第1章數據庫繫統概論1
1.1數據管理技術的發展1
1.1.1人工管理階段1
1.1.2文件繫統管理階段3
1.1.3數據庫繫統管理階段5
1.2數據庫的基本概念5
1.2.1數據庫5
1.2.2數據庫管理繫統8
1.2.3數據庫繫統10
1.3數據庫繫統體繫結構13
1.3.1數據庫繫統的三級模式結構13
1.3.2二級映射與數據獨立性18
1.4小結19
習題20第2章數據模型23
2.1抽像與模型23
2.2概念模型24
2.2.1概念模型中的概念24
2.2.2實體聯繫模型27
2.3數據模型概述29
2.3.1數據模型的組成要素29
2.3.2數據模型的演變30
2.3.3關繫模型30
2.3.4半結構化數據模型31
2.3.5面向對像數據模型34
2.4小結35
習題36第3章關繫數據庫理論39
3.1關繫模型概述39
3.1.1關繫的數據結構39
3.1.2關繫的完整性約束44
3.1.3關繫操作47
3.2關繫代數48
3.2.1傳統的集合運算49
3.2.2專門的關繫運算50
3.2.3用關繫代數運算實現數據庫操作55
3.3關繫演算57
3.3.1關繫演算中關繫的表示58
3.組關繫演算58
3.3.3域關繫演算61
3.4小結63
習題63第4章關繫數據庫標準查詢語言SQL69
4.1SQL概述69
4.1.1SQL的發展歷史69
4.1.2SQL的特點70
4.1.3SQL的語句格式72
4.2數據定義72
4.2.1數據庫的定義72
4.2.2基本表的定義73
4.2.3基本表的修改77
4.2.4基本表的刪除78
4.3數據查詢78
4.3.1單表查詢79
4.3.2連接查詢86
4.3.3嵌套查詢89
4.3.4集合查詢97
4.4數據更新97
4.4.組97
4.4.組屬性值99
4.4.組100
4.4.4更新操作的完整性檢查100
4.4.5觸發器103
4.5視圖107
4.5.1視圖的概念107
4.5.2視圖的定義108
4.5.3視圖的刪除109
4.5.4視圖的查詢109
4.5.5視圖的更新110
4.5.6視圖的作用113
4.6授權控制114
4.7小結121
習題121第5章關繫模式的規範化設計128
5.1關繫模式的設計問題128
5.2關繫模式的規範化129
5.2.1函數依賴130
5.2.2基於函數依賴的範式132
5.2.3多值依賴與4NF137
5.2.4關繫模式的規範化過程139
5.3函數依賴的理論140
5.3.1函數依賴集的邏輯蘊含140
5.3.2Armstrong公理141
5.3.3屬性集閉包143
5.3.4函數依賴集等價和小函數依賴集144
5.3.5候選鍵及其判定方法147
5.4模式分解149
5.4.1模式分解的概念150
5.4.2無損連接分解和保持函數依賴分解151
5.4.3模式分解算法154
5.5小結158
習題159第6章數據庫的存儲管理163
6.1數據庫存儲管理的數據163
6.2磁盤上數據的存儲165
6.2.1磁盤的物理特性165
6.2.2磁盤上數據的緩衝存取167
6.3文件的組織結構169
6.3.1定長記錄170
6.3.2變長數據和記錄171
6.3.3列存儲173
6.4文件的存儲結構173
6.4.1堆文件173
6.4.2順序文件174
6.4.3聚集文件175
6.4.4散列文件(直接文件)176
6.4.5SQL Server的文件存儲177
6.5索引180
6.5.1索引的概念181
6.5.2聚集索引和非聚集索引182
6.5.3稠密索引和稀疏索引185
6.5.4多級索引188
6.5.5倒排索引和文檔檢索191
6.5.6位圖索引191
6.6索引文件的結構193
6.6.1B 樹193
6.6.2散列索引199
6.7小結200
習題201第7章關繫查詢與優化204
7.1數據庫繫統的查詢處理步驟204
7.2查詢分析與預處理206
7.3代數優化208
7.3.1代數優化的必要性208
7.3.2基於代數等價的啟發式優化210
7.4物理優化215
7.4.1操作符的實現算法215
7.4.2基於代價的物理優化方法220
7.5小結223
習題224第8章事務處理227
8.1事務的概念227
8.1.1概念的引入227
8.1.2事務的定義229
8.1.3事務的ACID特性230
8.1.4事務的管理232
8.2事務的恢復233
8.2.1故障及其錯誤狀態233
8.2.2恢復的實現技術235
8.2.3恢復的策略239
8.3並發控制247
8.3.1並發控制的必要性247
8.3.2並發控制的實現技術255
8.4小結295
習題296第9章數據庫設計300
9.1數據庫設計概述300
9.1.1數據庫設計的內容300
9.1.2數據庫設計的方法300
9.1.3數據庫設計的階段301
9.2需求分析303
9.2.1需求分析的任務303
9.2.2需求分析的方法304
9.3概念結構設計308
9.3.1概念結構設計步驟309
9.3.2概念結構設計方法311
9.4邏輯結構設計314
9.4.1ER圖向關繫數據庫模式的轉換314
9.4.2關繫模式的優化320
9.5物理結構設計322
9.5.1確定數據庫的存儲結構和存取方法322
9.5.2物理結構設計策略327
9.6數據庫的實施328
9.7數據庫的維護329
9.8小結330
習題330第10章數據庫編程334
10.1數據庫繫統體繫結構334
10.1.1客戶機/服務器體繫結構334
10.1.2瀏覽器/服務器體繫結構335
10.2嵌入式SQL336
10.2.1數據庫的連接與關閉336
10.2.2ESQL語句與主語言之間的通信337
10.2.3遊標338
10.2.4動態ESQL340
10.3存儲過程和函數344
10.3.1TransactSQL345
10.3.2存儲過程348
10.3.3函數351
10.4數據庫訪問接口356
10.4.1專用數據庫訪問接口356
10.4.2ODBC數據庫訪問接口359
10.4.3OLEDB數據庫訪問接口362
10.4.4ADO數據庫訪問接口362
10.4.5ADO.NET數據庫訪問接口365
10.4.6JDBC數據庫訪問接口368
10.5小結370
習題371第11章數據庫技術的發展372
11.1關繫數據庫技術的發展372
11.1.1關繫數據庫的發展歷程372
11.1.2關繫數據庫的功能擴展374
11.2聯機分析處理與數據倉庫375
11.2.1聯機分析處理375
11.2.2數據倉庫376
11.2.3多維數據模型378
11.3分布式數據庫繫統380
11.3.1分布式數據庫繫統的概念380
11.3.2數據分布381
11.3.3分布式查詢處理383
11.3.4分布式事務管理384
11.4非關繫數據庫387
11.4.1NoSQL技術的興起387
11.4.2NoSQL數據模型388
11.4.3NoSQL的事務特性400
11.5小結401
習題402參考文獻403

隨著社會信息化進程的推進，尤其是大數據時代的到來，數據庫技術已經成為現代計算環境中數據管理的基礎技術。數據庫理論的研究一直未曾間斷，而這其中絕大多數的研究仍以關繫數據模型為基礎。因此，本書中數據庫原理的內容仍以關繫數據模型為基礎，以關繫數據庫理論、關繫數據庫管理繫統核心技術、關繫數據庫設計與應用數據庫編程為主來組織。全書共11章，可分為如下5部分。
部分包括2章(第1、2章)。介紹數據庫管理技術的發展歷史，突出數據庫技術相對於人工管理和文件繫統管理兩種數據管理方式所具有的優點，優勢在於采用數據模型表示數據，指明數據模型的發展是數據管理技術發展的一條主線。介紹目前主流數據庫管理繫統遵循的ANSI/SPARC體繫結構，突出三級模式結構的概念以及二級映射機制的作用，闡明數據獨立性的概念。介紹數據的抽像與建模過程，在用數據模型描述和組織數據前，需采用概念模型對現實世界的事物和事物間的聯繫進行抽像。介紹數據庫領域常用的概念模型——實體聯繫模型（ER模型）。
第二部分包括3章(第3～5章)。從數據模型的三個組成要素的角度，介紹關繫數據模型所采用的數據結構、關繫操作能力的表達方法、關繫模型對於存儲在數據庫中的數據具有的約束能力。闡明關繫數據模型的優勢在於其可用單一的數據結構(關繫)來表達實體以及實體間的聯繫，能比較真實地模擬現實世界，容易被人所理解且便於在計算機上實現，可較好地完成數據的抽像與建模。介紹SQL對關繫模型操作能力的實現，重點介紹SQL提供的數據定義、數據查詢、數據更新和數據控制能力。介紹不良的關繫模式設計可能帶來的數據冗餘、更新異常和數據不一致問題，以及解決此類問題的關繫模式規範化設計理論的相關概念和方法。
第三部分包括3章(第6～8章)。介紹關繫數據庫管理繫統（RDBMS）的實現技術，主要有DBMS為實現數據的高效查詢所采用的存儲結構和存取方式；RDBMS為提高查詢效率和繫統性能實現的SQL查詢優化技術，包括代數優化和物理優化等；數據庫繫統的邏輯——事務的概念，以及事務的ACID特性，DBMS為保持事務的ACID特性實現的事務處理機制，包括對各類故障後的數據庫進行恢復，對並發事務操作進行控制，從而保證數據庫的一致性。
第四部分包括2章(第9、10章)。以一個數據庫應用案例繫統的設計為需求，介紹數據庫規範化設計各階段的方法，解決數據的抽像、數據的表達和數據的存儲等問題，目標是設計出一個滿足應用要求，簡潔、高效、規範合理的數據庫。介紹在應用編程中訪問和管理所設計的數據庫中數據的方法。
第五部分包括1章(第11章)。介紹關繫數據庫在聯機分析處理領域的應用發展，關繫數據庫面向分布應用與網絡技術結合形成的分布式數據庫體繫架構及實現技術，大數據應用環境下的NoSQL數據庫繫統及其典型的數據模型等。
本版的內容結構與第2版大體一致，對第6章、第7章外的其他章節的文字進行了重新梳理，進一步融入作者多年教學實踐對數據庫理論與技術的深層理解。修訂的內容主要包括如下幾方面。
（1） 在第1～5章中，更換了一些標題、例題，改善了一些算法的描述，以及一些圖表的表達。並將ER模型從第9章調整到第2章中，將概念模型實例化，以加強讀者對概念模型相關概念的理解，第9章則側重直接用ER模型進行數據庫概念結構設計。
（2） 在第8章中，更改了一些圖表和例題，增加了多版本、時間戳和有效性等並發控制技術內容。
（3） 將第9章和第10章進行了綜合設計。第9章以一個數據庫應用繫統的數據庫設計為需求，逐步完成該數據庫的各階段設計；第10章則基於所設計的數據庫，編程實現某一應用繫統功能在不同數據庫編程方法中訪問數據庫的方式。在嵌入式SQL方式中，增加了動態SQL編程方法，用C語言編程實現靜態SQL、動態SQL，以及利用存儲過程和函數實現該應用繫統功能。在使用數據庫訪問接口方式中，采用Python語言編程實現，用不同數據庫接口實現該應用繫統功能。
（4） 在第11章中，刪除了原來的數據庫技術發展趨勢和數據挖掘技術兩節的內容，修改了其他節的內容，增加了關繫數據庫技術的發展歷程和功能擴展，以及大數據環境下的非關繫數據庫的內容。
（5） 在第1、2、8、11章的小結後，增加了對本章所涉及的數據庫理論做出貢獻的圖靈獎人物的介紹。
本教材的修訂工作由宋金玉執筆完成，郝建東參與了第10章的修訂，靳大尉參與了第11章的修訂，保留了陳萍和陳剛在前面版本的部分工作。所在大學和學院給予了大力的支持和保障，在此表示感謝！也向使用前兩版教材和提供寶貴意見的師生表示感謝！
望學術同仁不吝賜教，繼續給予支持，並在使用過程中多提寶貴意見，我們將不勝感激。另外，為了方便教學，本書配套出版了習題解答和實驗指導，配備了電子課件和教材示例數據庫等。在中國大學MOOC平臺上，也開設了同名的MOOC課程(網址為https://www.icourse163.org/course/PAEU1003647009)，可前往學習和下載課程配套資料，也可到清華大學出版社網站(www.tup.com.cn)下載。其他方面的需求可與作者聯繫(1271911312@aeu.edu.cn)。

 作者2021年9月於南京