目錄
第1章數據庫基礎知識

1.1數據、信息與數據處理

1.1.1數據

1.1.2信息

1.1.3數據處理

1.2大數據概述

1.2.1大數據的定義

1.2.2大數據的特征

1.2.3大數據的作用

1.3數據管理技術的產生與發展

1.3.1人工管理階段

1.3.2文件繫統管理階段

1.3.3數據庫繫統管理階段

1.3.4高級數據庫繫統管理階段

1.3.5新興數據管理階段

1.4數據庫繫統的組成

1.4.1數據庫

1.4.2數據庫管理繫統

1.4.3硬件繫統

1.4.4相關軟件

1.4.5人員

1.5數據庫繫統的結構

1.5.1數據庫繫統的三級模式結構

1.5.2數據庫繫統的二級映像

1.5.3數據庫繫統的體繫結構

1.6本章知識點小結

1.7習題

第2章數據模型

2.1數據模型的概念及類型

2.1.1數據模型的基本概念

2.1.2數據模型的組成要素

2.1.3數據模型的分類

2.2概念模型

2.2.1概念模型的基本概念

2.2.2概念模型的表示方法

2.3邏輯模型

2.3.1邏輯模型的基本概念

2.3.2常用的邏輯模型

2.4物理模型

2.5關繫模型的集合論定義

2.5.1笛卡兒積

2.5.2關繫與關繫模式

2.5.3關繫的類型

2.5.4關繫的性質

2.5.5關繫模型

2.5.6概念模型與關繫模型之間的轉換

2.6關繫模型的完整性

2.6.1實體完整性

2.6.2參照完整性

2.6.3域完整性

2.6.4用戶定義完整性

2.7關繫代數

2.7.1傳統的集合運算

2.7.2專門的關繫運算

2.8關繫演算與查詢優化

2.組關繫演算

2.8.2域關繫演算

2.8.3查詢優化

2.9本章知識點小結

2.10習題

第3章SQL Server 2016數據庫基礎

3.1SQL Server 2016簡介

3.1.1SQL Server的發展歷程

3.1.2SQL Server 2016的主要功能

3.1.3SQL Server 2016的各版本和支持的功能

3.1.4SQL Server 2016的服務器組件

3.1.5SQL Server 2016的主要管理工具

3.2SQL Server 2016的登錄

3.2.1啟動數據庫引擎

3.2.2SQL Server Management Studio的啟動與連接

3.3SQL Server Management Studio簡介

3.3.1對像資源管理器

3.3.2查詢編輯器

3.3.3已注冊的服務器

3.3.4模板瀏覽器

3.4SQL Server 2016數據庫的存儲結構與分類

3.4.1SQL Server 2016數據庫的存儲結構與文件

3.4.2SQL Server 2016數據庫的分類

3.4.3SQL Server 2016數據庫的狀態

3.4.4SQL Server 2016數據庫的分離與附加

3.5TransactSQL程序設計基礎

3.5.1SQL與TransactSQL

3.5.2SQL Server 2016的標識符

3.5.3SQL Server 2016的數據類型

3.5.4常量、變量、運算符

3.5.5函數

3.5.6表達式

3.5.7注釋

3.6本章知識點小結

3.7習題

第4章關繫數據庫標準語言

4.1SQL的三級模式結構

4.2SQL的數據定義

4.2.1數據庫的創建與管理

4.2.2基本表的創建與管理

4.2.3索引的創建和維護

4.3SQL的數據操縱

4.3.1插入數據

4.3.2修改數據

4.3.3刪除數據

4.4SQL的數據查詢

4.4.1單表無條件查詢

4.4.2單表帶條件查詢

4.4.3分組查詢和排序查詢

4.4.4多表查詢

4.4.5嵌套查詢

4.5視圖

4.5.1視圖概述

4.5.2創建視圖

4.5.3修改視圖

4.5.4刪除視圖

4.5.5重命名視圖

4.5.6查看視圖

4.5.7查詢視圖

4.5.8更新視圖

4.6SQL的數據控制

4.6.1數據控制簡介

4.6.2授權

4.6.3收回權限

4.6.4拒絕權限

4.7本章知識點小結

4.8習題

第5章TransactSQL程序設計進階

5.1批處理和腳本

5.1.1批處理概述

5.1.2腳本

5.2流程控制語句

5.2.1BEGIN…END語句塊

5.2.2IF…ELSE語句

5.2.3CASE語句

5.2.4WHILE語句

5.2.5GOTO語句

5.2.6RETURN語句

5.2.7WAITFOR語句

5.2.8TRY…CATCH語句

5.2.9PRINT語句

5.3存儲過程

5.3.1存儲過程概述

5.3.2創建存儲過程

5.3.3執行存儲過程

5.3.4查看存儲過程

5.3.5修改存儲過程

5.3.6刪除存儲過程

5.3.7重命名存儲過程

5.4觸發器

5.4.1觸發器概述

5.4.2創建觸發器

5.4.3查看觸發器

5.4.4修改觸發器

5.4.5刪除觸發器

5.4.6重命名觸發器

5.4.7啟用和禁用觸發器

5.5本章知識點小結

5.6習題

第6章關繫數據庫規範化理論

6.1關繫模式的規範化問題

6.1.1關繫模式規範化問題的提出

6.1.2關繫模式規範化解決的方法

6.1.3關繫模式規範化的研究內容

6.2函數依賴的基本概念

6.2.1函數依賴

6.2.2函數依賴的三種基本情形

6.2.3碼的函數依賴

6.3關繫模式的規範化

6.3.1範式

6.3.2第二範式

6.3.3第三範式

6.3.4BCNF範式

6.3.5多值依賴與第四範式

6.4關繫模式規範化的步驟

6.5本章知識點小結

6.6習題

第7章MongoDB數據庫基礎

7.1MongoDB簡介

7.1.1MongoDB的發展歷史

7.1.2MongoDB的設計原則

7.1.3MongoDB的數據類型

7.1.4MongoDB的基本概念及其與關繫數據庫的對比

7.2搭建MongoDB環境

7.2.1下載和安裝MongoDB

7.2.2配置MongoDB

7.2.3啟動MongoDB

7.2.4停止MongoDB

7.2.5可視化管理工具

7.3從MongoDB shell訪問MongoDB

7.3.1啟動MongoDB shell

7.3.2理解MongoDB shell命令

7.3.3理解MongoDB shell原生方法和構造函數

7.3.4理解命令參數和結果

7.3.5腳本編程

7.4MongoDB數據庫的管理

7.4.1創建或切換數據庫

7.4.2顯示數據庫

7.4.3刪除數據庫

7.5MongoDB集合的管理

7.5.1顯示集合

7.5.2創建集合

7.5.3刪除集合

7.5.4特殊的集合

7.6MongoDB文檔的管理

7.6.1插入文檔

7.6.2更新文檔

7.6.3刪除文檔

7.6.4查詢文檔

7.6.5MongoDB的查詢優化

7.7MongoDB索引的管理

7.7.1索引的分類

7.7.2創建索引

7.7.3刪除索引

7.7.4查詢索引

7.8數據的導入和導出

7.8.1mongoimport

7.8.2mongoexport

7.9本章知識點小結

7.10習題

第8章數據庫的安全和維護

8.1數據庫的安全性

8.1.1數據庫安全性概述

8.1.2數據庫安全性控制的一般方法

8.1.3SQL Server的安全性管理

8.1.4MongoDB的安全性管理

8.2數據庫的完整性

8.2.1數據庫的完整性概述

8.2.2完整性約束條件

8.2.3完整性控制

8.2.4SQL Server的完整性

8.3數據庫的並發控制

8.3.1事務

8.3.2並發控制概述

8.3.3常用的封鎖技術

8.3.4SQL Server的並發控制

8.3.5MongoDB的並發控制

8.4數據庫的備份與恢復

8.4.1數據庫備份

8.4.2數據庫恢復

8.4.3SQL Server的備份與恢復

8.4.4MongoDB的備份與恢復

8.5本章知識點小結

8.6習題

第9章數據庫設計

9.1數據庫設計概述

9.1.1數據庫設計的任務

9.1.2數據庫設計的特點

9.1.3數據庫設計的方法

9.1.4數據庫設計的步驟

9.2需求分析

9.2.1需求分析的任務

9.2.2需求調查

9.2.3需求分析的方法

9.2.4需求分析的結果

9.3概念結構設計

9.3.1概念結構設計概述

9.3.2概念結構設計的方法

9.3.3自底向上的概念結構設計的步驟

9.4邏輯結構設計

9.4.1概念模型轉換為關繫數據模型

9.4.2關繫模型的優化與改進

9.4.3設計外模式

9.5物理結構設計

9.5.1物理結構設計概述

9.5.2關繫模式的存取方法的選擇

9.5.3數據庫存儲結構的確定

9.5.4物理結構設計的評價

9.6數據庫的實施

9.6.1建立實際的數據庫結構

9.6.2數據載入

9.6.3編制與調試應用程序

9.6.4數據庫試運行

9.6.5整理文檔

9.7數據庫的運行與維護

9.8數據庫設計案例

9.8.1引言

9.8.2繫統需求分析

9.8.3概念結構設計

9.8.4邏輯結構設計

9.8.5物理結構設計

9.8.6數據庫的實施

9.8.7數據庫的運行與維護

9.9本章知識點小結

9.10習題

第10章Java與數據庫編程示例

10.1Java概述

10.1.1Java簡介

10.1.2Java語言的特點

10.1.3JDK的下載和安裝

10.1.4環境變量的設置

10.2Java開發環境

10.3JDBC

10.3.1JDBC驅動程序的下載與安裝

10.3.2JDBC的數據庫訪問模型

10.3.3SQL Server JDBC API介紹

10.3.4MongoDB JDBC API介紹

10.4SQL Server數據庫連接步驟

10.4.1加載JDBC驅動程序

10.4.2建立SQL Server數據庫連接對像

10.4.3創建語句對像

10.4.4ResultSet對像

10.4.5關閉有關對像和數據庫連接

10.5MongoDB數據庫連接步驟

10.5.1建立與MongoDB服務器的連接

10.5.2訪問MongoDB數據庫

10.5.3訪問和操作MongoDB集合

10.5.4訪問和操作MongoDB文檔

10.6SQL Server 2016數據庫連接示例

10.6.1使用JDBC連接SQL Server 2016數據庫

10.6.2查詢數據

10.6.3添加、修改和刪除數據

10.6.4可滾動的ResultSet

10.6.5可更新的ResultSet

10.7MongoDB數據庫連接示例

10.7.1使用JDBC連接MongoDB數據庫

10.7.2插入數據

10.7.3查詢數據

10.7.4修改和刪除數據

10.8本章知識點小結

附錄A實驗指導

實驗1SQL Server 2016管理工具的使用

實驗2數據庫和表的創建及維護

實驗3數據庫查詢

實驗4SQL Server 2016的安全性管理

實驗5數據庫繫統開發(綜合設計型實驗)

附錄B實驗報告模板

參考文獻

前言
數據庫技術是研究數據庫的結構、存儲、設計、管理和使用的一門學科，已廣泛應用到工農業生產、商業、行政管理、科學研究、教育、工程技術和國防軍事等各行各業，而且已圍繞數據庫技術形成了一個巨大的軟件產業，即數據庫管理繫統和各類工具軟件的開發與經營。數據庫的建設規模、應用深度已成為衡量一個國家信息化程度的重要標志，數據資源和數據庫高新技術已經成為世界各國極為重要的優先發展戰略。在市場需求的驅動下，數據庫技術及應用已成為當前高等院校計算機專業的必修課程、非計算機專業選修的核心課程之一。
在雲計算和大數據時代，傳統的關繫數據庫不再是一枝獨秀，各種NoSQL數據庫也不斷湧現。過去常說的“信息爆炸”“海量數據”等已經不足以描述這個新事物，於是出現了大數據和數據科學，並成為一個熱門的研究領域。未來越來越多的IT基礎架構將會部署在公有雲、私有雲或者混合雲上，而數據庫作為架構中重要的部分，與雲的結合將變得越來越重要。SQL Server 2016支持雲環境，打通了公有雲和私有雲的界限。提出NoSQL技術的目的並不是替代關繫數據庫技術，而是對其提供一種補充方案。NoSQL數據庫隻應用在特定領域，基本上不進行復雜的處理，但它恰恰彌補了關繫數據庫的不足之處。因此，二者之間不存在對立或替代關繫，而是互補關繫。結構化數據仍然使用傳統的關繫數據庫處理，而半結構化數據和非結構化數據采用NoSQL存儲和處理。
數據庫知識網站DBEngines（https://dbengines.com/en/ranking）根據搜索結果對357個數據庫繫統進行流行度排名，在2019年11月的流行度排行榜中，SQL Server排名第三，MongoDB排名第五，但MongoDB在NoSQL數據庫中排名。因此，本書用通俗的語言將抽像的數據庫理論具體化，結合目前流行的關繫數據庫管理繫統——SQL Server 2016和NoSQL數據庫MongoDB講述數據庫的基本理論與應用。
本書共分10章來進行論述。第1章為數據庫基礎知識，從數據管理技術發展的5個階段引出數據庫的概念，圍繞數據庫繫統的組成介紹有關名詞術語，後介紹數據庫繫統的三級模式結構和二級映像功能。第2章介紹數據庫繫統的核心和基礎——數據模型。第3章對SQL Server 2016繫統進行概述，以使讀者對該繫統有整體的認識和了解。第4章介紹關繫數據庫標準語言SQL，內容包括SQL語言的三級模式結構、數據定義語言、數據操縱語言、數據查詢語言、數據控制語言和外模式視圖。第5章介紹TransactSQL程序設計進階，內容包括批處理、腳本、流程控制語句，以及存儲過程和觸發器等高級議題。第6章介紹關繫數據庫規範化理論。第7章介紹MongoDB數據庫基礎。第8章介紹數據庫的安全和維護。第9章主要介紹數據庫設計的任務和特點、設計方法及設計步驟。第10章以開發一個學生管理信息繫統為例，介紹使用Java語言進行SQL Server 2016和MongoDB數據庫繫統的開發方法。
本書的主要特色如下： 
（1） 采用數據庫基本理論與實際應用相結合的原則，在注重理論性、繫統性、科學性的同時，兼顧培養讀者的自主創新學習能力。為此，本書通過目前流行的數據庫管理繫統SQL Server 2016和MongoDB的學習，掌握數據庫技術的基本原理，並使用目前比較流行的高級程序設計語言Java開發具體的應用繫統，旨在培養讀者的綜合實踐與創新能力。
（2） 將關繫數據庫和非關繫型數據庫結合起來進行介紹。本書用通俗的語言將抽像的數據庫理論具體化，結合目前流行的數據庫管理繫統SQL Server 2016和MongoDB對照講述數據庫的基本理論與應用。通過數據分析、處理及解決問題的學習和訓練，掌握數據庫有關基本知識、基本技術及應用，提高運用數據庫技術解決實際應用問題的知識、素質和能力，為以後的學習和工作奠定重要基礎。
（3） 內容有所取舍，配有豐富的數據庫實驗項目和大量的示例。通過課堂教學與上機實踐相結合的學習方式，使讀者繫統地掌握數據庫的基本原理和技術，掌握數據庫設計方法和步驟，具有設計數據庫模式以及開發數據庫應用繫統的基本能力。每章給出基本原理、的技術、應用和發展。注： 本書提供教學大綱、教學課件、電子教案、程序源碼和教學進度表，掃描封底的課件二維碼可以下載。
本書可作為高等學校計算機相關專業高年級本科生和專科生的教材，也可作為相關技術人員的參考用書。
在本書的編寫過程中，參考了大量數據庫相關的技術資料，在此向資料的作者表示感謝。書中的全部TransactSQL語句、MongoDB shell命令和Java程序都上機調試通過。由於編者水平和時間有限，書中不妥之處在所難免，懇請同行專家和廣大讀者批評指正。
在本書的編寫過程中，得到了北京科技大學的相關領導、同事、朋友以及家人的大力支持與幫助，在此一並表示誠摯的感謝！本書的編寫得到了“十三五”期間高等學校本科教學質量與教學改革工程建設項目和北京科技大學教材建設經費資助，特此致謝！同時，感謝清華大學出版社魏江江分社長和王冰飛編輯的支持與幫助。

馬忠貴2020年1月於北京