范式、事务特性、隔离级别
第一范式:(1NF)无重复的列,即同一列不能有多个值。关系模式的基本要求,不满足第一范式的数据库就不是关系数据库。
第二范式:(2NF)属性完全依赖于主键(消除部分子函数依赖)。第二范式是在第一范式的基础上建立起来的,即满足第二范式必须先满足第一范式。
第二范式要求数据库表中的每个实例(每一行)必须可以被惟一地区分、实体的属性完全依赖于主关键字。为实现区分通常需要为表加上一个列,以存储各个实例的惟一标识。例如员工信息表中加上了员工编号(emp_id)列,因为每个员工的员工编号是惟一的,因此每个员工可以被惟一区分。这个惟一属性列被称为主关键字或主键、主码。 所谓完全依赖是指不能存在仅依赖主关键字一部分的属性,如果存在,那么这个属性和主关键字的这一部分应该分离出来形成一个新的实体,新实体与原实体之间是一对多的关系。为实现区分通常需要为表加上一个列,以存储各个实例的惟一标识。
示例:设计一个学生系统,包括以下内容:学号、学生姓名、年龄、性别、课程、课程学分、系别、学科成绩,系办地址、系办电话等信息。考虑以下问题:
学生有那些基本信息;
学生选了那些课,成绩是什么;
每个课的学分是多少;
学生属于那个系,系的基本信息是什么。
首先我们考虑,把所有这些信息放到一个表中(学号,学生姓名、年龄、性别、课程、课程学分、系别、学科成绩,系办地址、系办电话)下面存在如下的依赖关系:
(学号)→ (姓名, 年龄,性别,系别,系办地址、系办电话)
(课程名称) → (学分)
(学号,课程)→ (学科成绩)
因此不满足第二范式的要求,会产生如下问题:
数据冗余: 同一门课程由n个学生选修,"学分"就重复n-1次;同一个学生选修了m门课程,姓名和年龄就重复了m-1次。
更新异常:
若调整了某门课程的学分,数据表中所有行的"学分"值都要更新,否则会出现同一门课程学分不同的情况。
假设要开设一门新的课程,暂时还没有人选修。这样,由于还没有"学号"关键字,课程名称和学分也无法记录入数据库。
删除异常 : 假设一批学生已经完成课程的选修,这些选修记录就应该从数据库表中删除。但是,与此同时,课程名称和学分信息也被删除了。很显然,这也会导致插入异常。
所以应把选课关系表SelectCourse改为如下三个表:
学生:Student(学号,姓名, 年龄,性别,系别,系办地址、系办电话);
课程:Course(课程名称, 学分);
选课关系:SelectCourse(学号, 课程名称, 成绩)。
第三范式:(3NF)属性不依赖于其它非主属性
接着看上面的学生表Student(学号,姓名, 年龄,性别,系别,系办地址、系办电话),关键字为单一关键字"学号",因为存在如下决定关系:
(学号)→ (姓名, 年龄,性别,系别,系办地址、系办电话)
但是还存在下面的决定关系
(学号) → (系别)→(系办地址、系办电话)
即存在非关键字段"学院地点"、"学院电话"对关键字段"学号"的传递函数依赖。 它也会存在数据冗余、更新异常、插入异常和删除异常的情况。 (数据的更新,删除异常这里就不分析了,可以参照2.1.1进行分析)
根据第三范式把学生关系表分为如下两个表就可以满足第三范式了:
学生:(学号, 姓名, 年龄, 性别,系别);
系别:(系别, 系办地址、系办电话)。
上面的数据库表就是符合I,II,III范式的,消除了数据冗余、更新异常、插入异常和删除异常。
事务:
事务是并发控制的单位,是用户定义的一个操作序列。这些操作要么都做,要么都不做,是一个不可分割的工作单位。比如一个转账必须 A账号扣钱成功,B账号加钱成功,才算正真的转账成功。
事务的四个特征ACID:原子性、一致性、隔离性、持久性。
原子性:表示事务内操作不可分割。要么都成功、要么都是失败。
一致性:要么都成功、要么都是失败.后面的失败了要对前面的操作进行回滚。
隔离性:一个事务开始后,不能被其他事务干扰。
持久性/持续性:一旦事务提交成功,数据修改是永存的。
隔离性做不好的话会引起脏读、不可重复读、幻读。
脏读:一个事务处理过程中读取到了另一个还没有提交的事务的数据。
不可重复读:一个事务还没有提交时,被另一个事务进来更新了数据,导致第一个事务读取的数据是会变的。主要针对update操作。
幻读:一个读取事物读取时,另一个插入事物插入了一条新数据,这样就可能多读出一条数据,出现幻读。主要针对inser操作。
事务的四个隔离级别:
read uncommitted 读未提交:不能解决脏读、不可重复读、幻读。
read committed 读已提交:可以解决脏读问题。
repeatable read 可重复读:可以解决脏读、不可重复读问题。
Serializable 序列化:可以解决脏读、不可重复读与幻读问题。是最高的事务隔离级别,在该级别下,事务串行化顺序执行,可以避免脏读、不可重复读与幻读。但是这种事务隔离级别效率低下,比较耗数据库性能,一般不使用。
大多数数据库默认的事务隔离级别是Read committed,比如Sql Server , Oracle。MySQL的默认隔离级别是Repeatable read。