三级模式与二级映射

第四章：三级模式与二级映射

这是数据库原理的核心概念，理解它才能明白数据库为什么具有"数据独立性"

4.1 三级模式架构概述

4.1.1 为什么需要三级模式

问题：如果用户直接操作物理存储的数据——

• 存储结构改变，程序就要修改
• 不同用户看到不同的数据难以实现
• 安全性难以保证

解决：引入三级抽象，实现数据的独立性

4.1.2 三级模式架构图

4.2 三级模式详解

4.2.1 模式（逻辑模式/概念模式）

-- 模式层：定义数据库的全局逻辑结构
CREATE TABLE student (
    id INT PRIMARY KEY,
    name VARCHAR(20),
    age INT,
    score DECIMAL(5,2),
    class_id INT,
    phone VARCHAR(11)
);

4.2.2 外模式（子模式/用户模式）

-- 外模式1：学生只能看到自己的成绩
CREATE VIEW student_score_view AS
SELECT id, name, score FROM student;

-- 外模式2：教师可以看到完整信息
CREATE VIEW teacher_view AS
SELECT id, name, age, score, class_id FROM student;

-- 外模式3：班主任只看本班学生
CREATE VIEW class_view AS
SELECT * FROM student WHERE class_id = 101;

4.2.3 内模式（存储模式）

-- 内模式相关（MySQL中的体现）
-- 指定存储引擎
CREATE TABLE orders (
    id INT PRIMARY KEY,
    amount DECIMAL(10,2)
) ENGINE=InnoDB;  -- 指定使用InnoDB引擎

-- 创建索引（影响物理存储）
CREATE INDEX idx_name ON student(name);

4.2.4 三级模式对比表

4.2.5 三级模式的关系

4.3 二级映射与数据独立性

💡 核心思想：通过映射机制，使得一层改变时，另一层不需要改变

4.3.1 什么是数据独立性

定义：数据独立性是指应用程序与数据之间相互独立、互不影响。

分类：

• 物理独立性：数据的物理结构改变时，应用程序不必改变
• 逻辑独立性：数据的逻辑结构改变时，应用程序不必改变

4.3.2 二级映射

💡 DBMS 在三级模式之间提供了二级映射功能，保证了数据库系统中的数据能够具有较高的逻辑独立性与物理独立性

4.3.3 外模式/模式映射 → 逻辑独立性

工作原理：

• 当模式（表结构）改变时
• DBA 修改外模式/模式映射
• 使外模式保持不变
• 应用程序是根据外模式编写的
• 因此应用程序不必修改

-- ========== 逻辑独立性演示 ==========

-- 原来的模式（表结构）
CREATE TABLE student (
    id INT PRIMARY KEY,
    name VARCHAR(20)
);

-- 创建外模式（视图）给应用使用
CREATE VIEW student_view AS 
SELECT id, name FROM student;

-- 应用程序使用 student_view 进行查询
-- SELECT * FROM student_view;

-- 后来修改模式：增加了一列
ALTER TABLE student ADD COLUMN age INT;

-- 但是外模式（视图）还是原来的样子
-- 应用程序通过 student_view 访问，完全不受影响！
-- 这就是逻辑独立性！

4.3.4 模式/内模式映射 → 物理独立性

工作原理：

• 当内模式（存储结构）改变时
• DBA 修改模式/内模式映射
• 使模式保持不变
• 应用程序是根据模式/外模式编写的
• 因此应用程序不必修改

-- ========== 物理独立性演示 ==========

-- 原来的内模式：使用 MyISAM 存储引擎
CREATE TABLE orders (
    id INT PRIMARY KEY,
    amount DECIMAL(10,2)
) ENGINE=MyISAM;

-- 应用程序正常使用
-- INSERT INTO orders VALUES (1, 100.00);
-- SELECT * FROM orders;

-- 后来改变内模式：更换为 InnoDB 引擎（支持事务）
ALTER TABLE orders ENGINE=InnoDB;

-- 结果：模式（表结构）没有改变
-- 应用程序的SQL语句完全不用改！
-- 这就是物理独立性！

4.3.5 二级映射总结表

4.4 数据独立性的意义

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