第五章 数据库设计和事物

1.练习 

#建表
create table customer(
	cid int primary key auto_increment,
	cname char(10)
);
create table kind(
	kid int primary key auto_increment,
	kname varchar(10)
);
create table food(
	fid int primary key auto_increment,
	fname varchar(5),
	price decimal(5,2),
	kid int
);

create table details(
	detaildId int primary key auto_increment,
	cid int,
	fid int,
	qty int,
	constraint fk_cid foreign key(cid) references customer(cid),
	constraint fk_fid foreign key(fid) references food(fid) 
);

#插入数据
insert into customer
select 1,'李四' union
select 2,'王五' union
select 3,'张三';

insert into kind(kname) 
value ('汉堡'),('小食'),('饮品')

insert into food(fname,price,kid)
value 
	('鸡翅',9.50,2),
	('鸡腿堡',5.00,1),
	('可乐',5.00,3),
	('奶茶',5.00,3),
	('牛肉堡',6.50,1),
	('薯条',8.00,2),
	('香辣堡',4.50,1)

insert into details(cid,fid,qty)
value
	(1,1,1),
	(1,2,2),
	(1,4,1),
	(2,5,1),
	(2,6,2),
	(3,3,2),
	(3,7,1)

#每种分类都有哪些食品(分类名称，食品名称，分类价格)
select (select kname from kind where kid = f.kid),fname,price
from food f
order by kid;
#使用点餐明细表，查询点餐客人名称，食品名称，食品价格，数量
select (select cname from customer where cid = d.cid),
				(select fname from food where fid = d.fid),
				(select price from food where fid = d.fid),
				qty
from details d; 
#查询每个客人点餐的中金额
select (select cname from customer where cid = d.cid),
				sum(qty*(select price from food where fid = d.fid))
from details d
group by cid;
#查询每种食品分类的点餐总金额
select (select kname from kind where  kid =f.kid) ,
		sum(price * (select qty from details where fid = f.fid))
from food f
group by f.kid;

2.数据库三大范式(设计规则)

范式：Normal Format，符合某一种级别的关系模型的集合，表示一个关系内部各属性之间的联系的合理化程度，一个数据库表之间的所有字段之间的联系的合理性。

        ①范式是离散数学里的概念；

        ②范式目标是在满足组织和存储的前提下使数据结构冗余最小化；

        ③范式级别越高，表的级别就越标准。

目前数据库应用到的范式有一下几层：

        ①第一范式：1NF

        ②第二范式：2NF

        ③第三范式：3NF

除此以外还有BCNF范式：4NF，5NF

一个数据库表设计的是否合理，要从增删改查的角度去思考，操作是否方便。

 2.1 第一范式(1NF)

        确保每一列的原子性；如果每列都是不可再分的最小单位，即满足第一范式。

比如: 外国人的名字可以分为FirstName和LastName，所以设计表的时候要把名字分开。

 2.2 第二范式(2NF)

        在满足第一范式的基础上，确保每列都与主键相关，不能出现部分依赖，即满足第二范式。

        第二范式处理冗余数据的删除问题，当某张表中的信息依赖于该表中其它的不是主键部分的列的时候，通常会违反第二范式。

 

 2.3 第三范式(3NF)

        在满足了第二范式的基础上，并且确保每列都与主键直接相关而不是间接相关，则满足第三范式。

        假设A，B，C是关系R的3个属性，如果A->B且B->C，则通过这个依赖关系，可以得出A->C，如上所述，依赖A->C是传递依赖。

 在设计数据库的时候，要在满足自己需求的前提下，尽可能的满足三大范式。

 3. 表间的关系

①一对一关系： 一个学号对一个姓名

        在设计数据库时如果是一对一关系，直接设计成一张表(如果在字段非常多的情况下，可以做合理的分表);

②一对多(多对一)关系： 一个老师多个班级

        设计时主要是通过外键关联;

③多对多关系： 学生对课程

        设计数据库时，多对多关系，需要一个中间表进行关联。

4. 事物管理

4.1 为什么需要事物管理 

        事务是指逻辑上的一组操作，组成这组操作的各个单元，要不全成功要不全失败，即一组sql中哪怕有一条失败也会失败。

        默认情况下，mysql的事务是自动提交的，也就是执行了增删改语句之后，数据直接持久化到磁盘上，不能撤销，但是如果改为手动事务之后，更新过的数据，在没有使用commit提交时，可以通过roollback进行撤回。

4.2 使用事务解决问题

转账案例：张三给李四转账

#创建银行帐号表
create table bank
(
bid int primary key auto_increment,
account varchar(20),
money int
)
select * from bank;
insert into bank
(account,money)
values
('张三',10000),
('李四',10000)

处理1：

#开启事务
start transaction;
update bank
set money = money - 3000
where account='张三'

select * from bank

#在向李四转钱之前，发生错误了，此时回滚事务
rollback;

处理2：

#开启事务
start transaction;
update bank
set money = money - 3000
where account='张三'
update bank
set money = money + 3000
where account= '李四'
select * from bank
#提交事务
commit;

4.3 数据库事务的原理

        如果不写start transaction/begin；和commit；此时事务默认开启自动提交；在数据库中，事务都是自动提交的，事务的自动提交就是执行语句完成之后就立刻持久化到数据库中。

start transaction/begin;开始事务

rollback;回滚事务

commit;提交事务

4.4 事务的特征ACID

① 原子性(Atomicity)

        事务开始后所有操作，要么全部做完，要么全部不做，不可能停滞在中间环节,事务执行过程中出错，会回滚到事务开始前的状态，所有的操作就像没有发生一样.也就是说事务是一个不可分割的整体，就像化学中学过的原子，是物质构成的基本单位;

② 一致性(Consistency)

        事务开始前和结束后，数据库的数据完整性约束没有被破坏，事务前后操作数据是一致的;(如：A向B转账，不可能A扣了钱，B却没收到)

③ 隔离性(Isolation)

        一个事务的执行不能被其他事务干扰，即一个事务内部的操作及使用的数据对并发的其他事务是隔离的，并发执行的各个事务之间不能互相干扰，两个事务之间是有隔离级别，隔离级别的不同会导致出现不同的问题；(产生的三种问题：脏读，幻读，不可重复读)

④ 持久性(Durability)

        持久性也称永久性(permanence)，指一个事务一旦提交，它对数据库中数据的改变就应该是永久性的，接下来的其他操作或故障不应该对其有任何影响。

4.5 事务的并发问题

数据库事务无非就两种： 查询数据的事务(select)、更新数据的事务(update,insert)

        在没有事务隔离控制的时候，多个事务在同一时刻对同一数据的操作可能就会影响到结果，通常有四种情况：

①两个更新事务同时修改一条数据时，会出现数据丢失，绝对不允许出现；

②一个更新事务更新一条数据时，另一个读取事务读取了还没提交的更新，这种情况下会出现读取到脏数据；

③一个读取事务读取一条数据时，另一个更新事务修改了这条数据，这时就会出现不可重现的读取；

④一个读取事务读取时，另一个插入事务插入了一条新数据，这样就可能多读出一条数据，出现幻读。

        前三种是对同一条数据的并发操作，对程序的结果可能产生致命影响，尤其是金融等实时性，准确性要求极高的系统，绝不容许这三中情况的出现。

事务的并发问题：

①脏读：事务A读取了事务B更新的数据，然后B回滚操作，那么A读取到的数据是脏数据

②不可重复读：事务 A 多次读取同一数据，事务B在事务A多次读取的过程中，对数据作了更新并提交，导致事务A多次读取同一数据时，结果不一致

③A事务查询了某个Id的记录，发现为空，准备插入该编号的记录，此时B事务先做了插入，并做了提交，此时A事务插入同编号的记录时触发了主键重复的异常，对于A事务而言，第一次读的结果就像发生了幻觉。

        不可重复读侧重于修改，幻读侧重于新增或删除，解决不可重复读的问题只需锁住满足条件的行，解决幻读需要锁表。

4.6 MySQL事务隔离级别(用于解决事务并发问题)

事务隔离级别	脏读	不可重复读	幻读
未提交读(read-uncommitted)	是	是	是
不可重复读(read-committed)	否	是	是
可重复读(repeatable-read)	否	否	是
串行化(serializable)	否	否	否

        对于MySQL的Innodb的默认事务隔离级别是重复读(repeatable read)，可以通过下面的命令查看：

        mysql>  SELECT @@tx_isolation;--5.7版本

        mysql>  SELECT @@transaction_isolation; --8.0版本

#设置mysql的隔离级别：
#set session transaction isolation level 设置事务隔离级别

#设置read uncommitted级别：
set session transaction isolation level read uncommitted;
#在该隔离级别下，并发事务可以读取未提交的数据，可能导致脏读、不可重复读、幻读等问题

#设置read committed级别：
set session transaction isolation level read committed;
#在该隔离级别下，并发事务只能读取提交过的数据，可以避免脏读问题，但是可能导致不可重复读、幻读等问题，这是大多数数据库系统的默认隔离级别(但不是MySQL默认的)

#设置repeatable read级别：
set session transaction isolation level repeatable read;
#在该隔离级别下，在同一事务中多次查询数据都能保证一致，可以避免不可重复读问题，但是可能导致幻读等问题

#设置Serializable(可串行化)
set session transaction isolation level serializable;
# 这是最高的隔离级别，它通过强制事务排序，使之不可能相互冲突，从而解决幻读问题，简言之，它是在每个读的数据行上加上共享锁，在这个级别，可能导致大量的超时现象和锁竞争