《深入探究关系型数据库的存储形式》
关系型数据库是一种广泛应用的数据管理系统,其存储形式有着独特的结构和原理。
一、表结构存储
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关系型数据库以表(Table)为基本存储单元,表是由行(Row)和列(Column)组成的二维结构,每一行代表一个记录,也就是一个实体的相关数据集合,在一个员工信息表中,一行可能包含某个员工的工号、姓名、年龄、部门等信息,列则定义了数据的类型和属性,如姓名列的数据类型可能是字符串类型,年龄列可能是整数类型,这种表结构清晰地反映了实体与实体之间的关系,通过定义主键(Primary Key),可以唯一标识表中的每一行记录,主键具有唯一性和非空性,确保数据的完整性和准确性。
二、数据的存储方式
1、基于磁盘的存储
- 关系型数据库的数据最终是存储在磁盘上的,为了提高数据的读写效率,数据库管理系统采用了多种磁盘存储技术,数据通常以文件的形式存储在磁盘上,这些文件被组织成特定的结构,数据库可能会将表的数据存储在一个或多个数据文件中,并且会有索引文件与之相关联,当执行查询操作时,数据库系统需要从磁盘读取数据到内存中进行处理。
- 数据库管理系统会对磁盘空间进行有效的管理,包括数据的分配和回收,当表中的数据增加或删除时,数据库需要合理地调整磁盘上的存储空间,为了减少磁盘I/O操作的开销,数据库会采用缓存技术,将经常访问的数据块缓存在内存中。
2、数据的序列化存储
- 在关系型数据库中,数据在磁盘上的存储是序列化的,不同的数据类型会按照一定的规则进行编码和存储,整数类型可能会按照二进制补码的形式存储,字符串类型会按照字符编码(如UTF - 8)存储,这种序列化存储方式确保了数据在磁盘上的紧凑性和可恢复性。
- 对于大型对象(LOB,如图片、音频等),关系型数据库也有特殊的存储方式,通常会采用单独的存储区域来存储LOB数据,而在表中只存储指向LOB数据的指针,以避免大量的LOB数据对表结构存储的影响。
三、索引存储
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1、索引的结构
- 索引是关系型数据库中提高查询效率的重要手段,索引本身也是一种数据结构,常见的索引结构有B - 树(B - Tree)及其变体(如B+树),以B+树为例,它是一种平衡的多路查找树,B+树的叶子节点存储了索引键值和对应的数据记录的指针(在聚集索引的情况下,直接存储数据记录),非叶子节点存储索引键值和指向子节点的指针,这种结构使得在进行数据查找时,可以快速定位到目标数据所在的磁盘块。
- 除了B+树索引,还有哈希(Hash)索引等,哈希索引通过对索引键值进行哈希运算,将其映射到一个特定的存储位置,哈希索引在等值查询时效率非常高,但不适合范围查询。
2、索引与数据的关联
- 索引存储与表数据存储是相互关联的,当在表上创建索引时,数据库管理系统会在磁盘上开辟专门的空间来存储索引结构,索引中的键值与表中的列数据相对应,在员工信息表中,如果在姓名列上创建了索引,那么索引中的键值就是员工的姓名,而对应的指针指向表中包含该姓名的行记录,在查询操作中,如果查询条件涉及到索引列,数据库系统会首先查找索引,然后根据索引中的指针快速定位到表中的数据,大大提高了查询速度。
四、数据完整性约束存储
1、约束的定义
- 关系型数据库通过定义数据完整性约束来确保数据的准确性和一致性,常见的约束有实体完整性约束(如主键约束)、参照完整性约束和域完整性约束,这些约束在数据库中是如何存储的呢?约束的定义信息通常存储在数据库的系统表中,系统表是数据库管理系统用来管理数据库自身元数据的表。
2、约束的执行机制
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- 当对数据进行插入、更新或删除操作时,数据库管理系统会检查这些操作是否违反了已定义的完整性约束,在执行插入操作时,如果插入的值违反了列的域完整性约束(如插入一个不符合数据类型的值),或者违反了参照完整性约束(如插入一个在关联表中不存在的外键值),数据库系统会拒绝该操作并返回错误信息,这种基于存储的约束定义的执行机制,保证了关系型数据库中数据的高质量。
五、事务日志存储
1、日志的作用
- 事务日志是关系型数据库中非常重要的组成部分,它用于记录数据库中所有事务的操作信息,包括事务的开始、提交、回滚等操作,以及对数据的修改内容,事务日志的存储主要是为了保证数据库的原子性、一致性、隔离性和持久性(ACID)特性。
2、日志的存储结构
- 事务日志通常以顺序文件的形式存储在磁盘上,日志文件中的记录按照事务发生的时间顺序依次存储,每一条日志记录包含了事务标识、操作类型(如插入、更新、删除)、操作对象(表名和列名)以及操作前后的数据值等信息,在数据库发生故障时,例如系统崩溃或硬件故障,数据库管理系统可以通过分析事务日志来恢复数据到一致状态,如果一个事务在执行过程中发生故障,数据库可以根据日志中的信息回滚该事务,撤销已经执行的操作;如果数据库在正常关闭前没有完全将数据写入磁盘,在重新启动时,可以根据日志中的信息重新执行未完成的事务,将数据写入磁盘。
关系型数据库的存储形式是一个复杂而有序的体系,各个部分相互协作,共同为数据的高效存储、快速查询、数据完整性维护以及故障恢复提供支持。
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