数据库面向对象和分布式数据库
数据库发展的历史
数据库发展的历史
数据库的发展历史可以追溯到20世纪50年代，以下是数据库发展的主要阶段：
1.早期阶段（20世纪50年代至60年代）：在这个阶段，数据库主要用于文件管理和数据存储。
早期的数据库系统使用层次模型和网状模型来组织数据。
2.关系型数据库时代（20世纪70年代至80年代）：20世纪70年代，E.F.Codd提出了关系型数据库的理论，为关系型数据库的发展奠定了基础。
这个时期出现了许多关系型数据库管理系统（RDBMS），如IBM的DB2、Oracle、SQLServer等。
3.面向对象数据库时代（20世纪80年代末至90年代）：随着面向对象编程的兴起，面向对象数据库应运而生。
它们试图更好地支持面向对象编程范式和复杂的数据类型。
4.分布式数据库和NoSQL时代（21世纪初至今）：随着互联网的发展和大数据的出现，分布式数据库和NoSQL数据库变得越来越流行。
NoSQL数据库提供了更高的可扩展性和灵活性，以适应大规模数据存储和处理的需求。
5.云数据库和大数据时代（近年来）：随着云计算和大数据技术的发展，云数据库和大数据处理成为数据库领域的
新趋势。
云数据库提供了可伸缩性、灵活性和按需付费的优势，而大数据技术则专注于处理和分析大规模数据集。
数据库技术不断发展和演进，每个阶段都带来了新的理念和解决方案，以满足不断变化的业务需求和技术挑战。
数据库技术及应用-数据库技术的发展趋势
2020/10/16
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3 数据仓库与数据挖掘技术
3.2 数据挖掘技术
数据挖掘就是从大量的、不完全的、有噪声的、模糊的、随机的 数据中，提取隐含在其中的、人们事先不知道的、但又是潜在有用 的信息和知识的过程。数据挖掘应该更正确地命名为“从数据中挖 掘知识”。人工智能领域习惯称知识发现，而数据库领域习惯称数 据挖掘。 一般来说，数据挖掘是一个利用各种分析方法和分析工具在大规 模海量数据中建立模型和发现数据间关系的过程，这些模型和关系 可以用来作出决策和预测。
DDBS模式结构从整体上分为两大部分：上半部分是DDBS 增加的模式级别，下半部分是集中式DBS的模式结构，代表各 场地上局部数据库系统的基本结构。
2020/10/16
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1 分布式数据库系统
1.4 分布式数据库系统的结构
全局外模式
全局外模式
全局外模式
全局DBMS
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局部概念层
——————————————————————————————————————————————
局部内部模式
局部内部模式
局部内层
DB
DB
图 10.2 分布式数据库的模式结构
1 分布式数据库系统
1.5 分布式数据库管理系统
分布式数据库管理系统同集中式数据库管理系统一样，是 对数据进行管理和维护的一组软件，是分布式数据库系统重要 组成部分，是用户与分布式数据库的接口。现在, 一些商品化的 数据库管理系统如ORACLE、INGRES、SYBASE、INFORMIX 等都具有分布式数据库的某些特点, 称为分布式数据库管理系统。
1.3 分布式数据库系统的分类
按局部数据库管理系统的数据模型分类 ：同构型DDBS， 异构型DDBS 。
常用的数据库类型
常用的数据库类型常用的数据库类型共有6种，分别是关系型数据库，面向对象数据库，分布式数据库，时间序列数据库，图形数据库，NoSQL数据库。
数据库是存储和管理数据的系统，常见的数据库类型有以下几种：关系型数据库（Relational Database）：如MySQL，Oracle，PostgreSQL，SQLite，和SQL Server等。
关系型数据库通过预定义的数据类型进行数据存储，数据间的关系存储在表中，表之间通过外键进行关联。
面向对象数据库（Object-Oriented Databases）：如MongoDB和Redis等。
它们基于对象的数据模型来存储数据。
数据被视为对象，并且可以使用与面向对象编程相同的语义进行操作。
NoSQL数据库：如Cassandra，HBase，和DynamoDB等。
这类数据库非常适合于处理大规模的数据和分布式系统，因为它们可以提供高性能、高可用性和易扩展性。
分布式数据库：如Cassandra，CockroachDB和Google's Spanner 等。
这类数据库可以在网络的多个物理位置分布数据，并提供数据的高可用性和冗余。
时间序列数据库（Time Series Database）：如InfluxDB。
这类数据库主要用于处理时间序列数据，即按时间顺序排列的数据点集合，例如股票价格或者气温数据。
图形数据库（Graph Databases）：如Neo4j，这类数据库使用图结构，即节点和边来表示和存储数据，非常适合于处理复杂的关系型数据。
一、数据库的选用：选择哪种类型的数据库取决于你的具体需求。
例如，如果你需要处理大量的结构化数据，并且需要使用SQL进行复杂查询，那么关系型数据库可能是最好的选择。
而如果你处理的是非结构化数据或者需要高并发读写，NoSQL数据库可能更合适。
二、数据库管理系统（DBMS）：数据库通常需要一个数据库管理系统（DBMS）来进行操作和管理。
简述数据库管理系统的分类
简述数据库管理系统的分类数据库管理系统（Database Management System，简称DBMS）是由一组软件和工具组成的系统，用于管理、组织和访问数据库中的数据。
随着信息技术的发展，数据库管理系统在企业和组织中扮演着重要的角色。
根据不同的分类标准，数据库管理系统可以分为以下几种类型。
1.层次数据库管理系统层次数据库管理系统是最早的数据库管理系统类型之一，它基于树形结构来组织和管理数据。
在层次数据库中，数据被组织成为一个树形结构，其中每个节点可以有一个父节点和多个子节点。
这种数据库管理系统具有简单和高效的特点，但缺点是对于复杂和多对多的关系表示不够灵活。
2.网络数据库管理系统网络数据库管理系统是在层次数据库的基础上发展而来的，它使用图形结构来组织和管理数据。
在网络数据库中，数据可以用多对多的关系进行表示，节点可以有多个父节点和多个子节点。
这种数据库管理系统相比层次数据库更加灵活，但是对于数据的完整性和一致性要求较高。
3.关系数据库管理系统关系数据库管理系统是目前最常用的数据库管理系统类型之一，它使用关系模型来组织和管理数据。
在关系数据库中，数据被组织成为一张或多张表格，每个表格由多个属性和记录组成。
关系数据库管理系统具有严格的数据完整性、灵活的查询和高效的存储特点，因此被广泛应用于各个领域。
4.面向对象数据库管理系统面向对象数据库管理系统是在关系数据库管理系统的基础上发展而来的，它使用面向对象的思想来组织和管理数据。
在面向对象数据库中，数据被组织成为对象，并使用类和继承等概念来描述对象之间的关系。
这种数据库管理系统适用于处理复杂的数据和对象关系，但由于其复杂性和高成本，目前在实际应用中使用较少。
5.分布式数据库管理系统分布式数据库管理系统是用于管理分布在不同地理位置的多个计算机节点上的数据。
在分布式数据库管理系统中，数据分布在多个节点上，并通过网络进行通信和交互。
这种数据库管理系统可以提高数据的可靠性和可用性，但同时也增加了系统的复杂性和管理难度。
数据库的发展过程
数据库的发展过程一、简介数据库是指按照一定数据模型组织、存储和管理数据的系统。
在计算机科学领域，数据库是非常重要的基础设施，它广泛应用于各个领域，如企业管理、科学研究、教育和医疗等。
数据库的发展经历了多个阶段，本文将对其发展过程进行全面、详细、完整且深入地探讨。
二、文件系统数据库的发展起源于早期的文件系统。
在文件系统中，数据以文件的形式存储在磁盘上，要访问特定的数据，需要通过文件路径和文件名进行查找。
这种方式虽然简单直接，但存在着很多问题，如数据冗余、数据不一致性和数据难以共享等。
三、层次数据库为了解决文件系统的问题，层次数据库被提出。
层次数据库将数据组织成树形结构，通过父子关系连接数据。
这种结构使得数据可以更加有条理地组织，也方便了数据的检索和使用。
然而，层次数据库对数据间的关系处理有限，而且对于复杂的查询操作支持不够强大。
3.1 数据模型改进层次数据库的局限性促使了数据模型的改进。
在这个过程中，关系模型被引入，它把数据组织成表格形式，通过行和列的组合来表示数据间的关系。
关系模型的出现极大地提升了数据的灵活性和查询的能力，成为数据库发展的重要里程碑。
3.2 网状数据库在关系模型之后，网状数据库被提出。
网状数据库通过使用指针来建立数据间的关系，这种方式比层次数据库更加灵活，可以支持多对多的关系。
然而，网状数据库的复杂性和难以理解性限制了其应用的推广，导致其逐渐被关系数据库所取代。
四、关系数据库关系数据库是数据库的一个重要分支，以关系模型为基础进行数据的组织和管理。
关系数据库使用表格形式存储数据，数据间通过关系（即表与表之间的联系）进行连接。
关系数据库具有以下特点：4.1 数据结构清晰关系数据库通过定义表格的结构，规定了数据的类型、大小和约束条件等。
这样可以保证数据的一致性和完整性，减少了数据冗余和数据不一致性的问题。
4.2 数据操作简便关系数据库提供了SQL（结构化查询语言）来对数据进行增删改查操作。
数据库技术综述
数据库技术综述数据库技术是当代信息技术领域中至关重要的一项技术。
随着数据量的不断增长和数据处理的需求日益复杂化，数据库技术的发展也不断推进，为企业和个人提供了高效、可靠的数据管理解决方案。
本文将综述数据库技术的发展历程、不同类型的数据库以及相关的技术趋势。
一、发展历程数据库技术的发展始于上世纪60年代，最早由IBM的研究员提出并逐渐普及。
最初的数据库技术主要采用层次模型和网状模型来管理数据。
直到70年代中期，关系模型数据库的出现彻底改变了数据库技术的格局。
关系模型数据库通过使用表格、行和列的形式把数据组织起来，大大提升了数据的存取效率和操作灵活性。
90年代初期，面向对象数据库概念的出现为数据库技术带来了新的发展方向。
面向对象数据库通过将数据和行为封装在一起，使之成为一个对象。
这种数据库技术提供了面向对象编程的优势，使得处理复杂数据结构变得更加容易。
然而，由于它的性能和成本问题，并没有迅速普及。
随着互联网的兴起，大规模数据的存储和处理成为企业和组织面临的重要挑战。
于是，分布式数据库和并行数据库技术随之发展起来。
分布式数据库将数据存储在多个物理节点上，提供了更好的可扩展性和容错性。
并行数据库则利用多个处理器同时进行数据处理，提高了数据处理的速度和吞吐量。
二、不同类型的数据库1. 关系型数据库（RDBMS）关系型数据库是最常见也是最经典的数据库类型。
它使用关系模型来组织数据，将数据存储在以表格（表）为基础的结构中。
关系型数据库具有严格的数据结构定义和数据完整性保证，并支持复杂的事务处理和数据查询。
MySQL、Oracle和Microsoft SQL Server等都是常见的关系型数据库。
2. 非关系型数据库（NoSQL）非关系型数据库是一种相对于关系型数据库而言的新型数据库类型。
它们以键值对、列族、文档或图形等数据模型来存储数据，具有更弹性的数据模型和更好的可伸缩性。
非关系型数据库如MongoDB、Redis和Cassandra 等，适用于大规模数据的处理和高并发访问。
几种常见数据库比较
目前，商品化的数据库管理系统以关系型数据库为主导产品，商品化的数据库管理系统以关系型数据库为主导产品，技术比较成熟。
技术比较成熟。
面向对象的数据库管理系统虽然技术先进，数据库易于开发、维护，但尚未有成熟的产品。
的数据库管理系统虽然技术先进，数据库易于开发、维护，但尚未有成熟的产品。
国际国内国际国内的主导关系型数据库管理系统有ORACLE 、SYBASE 、INFORMIX 和INGRES 。
这些产品都支持多平台，如UNIX 、VMS 、WINDOWS ，但支持的程度不一样。
在下面的分析中会比较他们的平台支持能力。
IBM 的DB2也是成熟的关系型数据库。
但是，DB2是内嵌于IBM 的AS/400系列机中，只支持OS/400操作系统。
根据选择数据库管理系统的依据，我们比较、分析一下这几种数据库管理系统的性能：较、分析一下这几种数据库管理系统的性能：1. ORACLE 数据库管理系统· 无范式要求，可根据实际系统需求构造数据库。
无范式要求，可根据实际系统需求构造数据库。
· 采用标准的SQL 结构化查询语言。
结构化查询语言。
· 具有丰富的开发工具，覆盖开发周期的各阶段。
具有丰富的开发工具，覆盖开发周期的各阶段。
· 支持大型数据库，数据类型支持数字、字符、大至2GB 的二进制数据，为数据库的面向对象存储提供数据支持。
面向对象存储提供数据支持。
· 具有第四代语言的开发工具（SQL*FORMS 、SQL*REPORTS 、SQL*MENU 等）。
等）。
· 具有字符界面和图形界面，易于开发。
ORACLE7。
1版本具有面版本具有面向对象的开发环境CDE2。
· 通过SQL*DBA 控制用户权限，控制用户权限，提供数据保护功能，提供数据保护功能，提供数据保护功能，监控数据库的监控数据库的监控数据库的 运行状态，运行状态，调整调整数据缓冲区的大小。
数据缓冲区的大小。
简述数据库的分类及概念和特征
简述数据库的分类及概念和特征数据库是计算机存储和管理数据的一种技术，它可以高效地存储和检索大量结构化和非结构化的数据。
数据库分为几种不同的类型，包括关系型数据库、非关系型数据库、面向对象数据库和分布式数据库等。
每种类型的数据库都有其独特的概念和特征。
1.关系型数据库（Relational Database）关系型数据库是最常用的数据库类型之一，其数据以表（Table）的形式组织和存储。
关系型数据库采用结构化查询语言（SQL）进行数据管理和查询。
关系型数据库的特征包括：-数据以表格的形式组织，其中每一列表示一个字段，每一行表示一个记录。
-表格之间可以建立关系，通过主键（Primary Key）和外键（Foreign Key）来实现不同表格之间的链接。
-支持事务的概念，保证数据的完整性和一致性。
-支持复杂的查询操作，可以通过SQL语句进行数据的检索、更新、插入和删除等操作。
-具有强大的安全性和数据完整性控制机制。
2.非关系型数据库（NoSQL Database）非关系型数据库是相对于关系型数据库而言的，非关系型数据库不使用固定的表格结构来存储数据，而是使用其他的数据模型。
非关系型数据库的特征包括：-常见的非关系型数据库包括键值数据库、文档数据库、列族数据库和图形数据库等。
-数据以键值对的形式存储，可以更灵活地存储结构化和非结构化的数据。
-不需要事先定义表格结构，可以根据需要动态地添加或删除字段。
-支持分布式存储和集群部署，可以高效地处理大规模数据。
-适用于大规模、高并发的数据存储和查询场景。
3.面向对象数据库（Object-oriented Database）面向对象数据库是以面向对象的概念和模型来存储和管理数据的数据库。
面向对象数据库的特征包括：-数据以对象的形式存储，可以直接存储和查询面向对象的数据类型。
-支持类、继承和多态等面向对象的特性。
-可以直接存储和查询复杂的对象关系，比如对象之间的继承、关联和聚合等。
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8.1.3 传统数据库的局限性
一般说来，将第一代数据库和第二代数据库称为传统 数据库。 由于传统数据库尤其是关系数据库系统具有许多优点， 人们纷纷采用数据库技术来进行数据管理，数据库技 术被应用到了许多新的领域，如计算机辅助设计/计算 机辅助制造（CAD/CAM），计算机辅助工程（CASE）， 图像处理等，这些新领域的应用不仅需要传统数据库 所具有的快速检索和修改数据的特点，而且在应用中 提出了一些新的数据管理的需求，如要求数据库能够 处理声音、图像、视频等多媒体数据。 在这些新领域中，传统数据库暴露了其应用的局限性， 主要表现在以下几个方面： 返回
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关系模型之所以能成为深受广大用户欢迎的数 据模型，与第一代数据库系统所支持的格式化 模型相比，主要具有以下特点：
关系模型的概念单一，实体以及实体之间的联系都 用关系来表示； 关系模型以关系代数为基础，形式化基础好； 数据独立性强，数据的物理存取路径对用户隐蔽； 关系数据库语言是非过程化的，将用户从编程数据 库记录的导航式检索中解脱出来，大大降低了用户 编程的难度。
2.数据类型简单、固定
传统的 DBMS 主要面向事务处理，只能处理简单的数据 类型，如整数、实数、字符串、日期等，而不能根据 特定的需要定义新的数据类型。例如，不能定义包含 三个实数分量（x,y,z）的数据类型circle来表示圆， 而只能分别定义三个实型的字段。这样对于复杂的数 据类型只能由用户编写程序来处理，加重了用户的负 担，也不能保证数据的一致性。 返回
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3．独立的数据定义语言 第一代数据库系统使用独立的数据定义语言来描述 数据库的三级模式以及二级映象。格式一经定义就 很难修改，这就要求数据库设计时，不仅要充分考 虑用户的当前需求，还要了解需求可能的变化和发 展。 4．导航的数据操纵语言 导航的含义就是用户使用某种高级语言编写程序， 一步一步的引导程序按照数据库中预先定义的存取 路径来访问数据库，最终达到要访问的数据目标。 在访问数据库时，每次只能存取一条记录值。若该 记录值不满足要求就沿着存取路径查找下一条记录 值。
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8.1.2 第二代数据库系统
第二代数据库系统是指支持关系数据模型的关 系数据库系统。 关系模型不仅简单、清晰，而且有关系代数作 为语言模型，有关系数据理论作为理论基础。 所以在关系模型提出后，很快便从实验室走向 了社会，20世纪80年代几乎所有新开发的数据 库系统都是关系型数据库系统。这些商用数据 库系统的运行，特别是微机 RDBMS 的使用，使 数据库技术日益广泛地应用到企业管理、情报 检索、辅助决策等各个方面，成为实现和优化 信息系统的基本技术。
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4．被动响应
传统数据库只能根据用户的命令执行特定的服务，属于被动响应， 用户要求做什么，系统就做什么。而在实际应用中，往往要求一 个系统能够管理它本身的状态，在发现异常情况时及时通知用户； 能够主动响应某些操作或外部事件，自动采取规定的行动等等。 例如，一个仓库管理系统除了希望数据库系统能够正确，高效地 存储有关物品的数据，还希望数据库系统能够对仓库库存进行监 控，当库存太少或太多时主动向用户发出警告。要完成这样的工 作，数据库系统必须更加主动、更加智能化，而传统的数据库显 然不能适应
从应用程序员的角度来看，在某一应用领域内标识的 对象可以包含两方面的内容，即对象的结构和对象的 行为。 传统的数据库可以采用一定的数据库模式来表示前者， 而对于后者，却不能直接存储和处理，必须通过另外 的应用程序加以实现。例如，对于多媒体数据，虽然 可以在带有前面所提到的缺陷的情况下以简单的二进 制代码形式存储其结构，但却无法存储其行为（如播 放声音、显示图像等）。这样，这些多媒体数据必须 由相应的应用程序来识别，而对于其他不了解其格式 的用户来说，数据库中存储的是没有任何意义的二进 制数据。 由此可见，在传统数据库中，对象的结构可以存储在 数据库中，而对象的行为必须由应用程序来表示，对 象的结构与行为完全相分离。 返回
5．事务处理能力较差
传统数据库只能支持非嵌套事务，对于较长事务的运行较慢，且 中事务发生故障时恢复比较困难。
由于存在上述种种缺陷，使得传统数据库无法满足新 领域的应用需求，数据库技术遇到了挑战，在这种情 况下，新一代数据库技术应运而生。 返回
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8.1.4 第三代数据库系统
8.1.4.1 第三代数据库系统的特点 第 三 代 数 据 库 系 统 是 指 支 持 面 向 对 象 （ Object Oriented，简称OO）数据模型的数据库系统。 在数据库面临许多新的应用领域时，1989年9月，一批 专门研究面向对象技术的著名学者著文“面向对象的 数据库系统宣言”，提出继第一代（层次、网状）和 第二代（关系）数据库系统后，新一代 DBS 将是 OODBS 。 1990年9月，一些长期从事关系数据库理论研究的学者 组建了高级 DBMS 功能委员会，发表了“第三代数据库 系统宣言”的文章，提出了第三代 DBMS 应具有的三个 基本特点。
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1．面向机器的语法数据模型
传统数据库中采用的数据模型是面向机器的语法数据 模型，只强调数据的高度结构化，只能存储离散的数 据和有限的数据与数据之间的关系，语义表示能力较 差，无法表示客观世界中的复杂对象，如声音、图像、 视频等多媒体数据，工程、测绘等领域中的非格式化 数据。此外，传统数据模型缺乏数据抽象，无法揭示 数据之间的深层含义和内在联系。
1．支持三级模式的体系结构 层次数据库和网状数据库均支持三级模式结构，即外模式、 模式和内模式，并通过外模式与模式、模式与内模式二级映 象，保证了数据的物理独立性和逻辑独立性。 2．用存取路径来表示数据之间的联系 数据库不仅存储数据而且存储数据之间的联系。数据之间的 联系在层次和网状数据库系统中是用存取路径来表示和实现 的。
8.1 数据模型与数据库系统的发展
数据模型是数据库系统的核心和基础， 数据模型的发展经历了格式化数据模型 （层次数据模型和网状数据模型的统 称）、关系数据模型和面向对象的数据 模型三个阶段，按照这种划分，数据库 技术的发展也经历了三个发展阶段。
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8.1.1 第一代数据库系统
层次数据库系统和网状数据库系统的数据模型分别为 层次模型和网状模型，但从本质上讲层次模型是网状 模型的特例，二者从体系结构、数据库语言到数据存 储管理上均具有共同的特征，都是格式化模型，属于 第一代数据库系统。 第一代数据库系统的特点是：