什么是數(shù)據(jù)庫-數(shù)據(jù)庫詳解

什么是數(shù)據(jù)庫
數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)管理的最新技術(shù)，是計算機科學(xué)的重要分支。數(shù)據(jù)庫(DB)：數(shù)據(jù)庫，顧名思義，是存放數(shù)據(jù)的倉庫。只不過這個倉庫是在計算機存儲設(shè)備上，而且數(shù)據(jù)是按一定的格式存放的。所謂數(shù)據(jù)庫是指長期存儲在計算機內(nèi)的，有組織的，可共享的數(shù)據(jù)集合。

一、數(shù)據(jù)以文本形式保存
第一步，就是將所要保存的數(shù)據(jù)，寫入文本文件。這個文本文件就是你的數(shù)據(jù)庫。
為了方便讀取，數(shù)據(jù)必須分成記錄，每一條記錄的長度規(guī)定為等長。比如，假定每條記錄的長度是800字節(jié)，那么第5條記錄的開始位置就在3200字節(jié)。
大多數(shù)時候，我們不知道某一條記錄在第幾個位置，只知道主鍵（primary key）的值。這時為了讀取數(shù)據(jù)，可以一條條比對記錄。但是這樣做效率太低，實際應(yīng)用中，數(shù)據(jù)庫往往采用B樹（B-tree）格式儲存數(shù)據(jù)。
二、什么是B樹？
要理解B樹，必須從二叉查找樹（Binary search tree）講起。
二叉查找樹是一種查找效率非常高的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它有三個特點。
（1）每個節(jié)點最多只有兩個子樹。
（2）左子樹都為小于父節(jié)點的值，右子樹都為大于父節(jié)點的值。
（3）在n個節(jié)點中找到目標(biāo)值，一般只需要log(n)次比較。
二叉查找樹的結(jié)構(gòu)不適合數(shù)據(jù)庫，因為它的查找效率與層數(shù)相關(guān)。越處在下層的數(shù)據(jù)，就需要越多次比較。極端情況下，n個數(shù)據(jù)需要n次比較才能找到目標(biāo)值。對于數(shù)據(jù)庫來說，每進入一層，就要從硬盤讀取一次數(shù)據(jù)，這非常致命，因為硬盤的讀取時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于數(shù)據(jù)處理時間，數(shù)據(jù)庫讀取硬盤的次數(shù)越少越好。
B樹是對二叉查找樹的改進。它的設(shè)計思想是，將相關(guān)數(shù)據(jù)盡量集中在一起，以便一次讀取多個數(shù)據(jù)，減少硬盤操作次數(shù)。
B樹的特點也有三個。
（1）一個節(jié)點可以容納多個值。比如上圖中，最多的一個節(jié)點容納了4個值。
（2）除非數(shù)據(jù)已經(jīng)填滿，否則不會增加新的層。也就是說，B樹追求"層"越少越好。
（3）子節(jié)點中的值，與父節(jié)點中的值，有嚴(yán)格的大小對應(yīng)關(guān)系。一般來說，如果父節(jié)點有a個值，那么就有a+1個子節(jié)點。比如上圖中，父節(jié)點有兩個值（7和16），就對應(yīng)三個子節(jié)點，第一個子節(jié)點都是小于7的值，最后一個子節(jié)點都是大于16的值，中間的子節(jié)點就是7和16之間的值。
這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，非常有利于減少讀取硬盤的次數(shù)。假定一個節(jié)點可以容納100個值，那么3層的B樹可以容納100萬個數(shù)據(jù)，如果換成二叉查找樹，則需要20層！假定操作系統(tǒng)一次讀取一個節(jié)點，并且根節(jié)點保留在內(nèi)存中，那么B樹在100萬個數(shù)據(jù)中查找目標(biāo)值，只需要讀取兩次硬盤。
三、索引
數(shù)據(jù)庫以B樹格式儲存，只解決了按照"主鍵"查找數(shù)據(jù)的問題。如果想查找其他字段，就需要建立索引（index）。
所謂索引，就是以某個字段為關(guān)鍵字的B樹文件。假定有一張"雇員表"，包含了員工號（主鍵）和姓名兩個字段。可以對姓名建立索引文件，該文件以B樹格式對姓名進行儲存，每個姓名后面是其在數(shù)據(jù)庫中的位置（即第幾條記錄）。查找姓名的時候，先從索引中找到對應(yīng)第幾條記錄，然后再從表格中讀取。
這種索引查找方法，叫做"索引順序存取方法"（Indexed Sequential Access Method），縮寫為ISAM。它已經(jīng)有多種實現(xiàn)（比如C-ISAM庫和D-ISAM庫），只要使用這些代碼庫，就能自己寫一個最簡單的數(shù)據(jù)庫。
四、高級功能
部署了最基本的數(shù)據(jù)存?。òㄋ饕┮院?，還可以實現(xiàn)一些高級功能。
（1）SQL語言是數(shù)據(jù)庫通用操作語言，所以需要一個SQL解析器，將SQL命令解析為對應(yīng)的ISAM操作。
（2）數(shù)據(jù)庫連接（join）是指數(shù)據(jù)庫的兩張表通過"外鍵"，建立連接關(guān)系。你需要對這種操作進行優(yōu)化。
（3）數(shù)據(jù)庫事務(wù)（transaction）是指批量進行一系列數(shù)據(jù)庫操作，只要有一步不成功，整個操作都不成功。所以需要有一個"操作日志"，以便失敗時對操作進行回滾。
（4）備份機制：保存數(shù)據(jù)庫的副本。
（5）遠(yuǎn)程操作：使得用戶可以在不同的機器上，通過TCP/IP協(xié)議操作數(shù)據(jù)庫。
因此，作為信息系統(tǒng)也成為一個企業(yè)或組織生存和發(fā)展的重要條件。因此，作為信息系統(tǒng)核心和基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)庫技術(shù)得到越來越廣泛的應(yīng)用，從小型單項事務(wù)處理系統(tǒng)到大型信息系統(tǒng)，從聯(lián)機事務(wù)處理到聯(lián)機分析處理，從一般企業(yè)管理到計算機輔助設(shè)計與制造（CAD/CAM），計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）,辦公信息系統(tǒng)（OIS）,地理信息系統(tǒng)（GIS）等，越來越多新的應(yīng)用領(lǐng)域采用數(shù)據(jù)庫存儲和處理它們的信息資源。對于一個國家來說，數(shù)據(jù)庫的建模，數(shù)據(jù)庫信息量的大小和使用頻度的已成為衡量這個國家信息化程度的高低的重要標(biāo)志。