數(shù)據(jù)庫與事務處理

第一部分  緒      論
第1章  數(shù)據(jù)庫和事務概述        2
1.1  什么是數(shù)據(jù)庫和事務        2
1.2  現(xiàn)代數(shù)據(jù)庫和事務處理系統(tǒng)的特點        4
1.3  實現(xiàn)和支持數(shù)據(jù)庫與事務處理系統(tǒng)的主要成員        6
1.4  決策支持系統(tǒng)—OLAP和OLTP        7
1.5  練習        8
第2章  進階        10
2.1  案例研究：學生注冊系統(tǒng)        10
2.2  關(guān)系數(shù)據(jù)庫概述        10
2.3  怎樣使程序成為事務        14
2.4  參考書目        18
2.5  練習        18
第3章  案例研究：開發(fā)學生注冊系統(tǒng)        20
3.1  軟件工程方法學        20
3.2  需求文檔        21
3.3  需求分析——新問題        26
3.4  應用程序生成器        27
3.5  圖形用戶界面和對象        27
3.6  事件和過程        30
3.7  訪問數(shù)據(jù)庫和執(zhí)行事務        32
3.8  詳細說明學生注冊系統(tǒng)        33
3.9  規(guī)格說明文檔        34
3.10  參考書目        35
3.11  練習        35
第二部分  數(shù)據(jù)庫管理
第4章  關(guān)系數(shù)據(jù)模型        38
4.1  什么是數(shù)據(jù)模型        38
4.2  關(guān)系模型        40
4.2.1  基本概念        41
4.2.2  完整性約束        43
4.3  SQL——數(shù)據(jù)定義子語言        48
4.3.1  指定關(guān)系類型        49
4.3.2  系統(tǒng)目錄        49
4.3.3  鍵約束        50
4.3.4  處理空缺信息        50
4.3.5  語義約束        51
4.3.6  用戶自定義域        53
4.3.7  外鍵約束        54
4.3.8  反應性約束        56
4.3.9  數(shù)據(jù)庫視圖        58
4.3.10  修改已有的定義        59
4.3.11  SQL-模式        60
4.3.12  訪問控制        60
4.4  參考書目        62
4.5  練習        62
第5章  數(shù)據(jù)庫設(shè)計I：實體-聯(lián)系模型        64
5.1  E-R方法的概念建模        64
5.2  實體和實體類型        65
5.3  聯(lián)系和聯(lián)系類型        67
5.4  E-R方法的高級特性        71
5.4.1  實體類型層次結(jié)構(gòu)        71
5.4.2  參與約束        74
5.5  一個經(jīng)紀公司的例子        76
5.6  E-R方法的局限性        79
5.7  案例研究：學生注冊系統(tǒng)的設(shè)計        82
5.8  參考書目        86
5.9  練習        86
第6章  查詢語言Ⅰ：關(guān)系代數(shù)和SQL        88
6.1  關(guān)系代數(shù)：在SQL的覆蓋之下        88
6.1.1  基本運算符        89
6.1.2  導出運算符        96
6.2  SQL的查詢子語言        101
6.2.1  簡單的SQL查詢        101
6.2.2  集合運算        106
6.2.3  嵌套查詢        108
6.2.4  數(shù)據(jù)的聚合        112
6.2.5  簡單查詢計算算法        117
6.2.6  再論SQL中的視圖        118
6.2.7  空值的窘境        122
6.3  在SQL中修改關(guān)系實例        123
6.4  參考書目        127
6.5  練習        127
第7章  查詢語言Ⅱ：關(guān)系演算和可視化查詢語言        131
7.1  元組關(guān)系演算        131
7.2  通過元組關(guān)系演算理解SQL        138
7.3  域關(guān)系演算和可視化查詢語言        140
7.4  可視化查詢語言：QBE和PC數(shù)據(jù)庫        143
7.5  關(guān)系代數(shù)和關(guān)系演算之間的聯(lián)系        148
7.6  SQL：1999中的遞歸查詢        150
7.7  參考書目        155
7.8  練習        155
第8章  數(shù)據(jù)庫設(shè)計Ⅱ：關(guān)系規(guī)范化理論        157
8.1  冗余所帶來的問題        157
8.2  分解        158
8.3  函數(shù)依賴        160
8.4  函數(shù)依賴的性質(zhì)        161
8.5  范式        165
8.6  分解的性質(zhì)        167
8.6.1  無損分解與有損分解        168
8.6.2  依賴保持分解        170
8.7  分解BCNF的一個算法        173
8.8  3NF模式的合成        175
8.8.1  最小覆蓋        175
8.8.2  通過模式合成的3NF分解        177
8.8.3  通過3NF合成的BCNF分解        178
8.9  第四范式        180
8.10  高級4NF設(shè)計*        183
8.10.1  MVD和它們的性質(zhì)        183
8.10.2  設(shè)計4NF的困難性        184
8.10.3  如何進行4NF分解        187
8.11  范式分解的總結(jié)        188
8.12  案例研究：學生注冊系統(tǒng)的模式精化        188
8.13  性能調(diào)整問題：是否進行分解        190
8.14  參考書目        191
8.15  練習        192
第9章  觸發(fā)器和動態(tài)數(shù)據(jù)庫        195
9.1  觸發(fā)器處理的語義        195
9.2  SQL:1999中的觸發(fā)器        197
9.3  避免鏈式反應        202
9.4  參考書目        203
9.5  練習        203
第10章  真實世界中的SQL        205
10.1  在應用程序中執(zhí)行SQL語句        205
10.2  嵌入式SQL        206
10.2.1  狀態(tài)處理        208
10.2.2  會話、連接和事務        209
10.2.3  執(zhí)行事務        210
10.2.4  游標        212
10.2.5  服務器存儲過程        216
10.3  再論完整性約束        218
10.4  動態(tài)SQL        219
10.4.1  動態(tài)SQL的語句預備        220
10.4.2  預備語句和描述符區(qū)        222
10.4.3  游標        224
10.4.4  服務器端的存儲過程        224
10.5  JDBC和SQLJ        225
10.5.1  JDBC的基本概念        225
10.5.2  預處理語句        227
10.5.3  結(jié)果集和游標        227
10.5.4  獲取結(jié)果集的信息        229
10.5.5  狀態(tài)處理        230
10.5.6  執(zhí)行事務        230
10.5.7  服務器端的存儲過程        231
10.5.8  示例        231
10.5.9  SQLJ：Java的語句級接口        231
10.6  ODBC*        234
10.6.1  預處理語句        235
10.6.2  游標        236
10.6.3  狀態(tài)處理        238
10.6.4  執(zhí)行事務        238
10.6.5  服務器端的存儲過程        238
10.6.6  示例        239
10.7  比較        240
10.8  參考書目        240
10.9  練習        241
第11章  數(shù)據(jù)的物理組織和索引        243
11.1  磁盤組織        243
11.2  堆文件        247
11.3  排序文件        249
11.4  索引        251
11.4.1  聚簇索引與非聚簇索引        254
11.4.2  稀疏索引和稠密索引        256
11.4.3  包含多個屬性的查找鍵        257
11.5  多級索引        259
11.5.1  索引順序訪問        261
11.5.2  B+樹        263
11.6  散列索引        269
11.6.1  靜態(tài)散列        269
11.6.2  動態(tài)散列算法        271
11.7  特殊用途的索引        277
11.7.1  位圖索引        277
11.7.2  聯(lián)結(jié)索引        278
11.8  調(diào)整問題：為一個應用選擇索引        278
11.9  參考書目        279
11.10  練習        279
第12章  案例研究：實現(xiàn)學生注冊系統(tǒng)        282
12.1  設(shè)計文檔        282
12.1.1  文檔結(jié)構(gòu)        283
12.1.2  設(shè)計評審        284
12.2  測試計劃        285
12.3  項目計劃        287
12.4  編程        289
12.5  漸進式開發(fā)        290
12.6  學生注冊系統(tǒng)的設(shè)計和編程        291
12.6.1  完成數(shù)據(jù)庫設(shè)計：完整性約束        291
12.6.2  設(shè)計注冊事務        293
12.6.3  部分注冊事務程序        295
12.7  參考書目        297
12.8  練習        297
第13章  查詢處理基礎(chǔ)        298
13.1  外部排序        298
13.2  計算投影、并和差        301
13.3  計算選擇        303
13.3.1  具有簡單條件的選擇        303
13.3.2  存取路徑        304
13.3.3  具有復雜條件的選擇        306
13.4  計算聯(lián)結(jié)        307
13.4.1  用嵌套循環(huán)來計算聯(lián)結(jié)        307
13.4.2  排序-合并聯(lián)結(jié)        309
13.4.3  散列聯(lián)結(jié)        310
13.5  多關(guān)系聯(lián)結(jié)        311
13.6  計算聚合函數(shù)        313
13.7  調(diào)優(yōu)問題：對物理數(shù)據(jù)庫設(shè)計的影響        313
13.8  參考書目        314
13.9  練習        314
第14章  查詢優(yōu)化概述        316
14.1  查詢處理概述        316
14.2  基于代數(shù)等價的啟發(fā)式優(yōu)化        317
14.3  估計查詢執(zhí)行計劃的代價        320
14.4  估計輸出的大小        326
14.5  選擇計劃        327
14.6  調(diào)整問題：對查詢設(shè)計的影響        330
14.7  參考書目        332
14.8  練習        333
第15章  事務處理概述        336
15.1  隔離性        336
15.1.1  可串行化        337
15.1.2  兩段鎖        338
15.1.3  死鎖        340
15.1.4  關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的鎖        341
15.1.5  隔離級別        342
15.1.6  鎖粒度和意向鎖        344
15.1.7  用意向鎖的可串行化封鎖策略        345
15.1.8  總結(jié)        346
15.2  原子性和持久性        346
15.2.1  先寫日志        347
15.2.2  從大規(guī)模存儲器失效中恢復        348
15.3  實現(xiàn)分布式事務        349
15.3.1  原子性和持久性——兩階段提交協(xié)議        350
15.3.2  全局可串行性和死鎖        351
15.3.3  復制        352
15.3.4  總結(jié)        353
15.4  參考書目        353
15.5  練習        354
第三部分  數(shù)據(jù)庫的高級主題
第16章  對象數(shù)據(jù)庫        356
16.1  關(guān)系數(shù)據(jù)模型的缺點        356
16.2  發(fā)展歷史        361
16.3  概念上的對象數(shù)據(jù)模型        363
16.3.1  對象和值        363
16.3.2  類        364
16.3.3  類型        365
16.3.4  對象-關(guān)系數(shù)據(jù)庫        367
16.4  ODMG標準        367
16.4.1  ODL：ODMG對象定義語言        370
16.4.2  OQL：ODMG 對象查詢語言        374
16.4.3  ODMG中的事務        377
16.4.4  ODMG中的對象操縱        378
16.4.5  語言綁定        378
16.5  SQL：1999中的對象        382
16.5.1  行類型        382
16.5.2  用戶定義類型        383
16.5.3  對象        384
16.5.4  查詢用戶定義類型        385
16.5.5  更新用戶定義類型        385
16.5.6  引用類型        387
16.5.7  集合類型        389
16.6  公共對象請求代理體系結(jié)構(gòu)        389
16.6.1  CORBA基礎(chǔ)        390
16.6.2  CORBA和數(shù)據(jù)庫        394
16.7  小結(jié)        398
16.8  參考書目        398
16.9  練習        399
第17章  XML 和 Web數(shù)據(jù)        401
17.1  半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)        401
17.2  XML概述        403
17.2.1  XML元素和數(shù)據(jù)庫對象        406
17.2.2  XML屬性        407
17.2.3  命名空間        409
17.2.4  文檔類型定義        412
17.2.5  DTD作為數(shù)據(jù)定義語言的不足        414
17.3  XML Schema        415
17.3.1  XML Schema和命名空間        416
17.3.2  簡單類型        418
17.3.3  復雜類型        422
17.3.4  一個完整的Schema文檔        428
17.3.5  完整性約束        431
17.4  XML查詢語言        436
17.4.1  XPath：一種輕量的XML查詢語言        436
17.4.2  XSLT：XML的一種轉(zhuǎn)換語言        442
17.4.3  XQuery：XML的一個功能完善的查詢語言        450
17.4.4  小結(jié)        464
17.5  參考書目        464
17.6  練習        465
第18章  分布式數(shù)據(jù)庫        469
18.1  應用設(shè)計者對數(shù)據(jù)庫的觀點        470
18.2  在不同數(shù)據(jù)庫中分布數(shù)據(jù)        472
18.2.1  分段        472
18.2.2  更新和分段        474
18.2.3  復制        475
18.3  查詢策略        476
18.3.1  全局查詢優(yōu)化        476
18.3.2  多數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的策略        481
18.3.3  調(diào)整問題：分布式環(huán)境下的數(shù)據(jù)庫設(shè)計和查詢計劃        481
18.4  參考書目        482
18.5  練習        482
第19章  OLAP和數(shù)據(jù)挖掘        484
19.1  OLAP和數(shù)據(jù)倉庫        484
19.2  OLAP應用的多維模型        485
19.3  聚合        488
19.3.1  下鉆、上卷、切片和切塊        488
19.3.2  CUBE操作符        490
19.4  ROLAP和MOLAP        494
19.5  實現(xiàn)中的一些問題        495
19.6  數(shù)據(jù)挖掘        495
19.7  數(shù)據(jù)倉庫的數(shù)據(jù)載入        499
19.8  參考書目        500
19.9  練習        500
第四部分  事務處理
第20章  事務的ACID性質(zhì)        504
20.1  一致性        504
20.2  原子性        506
20.3  持久性        507
20.4  隔離性        508
20.5  事務的ACID性質(zhì)        510
20.6  參考書目        512
20.7  練習        512
第21章  事務模型        513
21.1  平坦事務        513
21.2  提供事務的結(jié)構(gòu)        514
21.2.1  存儲點        514
21.2.2  分布式事務        515
21.2.3  嵌套事務        518
21.2.4  多級事務        520
21.3  把應用分解成多個事務        523
21.3.1  鏈式事務        523
21.3.2  用可恢復隊列調(diào)度事務        526
21.3.3  擴展事務        529
21.3.4  工作流和工作流管理系統(tǒng)        531
21.4  參考書目        534
21.5  練習        535
第22章  事務處理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)        537
22.1  集中式系統(tǒng)中的事務處理        537
22.1.1  單用戶系統(tǒng)的組織        537
22.1.2  集中式多用戶系統(tǒng)的組織        538
22.2  分布式系統(tǒng)上的事務處理        539
22.2.1  分布式系統(tǒng)的組織        540
22.2.2  會話和上下文信息        544
22.2.3  隊列事務處理        545
22.3  異構(gòu)系統(tǒng)和TP監(jiān)控器        546
22.3.1  事務管理器        547
22.3.2  TP監(jiān)控器        548
22.4  TP監(jiān)控器：通信和全局原子性        550
22.4.1  遠程過程調(diào)用        551
22.4.2  對等通信        556
22.4.3  事務中異常情況的處理        558
22.5  因特網(wǎng)上的事務處理        560
22.5.1  一般的體系結(jié)構(gòu)        561
22.5.2  因特網(wǎng)上事務系統(tǒng)的組織        563
22.6  參考書目        564
22.7  練習        564
第23章  隔離性的實現(xiàn)        566
23.1  調(diào)度和等價調(diào)度        567
23.1.1  串行化        570
23.1.2  沖突等價與觀察等價        571
23.1.3  串行圖        572
23.2  可恢復性、級聯(lián)異常中止和嚴格性        574
23.3  并發(fā)控制的模型        576
23.4  立即更新的悲觀并發(fā)控制策略        577
23.4.1  避免沖突        577
23.4.2  死鎖        579
23.5  立即更新的悲觀并發(fā)控制的設(shè)計        580
23.5.1  鎖集和等待集的實現(xiàn)        580
23.5.2  兩段鎖        581
23.5.3  鎖的粒度        582
23.6  對象和語義交換*        583
23.7  結(jié)構(gòu)化事務模型中的隔離        587
23.7.1  存儲點        587
23.7.2  鏈式事務        588
23.7.3  可恢復隊列        588
23.7.4  嵌套事務        589
23.7.5  多級事務*        589
23.8  其他的并發(fā)控制        592
23.8.1  時間戳順序的并發(fā)控制        593
23.8.2  樂觀的并發(fā)控制        594
23.9  參考書目        597
23.10  練習        597
第24章  關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的隔離性        601
24.1  加鎖        601
24.1.1  幻影        602
24.1.2  謂詞加鎖        603
24.2  加鎖與SQL隔離級別        605
24.2.1  更新丟失、游標穩(wěn)定性和更新鎖        609
24.2.2  案例研究：正確性和非可串行級調(diào)度——學生注冊系統(tǒng)        612
24.2.3  可串行化、SERIALIZABLE和正態(tài)的        617
24.3  粒度加鎖：概念鎖和索引鎖        618
24.3.1  索引鎖：無幻影的粒度加鎖        619
24.3.2  對象數(shù)據(jù)庫里的粒度加鎖*        624
24.4  系統(tǒng)性能的改進        625
24.5  多版本并發(fā)控制        626
24.5.1  只讀型的多版本并發(fā)控制        627
24.5.2  讀取一致性的多版本并發(fā)控制        628
24.5.3  SNAPSHOT隔離級別        628
24.6  參考書目        633
24.7  練習        633
第25章  原子性和持久性        637
25.1  崩潰、異常中止和介質(zhì)故障        637
25.2  直接型更新系統(tǒng)和先寫型日志        638
25.2.1  性能和先寫型登錄        641
25.2.2  檢測點和恢復        644
25.2.3  邏輯型登錄和物理邏輯型登錄*        648
25.3  延遲更新系統(tǒng)的恢復        649
25.4  介質(zhì)故障的恢復        650
25.5  參考書目        653
25.6  練習        653
第26章  分布式事務的實現(xiàn)        655
26.1  ACID特性的實現(xiàn)        655
26.2  原子終止        656
26.2.1  兩階段提交協(xié)議        657
26.2.2  兩階段提交協(xié)議中故障的處理        661
26.2.3  格式和協(xié)議：X/Open標準        664
26.2.4  對等原子提交協(xié)議        664
26.3  協(xié)調(diào)的傳遞        665
26.3.1  線性提交協(xié)議        665
26.3.2  無準備狀態(tài)的兩階段提交協(xié)議        666
26.4  分布式死鎖        666
26.5  全局可串行化        667
26.6  不能保證全局原子性的場合        668
26.7  復制數(shù)據(jù)庫        670
26.7.1  同步更新復制系統(tǒng)        672
26.7.2  異步更新復制系統(tǒng)        674
26.8  現(xiàn)實世界里的分布式事務        677
26.9  參考書目        677
26.10  練習        678
第27章  安全性與因特網(wǎng)商務        681
27.1  認證、授權(quán)與加密        681
27.2  加密        681
27.3  數(shù)字簽名        684
27.4  密鑰發(fā)布與認證        686
27.4.1  Kerberos協(xié)議：票據(jù)        687
27.4.2  臨時串        690
27.5  授權(quán)        690
27.6  已認證的遠程過程調(diào)用        692
27.7  因特網(wǎng)商務        693
27.7.1  SSL協(xié)議：證書        693
27.7.2  SET協(xié)議：對偶簽名        695
27.7.3  貨物原子性、托管與已認證交付        698
27.7.4  電子現(xiàn)金：盲簽名        700
27.8  參考書目        705
27.9  練習        705
附      錄
附錄A  關(guān)于系統(tǒng)的問題        708
附錄B  參考文獻        716