《深入解析数据库的三级模式与二级映像》
一、数据库三级模式概述
1、外模式（External Schema）
图片来源于网络，如有侵权联系删除
- 外模式也被称为子模式或用户模式，它是数据库用户（包括应用程序员和最终用户）能够看见和使用的局部数据的逻辑结构和特征的描述，外模式是从特定用户的角度对数据库的一种视图，在一个学校管理数据库中，教务处的用户可能只关心学生的课程成绩、选课信息等相关数据，他们所看到的就是一个专门为教务处设计的外模式，这个外模式屏蔽了数据库中其他与教务处业务无关的数据，如学校的财务信息、设备采购信息等。
- 一个数据库可以有多个外模式，不同的用户群体可以根据自己的需求拥有不同的外模式，外模式可以简化用户对数据库的理解和操作，使得用户能够更加专注于自己需要的数据部分。
2、模式（Schema）
- 模式是对数据库中全体数据的逻辑结构和特征的描述，是所有用户的公共数据视图，它定义了数据库的整体框架，包括数据的结构（如数据项的类型、取值范围等）、数据之间的联系以及数据的约束条件等，在学校管理数据库中，模式会定义学生表、教师表、课程表等基本表的结构，以及它们之间的关系，如学生表中的“学号”与选课表中的“学号”相关联，表示学生的选课情况，模式是数据库设计的核心部分，数据库管理员（DBA）主要负责对模式的定义和维护。
3、内模式（Internal Schema）
- 内模式又称为存储模式，它是对数据在数据库内部的表示方式和存储结构的描述，内模式涉及到数据在存储介质上的存储方式，如数据的存储顺序、索引结构、数据压缩等技术细节，在关系型数据库中，内模式会规定数据如何存储在磁盘上，是按照行存储还是按照列存储，如何构建索引来提高数据查询效率等，内模式是数据库系统内部的一种表示，对于普通用户来说是透明的，只有数据库管理员在进行数据库性能优化等操作时才会涉及到内模式的调整。
二、数据库二级映像原理
1、外模式/模式映像（External Schema/Schema Mapping）
图片来源于网络，如有侵权联系删除
- 外模式/模式映像定义了外模式与模式之间的对应关系，这种映像使得外模式可以独立于模式而存在，当模式发生改变时，例如在学校管理数据库中，增加了一个新的学生属性（如“特长”字段），只要对外模式/模式映像进行相应的调整，而外模式可以保持不变，这样，应用程序就不需要进行修改，因为应用程序是基于外模式编写的，这就保证了数据的逻辑独立性，即用户的应用程序与数据库的逻辑结构（模式）的改变是相互独立的。
- 外模式/模式映像通常是在数据库管理系统（DBMS）中实现的，DBMS通过这个映像来将用户对外模式的操作转换为对模式的操作，当教务处用户通过他们的外模式查询学生成绩时，DBMS根据外模式/模式映像找到对应的模式中的数据表和字段，然后执行查询操作。
2、模式/内模式映像（Schema/Internal Schema Mapping）
- 模式/内模式映像定义了模式与内模式之间的对应关系，这种映像保证了数据的物理独立性，当内模式发生改变时，例如数据库从一种存储结构（如顺序存储）转换为另一种存储结构（如索引存储），只要模式/内模式映像进行相应的修改，模式可以保持不变，这意味着数据库的逻辑结构不受物理存储结构变化的影响，从而应用程序也不需要进行修改。
- 模式/内模式映像是数据库管理系统内部实现数据存储和管理的关键机制，DBMS通过这个映像将对逻辑数据的操作转换为对物理存储数据的操作，当执行一个查询操作时，DBMS首先根据模式确定要查询的逻辑数据结构，然后通过模式/内模式映像找到这些数据在存储介质上的实际存储位置，从而获取数据。
三、三级模式二级映像的意义
1、提高数据独立性
- 数据的逻辑独立性和物理独立性是数据库系统的重要特性，逻辑独立性使得用户的应用程序不依赖于数据库的逻辑结构的改变，物理独立性使得应用程序不依赖于数据库的物理存储结构的改变，这两种独立性大大减少了应用程序的维护成本，在企业的信息管理系统中，随着业务的发展，数据库的结构可能需要不断优化和扩展，如果没有三级模式二级映像的机制，每次数据库结构的改变都可能导致大量应用程序的修改，这将耗费大量的人力和时间。
图片来源于网络，如有侵权联系删除
2、方便用户使用
- 外模式为不同用户提供了个性化的数据库视图，使得用户可以更加方便地操作自己所关心的数据，不同部门的用户，如销售部门、生产部门、财务部门等，可以根据自己的业务需求使用不同的外模式，而不需要了解整个数据库的复杂结构。
3、便于数据库管理
- 对于数据库管理员来说，三级模式二级映像机制使得他们可以更加灵活地管理数据库，他们可以在不影响用户应用程序的情况下，对数据库的逻辑结构和物理存储结构进行优化和调整，在数据库性能出现问题时，DBA可以通过调整内模式（如优化索引结构）来提高数据库的查询和存储效率，而不需要担心对应用程序的影响，在数据库逻辑结构需要扩展或修改时，也可以通过调整模式和相关的映像关系来实现。
数据库的三级模式二级映像是现代数据库系统的重要组成部分，它为数据库的设计、使用和管理提供了诸多优势，是保证数据库系统高效、稳定运行的关键机制。
评论列表