.4.4　服务器上的存储过程　193

8.5　JDBC和SQLJ　194

8.5.1　JDBC基础　194

8.5.2　预备语句　196

8.5.3　结果集和游标　196

8.5.4　获得关于结果集的信息　198

8.5.5　状态处理　198

8.5.6　执行事务　199

8.5.7　服务器上的存储过程　199

8.5.8　一个例子　200

8.5.9　SQLJ：面向Java的语句级接口　200

*8.6　ODBC　203

8.6.1　预备语句　204

8.6.2　游标　204

8.6.3　状态处理　206

8.6.4　执行事务　206

8.6.5　服务器上的存储过程　206

8.6.6　一个例子　207

8.7　比较　208

参考文献注解　208

习题　209

第三部分　数据库管理系统性能优化和事务处理

第9章　物理数据组织与索引　212

9.1　磁盘组织　212

9.2　堆文件　218

9.3　顺序文件　221

9.4　索引　224

9.4.1　聚集索引与非聚集索引　226

9.4.2　稀疏索引与稠密索引　228

9.4.3　搜索码包含多个属性　229

9.5　多级索引　230

9.5.1　索引顺序访问　233

9.5.2　B+树　230

9.6　散列索引　240

9.6.1　静态散列　240

9.6.2　动态散列算法　242

9.7　特殊用途索引　246

9.7.1　位图索引　246

9.7.2　连接索引　248

9.8　调优问题：为应用选择索引　248

参考文献注解　249

习题　249

第10章　查询处理基础　252

10.1　查询处理概述　252

10.2　外部排序　253

10.3　投影、集合并与集合差　256

10.4　选择　257

10.4.1　简单条件的选择　258

10.4.2　访问路径　259

10.4.3　复杂条件的选择　260

10.5　连接　261

10.5.1　简单的嵌套循环连接　262

10.5.2　归并连接　264

10.5.3　散列连接　266

*10.6　多关系连接　267

10.7　聚集函数　268

参考文献注解　268

习题　268

第11章　查询优化概述　270

11.1　查询处理的架构　270

11.2　基于关系代数等价性的启发式优化　271

11.3　查询执行计划的开销估计　273

11.4　输出结果大小的估计　279

11.5　选择一个计划　281

参考文献注解　284

习题　284

第12章　数据库调优　288

12.1　磁盘高速缓存　288

12.2　模式调优　290

12.2.1　索引　291

12.2.2　反向规范化　295

12.2.3　重复组　296

12.2.4　分片　297

12.3　数据操纵语言调优　298

12.4　工具　300

12.5　管理物理资源　300

12.6　影响优化器　301

参考文献注解　303

习题　303

第13章　事务处理概述　307

13.1　隔离性　307

13.1.1　可串行性　308

13.1.2　两阶段加锁　309

13.1.3　死锁　312

13.1.4　关系数据库加锁　312

13.1.5　隔离级别　314

13.1.6　加锁粒度与意向锁　317

13.1.7　小结　318

13.2　原子性与持久性　319

13.2.1　先写式日志　319

13.2.2　从大容量存储器故障中恢复　322

13.3　实现分布式事务　322

13.3.1　原子性与持久性——两阶段提交协议　323

13.3.2　全局可串行性与死锁　325

13.3.3　复制　326

13.3.4　小结　328

参考文献注解　328

习题　328

第四部分　软件工程问题和文档

第14章　需求与规约　332

14.1　软件工程方法学　332

14.2　学生注册系统的需求文档　334

14.3　需求分析——新的问题　339

14.4　学生注册系统的规约说明　340

14.5　学生注册系统的规约文档：第III部分　341

14.6　软件工程过程的下一步　　342

参考文献注解　343

习题　343

第15章　设计、编码与测试　344

15.1　设计过程　344

15.1.1　数据库设计　344

15.1.2　用UML状态图描述对象的行为　345

15.1.3　设计文档的结构　346

15.1.4　设计评审　347

15.2　测试计划　348

15.3　项目计划　350

15.4　编码　351

15.5　增量开发　353

15.6　项目管理计划　353

15.7　学生注册系统的设计与编码　354

15.7.1　完成数据库设计：完整性约束　354

15.7.2　注册事务的设计　356

15.7.3　注册事务的部分代码　357

参考文献注解　359

习题　359

第五部分　数据库高级主题

第16章　对象数据库介绍　362

16.1　关系数据模型的不足　362

16.2　概念对象数据模型　366

16.2.1　对象与值　366

16.2.2　类　367

16.2.3　类型　367

16.2.4　对象-关系数据库　370

16.3　SQL∶1999和SQL∶2003中的对象　370

16.3.1　行类型　371

16.3.2　用户定义类型　371

16.3.3　对象　372

16.3.4　查询用户定义类型　373

16.3.5　更新用户定义类型　373

16.3.6　引用类型　375

16.3.7　继承　377

16.3.8　集合类型　377

参考文献注解　379

习题　380

第17章　XML和Web数据介绍　382

17.1　半结构化数据　382

17.2　XML概述　384

17.2.1　XML元素与数据库对象　386

17.2.2　XML属性　387

17.2.3　命名空间　390

17.2.4　DTD　392

17.2.5　DTD作为数据定义语言的不足　393

17.3　XML模式　395

17.3.1　XML模式和命名空间　395

17.3.2　简单类型　398

17.3.3　复杂类型　401

17.3.4　整合　406

17.3.5　捷径：匿名类型与元素引用　407

17.3.6　完整性约束　410

17.4　XML查询语言　414

17.4.1　XPath：一种轻量级的XML查询语言　415

17.4.2　SQL/XML　420

参考文献注解　426

习题　427

参考文献　431

索引　437