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  • 数据库基本原理

    千次阅读 2019-05-09 19:58:14
    数据库基本原理我对DB的理解1、数据库的组成:存储+实例不必多说,数据当然需要存储;存储了还不够,显然需要提供程序对存储的操作进行封装,对外提供增删改查的API,即实例。一个存储,可以对应多个实例,这将提高...
    前言

    今天我将站在程序员的角度以MySQL为例探索数据库的奥秘!

    数据库基本原理

    我对DB的理解

    1、数据库的组成:存储+实例

    不必多说,数据当然需要存储;存储了还不够,显然需要提供程序对存储的操作进行封装,对外提供增删改查的API,即实例。

    一个存储,可以对应多个实例,这将提高这个存储的负载能力以及高可用;多个存储可以分布在不同的机房、地域,将实现容灾。

    2、按Block or Page读取数据

    用大腿想也知道,数据库不可能按行读取数据(Why?^_^)。实质上,数据库,如Oracle/MySQL,都是基于固定大小(比如16K)的物理块(BlockorPage,我这里就不区分统一称为Block)来实现调度和管理的。要知道Block是数据库的概念,如何对应到文件系统呢?显然需要指出“这个Block的地址在哪里”,当查找到地址后,读取固定大小的数据就相当于完成了Block的读取了。

    数据库很聪明的,它不会仅仅只读取需要读取的Block,它还会替我们把附近的Block块都读取加载至内存。实际上,这是为了减少IO次数,提高命中率。事实上,一个Block块的附近Block也是热点数据,这种处理方式很有必要!

    3、磁盘IO是数据库的性能瓶颈

    毫无疑问,数据在磁盘上,少不了磁盘IO。什么磁头旋转,定位磁道,寻址的过程,就不说了,我们是程序员,也管不了这些。但是这个过程确实是非常耗时的,和内存读取不是一个数量级,所以后来出现了很多方式来减少IO,提升数据库性能。

    比如,增加内存,让数据库把数据更多的加载至内存。内存虽好,但也不能滥用,为什么这么说呢?假设数据库中有100G数据,如果都加载至内存,也就说数据库要管理100G磁盘数据+100G内存数据,你说累不累?(数据库要处理磁盘和内存的映射关系,数据的同步,还要对内存数据进行清理,如果涉及数据库事务,又是一系列复杂操作......)不过这里需要指出的是,为了加快内存查找速度,数据库一般对内存进行HASH存放。

    比如,利用索引,索引相比内存,是一个性价比非常高的东西,后文详细介绍MySQL的索引原理。

    比如,利用性能更好的磁盘...(和咱们就没关系呢)

    4、提出一些问题思考下:

    为什么我们说利用delete删除一个表的数据较trancate一个表要慢?

    【一个按行查找删除,多费劲;一个基于Block的体系结构删除】

    为什么我们说要小表驱动大表?

    【小表驱动大表会快?什么鬼?M*N和N*M不是一样的么?有鬼的地方,就有索引!】

    探索MySQL索引背后的原理

    对于绝大数的应用系统,读写比例在10:1,甚至100:1,而且insert/update很难出现性能问题,遇到最多的,最棘手的就是select了,select优化是重中之重,显然少不了索引!

    说起MySQL的索引,我们会冒出很多这些东西:BTree索引/B+Tree索引/Hash索引/聚集索引/非聚集索引...这么多,晕头!

    索引到底是什么,想解决什么问题?

    老生常谈了,官网说MySQL索引是一种数据结构,索引的目的就是为了提高查询效率。

    说白了,不使用索引的话,磁盘IO次数比较多!要想减少磁盘IO次数,怎么办?

    我们想通过不断缩小想要获取的数据的范围来筛选出最终想要的结果,把每次查找数据的磁盘IO次数控制在一个很小的数量级,最好是常数数量级。

    为了应对上述问题,B+Tree索引出来了!

    Hello,B+Tree

    在MySQL中,不同存储引擎对索引的实现方式是不同的,这里将重点分析MyISAM和Innodb。

    MyISAM引擎的B+Tree索引结构

    我们知道对于MyISAM引擎而言,数据文件和索引文件是分离的。从图中也可以看出,通过索引查找到后,就得到了数据的物理地址,然后根据地址定位数据文件中的记录即可。这种方式也叫"非聚集索引"。

    而对于Innodb引擎而言,数据文件本身是索引文件!通俗点说,叶子节点上,MyISAM存储的是记录的物理地址,而Innodb上存储的是数据内容,这种方式即"聚集索引"。

    另外一点需要注意的是,对于Innodb而言,主键索引中叶子节点存储的是数据内容,而普通索引的叶子节点中存储的是主键值!也就是说,对于Innodb的普通索引字段查找,先通过普通索引的B+Tree查找到主键后,然后通过主键索引的B+Tree进行查找。从这里你可以看出,对于Innodb而言,主键的建立非常重要!

    而对于MyISAM而言,主键索引和普通索引仅仅的区别在于主键只需要查找到一条记录即可停止,而普通索引允许重复,找到一条记录后需要继续查找,在结构上没有区别,如上图所示。

    深入B+Tree

    提几个问题:

    ①.为什么B+Tree把真实的数据放到叶子节点,而不是内层节点?

    ②.为什么我们说索引字段要尽可能短,最好是单调递增的?

    ③.为什么复合索引存在最左匹配原则?

    ④.范围查询(>,<,between,like)对最左匹配有什么影响?

    关于B+Tree的一些数学理论,咱们就不玩了,至少一点可以肯定的是:数据表的数据量N=F(树的高度h,每个Block存储的索引的个数m)。在N一定的情况下,索引字段越小,那么m会越大,这意味着h将越小!树越低,当然查找的更快!

    如果内层节点存放真实的数据,显然m会变小,树将变高。

    在实际应用中,我们应该尽可能采用单调递增的字段作为主键,一方面不会使得索引的数据结构变大,减小了索引占用的空间;另一方面也不会频繁的分裂B+Tree,使得效率下降。

    比如复合索引(name,age,sex),B+Tree会优先比较name来确定下一步的搜索方向。如果突然来了个(age,sex),根本上就无从下手。这也是符合常理的,对于一本书,我们说“找到第几章第几节的XXX”,从没有听说过“找到第几节的XXX”!这是复合索引的重要特性,即最左匹配特性。

    假设存在复合索引(name,age,sex),我们在进行select的时候,并没有按照这个顺序进行,而是sex='man'andname='zfz'andage=27,是否会使用索引呢?数据库是很聪明的,在SQL优化的时候,会自动帮助我们调整!但是如果缺失了复合索引的第一列,数据库也将无能为力呢。

    对于最左匹配,MySQL会一直向右匹配直到遇到范围查询就停止匹配。什么意思?比如复合索引(name,age,sex),对于name='zhangfengzhe'andage>26andsex='man',实际上只利用到了复合索引的name列。

    想利用索引,就得“干净”

    什么叫“干净”?就是不要让索引参与计算!比如在索引上应用函数,很可能导致索引失效。为什么呢?

    其实不用想,B+Tree上存储的是数据,要比较的话,需要把所有的数据都应用上函数,显然成本太大。

    想建立索引,看看区分度

    索引虽然物美价廉,但是也别乱来。count(distinctcol)/count(*)可以算一下col的区分度,显然对于主键而言,就是1。区分度太低的话,可以考虑下,是否还有必要建立索引呢?

    Hash索引

    这里并不是要深入分析Hash索引,而是要说明一下Hash的思想真是无处不在!

    在MySQL的Memory存储引擎中,存在hash函数,给一个key,通过hash函数进行计算得到地址,所以通常情况下,hash索引查找,会非常快,O(1)的速度。但是也存在hash冲突,和HashMap一样,通过单链表的形式解决。

    思考下,hash索引是否支持范围查询呢?

    显然是不支持的,它只能给一个KEY去查找。就如同HashMap一样,查找key包含"zhangfengzhe"的,会很快么?

    SQL优化神器:explain

    SQL优化的场景很多,网上的技巧也很多,完全记不住!

    要想彻底解决这个问题,我想只有把索引背后的数据结构和原理做适当的理解,遇到书写SQL或者SQL慢查询的时候,我们有基础去分析,再利用好explain工具去验证,就应该问题不大呢。

    explain查询的结果,可以告诉你哪些索引正在被使用,表是如何被扫描的等等。这里我将演示个Demo。

    数据表student:

    注意复合索引(age,address)

    符合最左前缀匹配

    复合索引失效

    OK,到这里,准备结束了,查询容易,优化不易,且写且珍惜!

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    来源:https://www.jianshu.com/p/aa1f0f29b4f8

    展开全文
  • 数据库基本原理.pdf

    2021-10-11 01:02:49
    数据库基本原理.pdf
  • 关系数据库基本原理

    2011-12-12 07:21:35
    第三讲\第2章 关系数据库基本原理系列文档中的第三档
  • 数据库基本原理课件 内容包括数据库基本概念、SQL等
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  • 数据库原理,讲述数据库基本原理,简明扼要,很不错
  • 数据库基本原理ppt

    2008-10-23 19:33:47
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  • 数据库_基本原理

    2016-07-06 12:56:06
    数据库在日常的Web开发中基本是必需品,我们开发人员除了会基本的SQL操作语言外,还是需要对数据库基本原理有所了解的,我想结合这篇文章做个自己的总结: “如果有人问你数据库的原理,叫他看这篇文章” 主要记录...

    数据库在日常的Web开发中基本是必需品,我们开发人员除了会基本的SQL操作语言外,还是需要对数据库的基本原理有所了解的,我想结合这篇文章做个自己的总结:

    如果有人问你数据库的原理,叫他看这篇文章

    主要记录我对数据库一般架构、索引、查询优化的理解。

    从开发人员的角度看,数据库一般由如下的架构:


    客户端访问数据库服务端时,一个查询主要会经过Client Manager, Query Manager, Data Manager。我理解的数据库最核心的地方应该是Query Manager中的查询优化算法以及Data Manager中的数据存储结构。

    现代的数据库都在采用基于成本的优化算法来优化查询,数据库大多数时候瓶颈在于磁盘I/O


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  • 2017年10月自学考试数据库系统原理04735真题,主要考核数据库基本原理和应用
  • 数据库原理

    2012-12-19 15:10:38
    数据库基本原理的课件,很实用。ppt课件。被多名老师作为讲课必须参照的课件
  • 数据库系统原理数据库系统概述基本概念

    千次阅读 热门讨论 2021-03-04 22:40:56
    数据库系统概述基本概念 主要内容: 一、数据 (1)数据的性质 (2)数据的一种分类形式 二、数据库 (1)数据库的概念 1.数据库技术本质是一种数据管理技术 2.数据库的定义 (2)数据库的特点 (3)数据库的操作 1.数据库的...

    数据库系统概述基本概念

    在这里插入图片描述

    一、数据

    (1)数据的性质

    • 数据和其语义环境密切相关
    • 关系模型中数据通过型来给出数据的语义
    • 现实生活中的数据往往不是孤立存在的,它们之间是有联系的

    数据通常有型和值之分 数据的型指的是数据的结构,数据的值指的是数据的具体取值

    (2)数据的一种分类形式

    • 结构化数据:二维表

    • 半结构化数据:HTML文档

    • 非结构化数据:文档、文本、图片、各类报表、图像、音频、视频等

    二、数据库

    (1)数据库的概念

    1.数据库技术本质是一种数据管理技术

    • 数据管理的定义

      • 数据管理顾名思义就是对数据的管理,具体来说是指使用电子计算机对数据进行分类、组织、存储、检索和维护
    • 数据管理的例子

      • 零售业:管理产品、客户和购买信息
      • 银行业:管理客户、帐户和存贷款
      • 制造业:管理订单、库存、销售等
      • 图书馆:管理图书、读者和借阅信息
      • 学校:管理学生、教师、课程和成绩

    2.数据库的定义

    数据库(Database,简称DB)是持久储存在计算机中、有组织的 、可共享的大量数据的集合

    (2)数据库的特点

    • 数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和存储
    • 可以被各种用户共享
    • 具有较小的冗余度
    • 较高的数据独立性
    • 并且易于扩展

    (3)数据库的操作

    1.数据库的基本操作

    • 数据查询

      从数据库系统中(我们暂且称它为数据库)查找用户需要的信息。

    • 数据插入

      将新的数据输入到数据库中 用数据库的术语,这种操作称作“插入“

    • 数据修改

      修改数据库中某些数据,质上,修改可以用删除+插入实现 然而,修改作为 种单独的操作是方便的

    • 数据删除

      从数据库删除不再需要的数据

    2.实际应用对数据操作的要求

    • 并发访问

      允许多个用户同时对数据库中的数据进行访问

    • 面临故障

      各种各样的故障都可能发生,必须确保数据在任何情况下都不被破坏

    • 数据的安全性

      防止用户对数据进行未经授权的访问

    • 数据的完整性

      防止不符合语义的数据进入数据库

    • 数据的一致性

      防止数据库进入不 致状态 有些操作必须作为 个整体(原子性)

    三、数据库管理系统

    (1)数据库管理系统的定义

    数据库管理系统(Database Management System,简称DBMS)是位于用户和计算机操作系统之间的数据管理软件,专门用来管理数据,是计算机系统的基础软件

    (2)数据库管理系统的主要功能

    • 数据定义

      提供数据定义语言 (Data Definition Language, DDL), 用千定义数据库中的数据对象和它们的结构。

    • 数据操纵

      提供数据操作语言 (Data Manipulation Language, DML), 用千操作数据,实现对数据库的基本操作(查询、插入、删除和修改)。

    • 事务管理和运行管理

      统一管理数据、控制对数据的并发访问,保证数据的安全性、完整性,确保故障时数据库中数据不被破坏,并且能够恢复到一致状态。

    • 数据存储和查询处理

      确定数据的物理组织和存取方式,提供数据的待久存储和有效访问;确定查询处理方法,优化查询处理过程。

    • 数据库的建立和维护

      提供实用程序,完成数据库数据批量装载、数据库转储、介质故障恢复、数据库的重组和性能监测等。

    • 其他功能

      包括 DBMS 与其他软件通信、异构数据库之间数据转换和互操作等

    四、数据库系统

    (1)数据库系统的组成

    在这里插入图片描述

    • 数据库应用(DBAP): DataBase Application

      • 用户

        • 初级用户

          • 不必知道数据库的逻辑结构,通过预先编制的数据库系统应用软件或浏览器访问数据库
        • 应用程序员

          • 编写数据库应用程序的计算机专业人员
        • 富有经验的用户

          • 可以直接使用数据库查询语言来表达他们的查询请求。查询被直接提交查询处理器解释执行。这类用户通常是数据分析人员
        • 专业用户

          • 主要使用数据库存储和管理他们的数据。由于数据的处理不同于传统的事务处理,他们需要编写专门的程序处理数据。这类程序包括计算机辅助设计系统、专家系统、多媒体系统等。
    • 应用开发工具

    • 数据库管理系统(DBMS): Database Management System

    • 数据库(DB): Database

    • 数据库管理员(DBA): DataBase Administrator

      • 使用数据库可以对数据的访问进行集中控制。负责管理数据库,实施数据的集中控制

        • 决定数据库中的信息内容和数据的逻辑结构
        • 决定数据库的存储结构和存取策略
        • 定义数据的安全性要求和完整性约束条件。
        • 数据库系统的日常维护
        • 数据库的重组和重构

    (2)数据库系统结构

    1.数据库系统的外部结构

    • 单用户系统

      最简单的结构是单用户数据库系统。在这种系统中,整个数据库系统(包括应用程序、DBMS 、数据)都安装在一台计算机上,为一个用户所独占,不同机器之间不能共享数据。

      • 缺点:
        • 一个用户独占,不同机器之间不能共享数据
    • 主从式系统

      一台主机带多个终端的多用户系统。数据库系统(包括应用程序、 DBMS、数据)都集中存放在主机上。所有处理任务都由主机来完成。用户通过主机的终端并发地访问数据库,共享数据资源。

      • 优点:

        • 系统简单,数据易于管理、维护
      • 缺点:

        • (1)终端用户数增加,导致系统性能大幅度下降;
        • (2)系统的可靠性不高, 当主机出现故障时,整个系统都不能使用
    • 分布式系统

      数据在逻辑上是一个整体,但物理地分布在计算机网络的不同节点上。网络中的每个节点都可以独立处理本地数据库中的数据,执行局部应用;也可以同时存取和处理多个异地数据库中的数据,执行全局应用。

      • 优点:

        • 适合地理上分散的公司、团体和组织对于数据库应用的需求;提高系统的可靠性

        • 缺点:

          • 数据的分布存放给数据的处理、管理与维护带来一定困难;当用户需要经常访问远程数据时,系统效率会明显地受到网络交通的制约
    • 客户服务器系统

      把 DBMS 功能和应用分开。网络中某些节点上的计算机专门用千执行 DBMS功能,称为数据库服务器(简称服务器)。其他节点上的计算机安装DBMS 的外围应用开发工具,支待用户的应用,称为客户机。

      • 优点

        • 客户端的用户请求被传送到数据库服务器,数据库服务器进行处理后只将结果返回给用户,从而显著减少了数据传输量;数据库更加开放
        • 客户与服务器一般都能在多种不同的硬件和软件平台上运行,可以使用不同厂商的数据库应用开发工具,应用程序具有更强的可移植性,可以减少软件维护开销
    • 浏览器-服务器系统

      B/S系统中,用户通过浏览器向分布在网络上的许多服务器发出请求。简化了客户机的工作,客户机上只需安装、配置少量的客户端软件,服务器将担负更多的工作,对数据库的访问和应用程序的执行在服务器上完成

      • 优点

        • 只要能上网,由系统管理员分配一个用户名和密码,就可以使用
        • 分布性强、维护方便、开发简单且共享性强、总体拥有成本低
      • 缺点

        • 数据安全性对服务器要求过高、数据传输速度慢、软件的个性化特点明显降低
        • 难以实现传统模式下的特殊功能要求。例如通过浏览器进行大量的数据输入或进行报表的应答、专用性打印输出都比较困难和不便

    2.数据库系统的内部结构

    在这里插入图片描述

    ①三级模式
    • 外模式

      • 外模式(external schema)也称子模式或用户模式

        • 介于模式与应用之间,是特定数据库用户的数据视图,是与某一具体应用相关的数据局部逻辑结构的描述
        • 理想地,所有的应用都建立在一个外模式上,但是实际上,DBMS都允许应用程序直接访问模式
    • 模式

      • 模式是数据库中全体数据的总体逻辑结构描述,是所有用户的公共数据视图
      • 模式处于数据库系统模式结构的中间层
      • 模式的定义包括:数据项的名字、类型、取值范围、数据之间的联系、数据有关的安全性和完整性要求
    • 内模式

      • 内模式(internal schema)也称存储模式或物理模式

      • 内模式是数据物理结构和存储方式的描述,定义数据在数据库内部的表示方式

      • 内模式到物理存储器的映射通常由操作系统实现

    ②二级映像
    • 外模式-模式映像

      • 外模式-模式映像定义外模式与模式之间的对应关系

        • 每一个外模式都有一个对应的外模式-模式映像,建立外模式中的数据对象与模式中的数据对象之间的对应关系
        • 外模式-模式映像可以保证外模式的相对稳定性,为数据的逻辑独立性提供了保证
    • 模式-内模式映像

      • 模式-内模式映像定义数据全局逻辑结构与存储结构之间的对应关系

        • 模式-内模式映像可以保证模式,进而保证外模式的相对稳定性
        • 当数据的存储结构(内模式)改变时,数据库管理员可以修改模式-内模式映像,使得模式保持不变。这为数据的物理独立性提供了保证
    数据独立性

    数据独立性是指数据与应用程序相互独立,分数据的逻辑独立性和数据的物理独立性两种。

    • 逻辑独立性
      数据的逻辑独立性是指应用程序与数据库的逻辑结构之间的相互独立性。当数据的逻辑结构改变时,通过修改外模式-模式映像,保待外模式不变,从而使得建立在外模式上的应用程序也可以不变。
    • 物理独立性
      数据的物理独立性是指应用程序与存储在磁盘上的数据库中数据之间的相互独立性。当数据的物理存储结构改变时,通过修改模式-内模式映像,保待模式不变 。由千外模式是定义在模式上的,模式不变,则外模式不需要改变,从而使得建立在外模式上的应用程序也可以不变。
    展开全文
  • 数据库 基础原理 简单分析 有兴趣的同学可以看一下 感谢
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  • 数据库系统原理 - - (5)数据库编程

    万次阅读 2020-07-19 12:09:42
    数据库系统原理

    感谢内容提供者:金牛区吴迪软件开发工作室

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    第五章:数据库编程

    一、存储过程

    1.存储过程的基本概念

    存储过程是一组为了完成某项特定功能的SQL语句集,其实质就是一段存储在数据库中的代码。
    它可以由声明式的sql语句和过程式语句组成

    存储过程是一组为了完成某项特定功能的SQL语句集,其实质就是一段存储在数据库中的代码。

    • 可增强SQL语言的功能和灵活性
    • 良好的封装性
    • 高性能
    • 可减少网络流量
    • 可作为一种安全机制来确保数据库的安全性和数据的完整性

    2.创建存储过程

    1)DELIMITER命令修改mysql结束符

    DELIMITER $$

    // 示例:将MySQL结束符修改为俩个感叹号"!!"
    DELIMITER !!
    
    // 示例:回到";"结束
    DELIMITER ;
    
    2)使用CREATE PROCEDURE语句创建存储过程
    // 示例:在test中创建一个存储过程,用于实现给定表customers中一个客户id号即可修改表customers中改客户的性别为一个指定的性别
    USE test;
    DELIMITER $$
    CREATE PROCEDURE update_sex(IN cid INT,IN csex CHAR(4))
    BEGIN
    UPDATE customers
    SET sex=csex
    WHERE id=cid;
    END $$
    
    3)使用CALL语句调用存储过程
    // 调用数据库test中的存储过程update_sex,将客户id号为909的客户性别修改为“M”
    CALL update_sex(99,'M'); // 如果你之前改了结束符,请改回;号,或者使用你改了的结束符进行结束语句
    
    4)使用DROP PROCEDURE语句删除存储过程
    DROP PROCEDURE update_sex;
    

    3.存储过程体

    1)使用DECLARE语句声明局部变量
    DECLARE var_name[,...] type [DEFAULT value]
    // 例子
    // 声明一个整型局部变量cid
    DECLARE cid INT(10);
    

    1、只能在存储过程体的BEGIN。。。END语句块中声明;
    2、必须在存储过程的开头处声明;
    3、作用范围仅限于声明它的BEGIN。。。END语句块;
    4、不同于用户变量;

    局部变量与用户变量的区别:

    1、局部变量声明时,在其前面没有@符号,并且它只能被声明它的BEGIN、、、END语句块中的语句所使用;
    2、用户变量在声明时,会在其名称前面使用@符号,同时已声明的用户变量存在于整个会话之中。

    2)使用SET语句为局部变量赋值
    SET var_name=1;
    
    3)使用SELECT…INTO语句把选定列的值直接存储到局部变量中

    111

    4)流程控制语句

    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    5)使用DECLARE CURSOR语句创建游标

    在这里插入图片描述

    6)使用OPEN语句打开游标

    在这里插入图片描述

    7)使用FETCH…INTO语句读取数据

    在这里插入图片描述

    8)使用CLOSE关闭游标

    在这里插入图片描述

    二、存储函数

    1.什么是存储函数

    存储函数与存储过程一样,是由SQL语句和过程式语句组成的代码片段。

    2.创建存储函数

    1)使用CREATE FUNCTION语句创建存储函数
    CREATE FUNCTION sp_name([func_parameter[,...]])
    RETURNS type
    routine_body
    

    在这里插入图片描述

    2)什么是存储函数

    存储函数与存储过程一样,是由SQL语句和过程式语句组成的代码片段

    3)存储函数与存储过程的区别

    在这里插入图片描述

    3.调用存储函数

    // 使用SELECT关键字调用存储函数
    // func_parameter是函数参数
    SELECT sp_name(func_parameter[,...])
    

    4.删除存储函数

    // 使用DROP关键字删除存储函数
    // sp_name是要删除的存储函数的名字
    DROP FUNCTION [IF EXISTS] sp_name;
    

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  • 数据库基本原理教程(清华大学出版社) 王珊、 萨师煊著。可能跟你所用版本有些差别。视个人需要下载~
  • 数据库系统原理ppt.rar

    2019-11-26 16:47:18
    数据库系统原理ppt.rar,分为多个课程ppt,详细讲述了数据库系统原理,是系统性学习数据库的好材料,
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空空如也

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数据库基本原理