1、第 9 章数据库应用开发第 9 章数据库应用开发9.1关系数据库的设计关系数据库的设计9.2数据库应用开发过程数据库应用开发过程9.3数据库访问架构设计数据库访问架构设计 第 9 章数据库应用开发把基于数据库的应用程序(或应用软件)称为数据库应用。数据库应用系统本质上也是软件，因此它的开发过程与一般的软件开发相似。数据库本身并不能建立应用程序，只能完成后台数据的存储与管理，因此必须和前端的应用程序结合起来才能执行业务处理功能。第 9 章数据库应用开发9.1关系数据库的设计关系数据库的设计9.1.1关系数据库设计的概念关系数据库设计的概念数据库设计(Database Design)是指对于一个设
2、定的应用环境，构造最优的数据库模式，建立数据库及其应用系统，使之能够有效地存储数据，满足各种用户的应用需求。它是规划和结构化数据库中的数据对象以及这些数据对象之间关系的过程。第 9 章数据库应用开发9.1.2关系数据库设计的基本过程关系数据库设计的基本过程按照规范设计的方法，结合软件工程的思想，可将数据库设计分为 6 个阶段：需求分析阶段、概念结构设计阶段、逻辑设计阶段、物理设计阶段、数据库实施阶段、数据库运行和维护阶段。第 9 章数据库应用开发1.需求分析需求分析需求分析就是了解用户的需求。通过调查和分析用户的业务活动和数据的使用情况，弄清所用数据的种类、范围、数量及它们在业务活动中的情况，
3、确定用户的使用要求和约束条件等，形成文本资料，在此基础上确定系统的功能及其扩展。2.概念设计概念设计概念设计就是将用户需求分析得到的用户需求抽象为信息结构，即概念模型。最著名的概念模型就是 E-R 模型，概念设计的结果就是 E-R 图。第 9 章数据库应用开发3.逻辑设计逻辑设计逻辑设计的任务就是把概念设计的成果 E-R 图转换为 DBMS 支持的逻辑结构。4.物理设计物理设计物理设计的任务是为了有效地实现逻辑模式，确定所采取的存储策略，其内容包括关系模型的存取方法、数据库的存储结构、参数配置等。5.数据库实施数据库实施数据库实施就是在计算机上建立起符合需求的数据库结构、填入数据、测试和试运行
4、的过程。第 9 章数据库应用开发 数据库运行和维护数据库运行和维护数据库试运行通过后，数据库开发工作就基本结束，进入正式运行阶段。对数据库的经常性维护工作主要由 DBA 完成，包括安全性与完整性控制、性能监测与改善、数据备份与管理等工作。第 9 章数据库应用开发9.2数据库应用开发过程数据库应用开发过程应用软件(Application Software)是和系统软件相对应的，是使用各种程序设计语言编制的应用程序的集合。随着面向对象技术的应用，软件架构也进入了大家的视野。通常，小规模网站的 Web 应用系统架构将 Web 应用和数据库分开部署，Web 应用服务器和数据库服务器各司其职，在系统访问
5、量增加时可以分别升级应用服务器和数据库服务器。第 9 章数据库应用开发9.2.1数据库应用系统的架构数据库应用系统的架构计算机中的 Architecture 一词，译成中文有“架构”“体系”之意，是有关软件整体结构与组件的抽象描述。软件架构在定义上分为“组成派”和“决策派”两大阵营。“组成派”认为软件架构是将系统描述成计算组件及组件之间的交互；“决策派”认为软件架构包含了一系列的决策，主要包括软件系统的组织选择、组成系统的结构元素和它们之间的接口等。第 9 章数据库应用开发数据库应用系统的架构一般指软件体系结构。一般地，可以将数据库应用系统的所有业务功能划分为以下三个部分：(1)操作界面服务。
6、(2)商业服务。(3)数据服务。根据这三类功能在整个架构中位置的不同，数据库应用系统的架构大致可分为两种，即客户机/服务器(C/S)结构和浏览器/服务器(B/S)结构。第 9 章数据库应用开发1.C/S 结构结构C/S 结构由客户端和服务器构成，其中服务器指数据库服务器，客户端指完成前端业务处理的应用程序。在 C/S 结构中，客户端可以根据业务处理的要求实时地访问后台的数据库服务器，从而提供对前台数据的增加、删除、修改、查询等服务。第 9 章数据库应用开发C/S 结构又有许多变种，在实际开发中常用的结构主要有以前端为主的 C/S 结构和以后端为主的 C/S 结构。以前端为主的 C/S 结构是指
7、在应用系统的三类服务中，操作界面服务和商业服务都在客户端完成，而服务器仅提供数据服务。在图 9-1 给出了以前端为主的C/S 结构示意图。在这种结构中，客户端负担重，服务器负担轻，所以也称为“胖客户机/瘦服务器结构”。第 9 章数据库应用开发图 9-1以前端为主的 C/S 结构第 9 章数据库应用开发以后端为主的 C/S 结构是在以前端为主的结构基础上提出来的，可以看成是对以前端为主的C/S结构的一种改进。图9-2给出了以后端为主的C/S结构示意图。第 9 章数据库应用开发图 9-2以后端为主的 C/S 结构第 9 章数据库应用开发2.B/S 结构结构在 C/S 结构中，操作界面服务和商业服务
8、通常在客户端运行，因此一旦系统需要升级，就需要对所有客户端进行更新。在银行、证券、邮电等分布式应用系统中，这种维护性任务的工作量巨大，对系统的升级工作带来了很大的困难。B/S 结构正是在这样的背景下出现的。B/S 结构出现的基础是互联网和 WWW 服务的出现。图 9-3 给出了数据库应用系统的 B/S 结构示意图。第 9 章数据库应用开发图 9-3 B/S 结构第 9 章数据库应用开发9.2.2数据库应用系统开发的过程数据库应用系统开发的过程数据库应用系统的开发过程一般遵循结构化方法即生命周期法。结构化软件开发方法首先对问题进行全面、细致的调查，然后从功能和流程的角度来分析和优化问题，最后设计
9、和实现系统。它的核心思想是结构化的分析、设计与编程，特点是强调自顶向下设计以及流程化和文档化。结构化方法一般通过数据流程图分析、模块化技术和结构化程序技术来实现。图 9-4 所示为基于结构化方法的数据库应用系统开发过程。第 9 章数据库应用开发图 9-4结构化方法的数据库应用系统开发过程第 9 章数据库应用开发下面简要介绍每个过程，更详细的内容可参考有关软件工程的书籍。可行性分析可行性分析可行性分析是研究对于提出的系统开发需求是否存在可行性，是否值得去做。可行性分析一般要分析系统开发的经济可行性、技术可行性及操作可行性，基本的步骤如下：(1)复查系统规模和目标：根据系统的开发目标访问关键人员，
10、改正含糊的、二义的以及不正确的描述，核查系统限制和约束。第 9 章数据库应用开发(2)研究现有系统功能：分析现有系统的任务和功能，比较新旧系统。(3)导出新系统模型：定义新系统的逻辑模型，明确新系统的功能需求和其他目标。(4)重新定义问题：复查问题定义、规模和目标，根据新系统逻辑模型重新定义问题。(5)导出和分析各种可选解决方案：根据新系统的逻辑模型，从不同角度导出不同的物理模型(物理实现方案)，并分析每一种方案的经济可行性、技术可行性和操作可行性，去掉经济上不合算、用户没有能力操作、技术上实现不了的方案，最后为可行的方案制订进度计划。第 9 章数据库应用开发(6)推荐行动方针：得出可行性研究
11、的结论，即终止还是继续开发。如果继续开发，则对推荐方案进行成本/效益分析。(7)草拟开发计划：为推荐方案制订开发计划，包括进度安排、开发人员、硬件设备、软件工具、各阶段成本估计等。(8)书写文档提交审查：提交可行性研究报告，总结各阶段的任务和结果，给出推荐方案及可行性分析结果，描述开发计划等。第 9 章数据库应用开发 需求分析需求分析软件系统的需求是以一种清晰、简洁、一致且无二义性的方式，对一个待开发系统中各个有意义方面的陈述的一个集合。常见的需求有功能需求、数据需求、性能需求、环境需求、可靠性需求、安全保密需求、用户界面需求、资源使用需求、成本消耗需求、开发进度需求等，其中最重要的是功能需求
12、、数据需求和性能需求。需求分析通常包括需求获取和需求规格说明两部分内容，最终的目标是形成软件系统的需求规格说明书。第 9 章数据库应用开发 设计设计设计一般分为概要设计和详细设计两个阶段。其中概要设计阶段主要完成软件系统的体系结构(功能模块结构)设计、处理程序设计、数据库设计和接口设计等工作；详细设计阶段主要给出每个模块具体的输入/输出、程序流程、数据结构和约束等内容，为模块的编码奠定基础。具体介绍如下：(1)软件的功能模块结构一般从需求分析的数据流程图中导出，最终建立层次结构的功能模块划分。第 9 章数据库应用开发(2)处理流程设计是指多个模块组合响应系统需求的工作过程。(3)数据库设计是概
13、要设计中的重要内容之一。(4)接口设计主要包括内部接口设计和外部接口设计。(5)详细设计的主要任务是精确描述每个模块的程序逻辑。第 9 章数据库应用开发 编码编码编码阶段主要是完成详细设计阶段各个模块的编程实现任务，包括人机界面设计和程序编码工作。人机界面设计一般需要遵循 3 条基本原则：置于用户控制之下、减少用户的记忆负担和保持界面一致。程序编码的基本要求是逻辑清楚、清晰易读。第 9 章数据库应用开发软件系统开发所用的程序设计语言一般要根据自己的特点和需求选择，主要考虑的因素包括以下几点：(1)软件的应用领域。(2)系统用户的要求。(3)可以使用的编译程序。(4)可以得到的软件工具。(5)工
14、程规模。(6)程序员的知识。(7)软件可移植性。第 9 章数据库应用开发下面是常见的一些程序设计语言与所适用的领域。(1)C/C+语言，适合系统底层实现及实时应用。(2)Fortran，适合工程领域。(3)Python、Prolog 和 Lisp，适合人工智能领域。(4)Delphi、VB，适合 MIS 应用开发。(5)VC、Python，适合信息处理与控制等应用开发。(6)Java，适合平台无关的应用。(7)C#、Python、JSP、ASP，适合 Web 应用。第 9 章数据库应用开发5.测试测试软件测试是软件系统开发过程中非常重要的一个步骤。测试是程序的执行过程，目的在于发现错误。一个好
15、的测试用例在于能够发现至今未发现的错误，一个成功的测试是发现了至今未发现的错误的测试。第 9 章数据库应用开发(1)关于软件测试，必须清楚以下几点：软件测试的目的是以最少的时间和人力，系统地找出软件中潜在的各种错误和缺陷。如果成功地实施了测试，就能发现软件中的错误。软件测试的附带收获是指它能够证明软件的功能和性能与需求说明相符合。实施收集的测试结果数据为可靠性分析提供了依据。测试不能表明软件中不存在错误，它只能说明软件中存在错误。最严重的错误(从用户角度)是导致软件无法满足需求的错误。软件测试不等于程序测试，软件测试应贯穿于软件定义与开发的整个过程，并且在概要设计阶段就要完成软件测试计划的编写
16、。第 9 章数据库应用开发(2)软件测试过程一般分为单元测试、集成测试和确认测试 3 个阶段。第一阶段：单元测试。第二阶段：集成测试。通常包括以下几个方面：在把各个模块连接起来时，穿越模块接口的数据是否会丢失。一个模块的功能是否会使另一个模块的功能产生不利的影响。各个功能组合起来，能否达到预期要求的功能。全局数据结构是否有问题。单个模块的误差累积起来，是否会放大，从而达到不能接受的程度。第 9 章数据库应用开发第三阶段：确认测试。(3)软件测试方法。软件测试的基本方法有白盒测试和黑盒测试。白盒测试(White-box Testing)也称玻璃盒测试(Glass-box Testing)，是指测
17、试者完全知道程序的内部结构和处理算法，而黑盒测试(Black-box Testing)是指测试者完全不知道程序的内部结构和处理算法的测试。第 9 章数据库应用开发6.运行维护运行维护软件测试通过后即开始试运行，并进入维护阶段。软件维护是指在软件已经交付使用后，为了改正错误或满足新的需要而修改软件的过程。软件维护包括 3 种类型的维护工作：改正性维护、适应性维护和完善性维护。(1)改正性维护。(2)适应性维护。(3)完善性维护。第 9 章数据库应用开发9.3数据库访问架构设计数据库访问架构设计9.3.1数据库访问技术数据库访问技术 ODBC 技术技术ODBC(Open DataBase Conn
18、ectivity，开放数据库互联)是微软公司开放服务结构中有关数据库的一个组成部分，是一种数据库访问协议，提供了访问数据库的 API 接口。第 9 章数据库应用开发一个完整的 ODBC 由下列几个部件组成：(1)应用程序(Application Program)：包括 ODBC 管理器(其主要任务是管理安装的ODBC 驱动程序和管理数据源)、驱动程序管理器(Driver Manager，包含在 ODBC32.dll 中，管理驱动程序，是 ODBC 中最重要的部件)。(2)ODBC API：提供 ODBC 与数据库之间的接口，是一些 DLL，如 ODBC 驱动程序。(3)数据源：包含数据库位置和
19、数据库类型等信息，实际上是一种数据连接的抽象。第 9 章数据库应用开发 ADO 技术技术ADO(ActiveX Data Obiects，ActiveX 数据对象)是微软的一个用于存取数据源的COM 组件，具有跨系统平台的特性。ADO 随微软的 IIS 被自动安装，提供了编程语言和统一数据访问方式 OLE DB 的一个中间层。OLE DB(Object Link and Embed，对象连接与嵌入)是一组读写数据的方法，是一个低层的数据访问接口，可以访问各种数据源，包括关系数据库、非关系数据库、电子邮件、文件系统、文本和图像等。第 9 章数据库应用开发ADO 是高层数据库访问技术，相对于 OD
20、BC 来说，具有面向对象的特点。ADO 包括 了 6 个 类：Connection、Command、Recordset、Errors、Parameters 和 Fields。其 中：Connection 用于表示和数据源的连接，以及处理一些命令和事务；Command 用于执行某些命令来进行诸如查询、添加、删除或更新记录的操作；Recordset用于处理数据源的记录集，是在表中修改、检索数据的最主要的方法。第 9 章数据库应用开发9.3.2ADO.NETADO.NET 是一组访问数据源的面向对象的类库。数据源就是数据库，同时也包括文本文件、Excel 表格或者 XML 文件。ADO.NET 是用
21、于和数据源打交道的.NET 技术，包含了许多 Data Providers，分别用于访问不同的数据源，取决于它们所使用的数据库或协议。ADO.NET 提供了访问数据源的公共方法，对于不同的数据源，采用不同的类库，这些类库称为 Data Providers。基本的类库如表 9-1 所示，其中 API 前缀表示它们支持的协议。第 9 章数据库应用开发第 9 章数据库应用开发如果使用 OleDb Data Provider 连接一个提供 OleDb 接口的数据源，那么将使用的连接对象就是 OleDbConnection。同理，如果使用 Odbc 数据源或 SQL Server 数据源就分别加上 Od
22、bc 或 Sql 前缀，即 OdbcConnection 或 SqlConnection。具体介绍如下：SqlConnection 对象对象要访问一个数据源，必须先建立一个到它的连接。SqlCommand 对象对象连接数据库后就可以开始操作想要执行的数据库，这个是通过 Command 对象完成的。第 9 章数据库应用开发 SqlDataReader 对象对象许多数据库操作仅仅只是需要读取一组数据。DataSet 对象对象DataSet 对象用于表示那些存储在内存中的数据，包括多个 DataTable 对象。SqlDataAdapter 对象对象SqlDataAdapter 通过断开模型来减少数
23、据库调用的次数，把读取的数据缓存在内存中。第 9 章数据库应用开发综上所述，SqlConnection 对象用于管理与数据源的连接，SqlCommand 对象可以向数据源发送 SQL 命令，SqlDataReader 对象可以快速地从数据源获得只读的、向前的数据流，使用 DataSet 可以处理那些已经断开的数据(存储在内存中的)，通过 SqlDataAdapter 可实现数据源的读取和写入。第 9 章数据库应用开发9.3.3C#操作操作 SQL Server 数据库数据库C#语言(C Sharp)是一种面向对象的编程语言，是专门为.NET 的应用而开发的语言，吸收了C+、Visual Bas
24、ic、Delphi和Java等语言的优点，可以通过它编写在.NET Framework上运行的各种安全可靠的应用程序。第 9 章数据库应用开发1.ADO.NET 访问访问 SQL Server 数据库的方法数据库的方法1)连接对象Connect连接对象用于提供与数据库的连接。常用的连接对象有以下几种：(1)SqlConnection：只连接 SQL Server。(2)OleDbConnection：连接支持 OleDb 的任何数据源 SQL Server、Access、DB2 等。(3)OdbcConnection：连接建立的 ODBC 数据源。(4)OracleConnection：只连接
25、 Oracle 数据库。第 9 章数据库应用开发使用 SqlConnection 对象的基本步骤如下：(1)引用命名空间，即using System.Data.SqlClient;(2)使用构造函数实例化连接对象，即SqlConnection SqlConn=new SqlConnection(DB 连接字符串)；方法如下：Open()：打开一个连接，建立到数据源的物理连接。第 9 章数据库应用开发例如：SqlConn.Open();Close()：关闭一个连接。属性如下：State：连接状态。例如：if(SqlConn.State=ConnectionState.Open)SqlConn.C
26、lose();第 9 章数据库应用开发第 9 章数据库应用开发2)数据适配器DataAdapterDataAdapter 表示一组 SQL 命令和一个数据库连接，用于填充 DataSet 和更新数据源。DataAdapter 对象是一个数据适配器对象，是 DataSet 与数据源之间的桥梁。DataAdapter对象提供 4 个属性，分别是 SelectCommand 属性、InsertCommand 属性、DeleteCommand属性和 UpdateCommand 属性，用于实现与数据源之间的互通。第 9 章数据库应用开发常用的数据适配器对象有以下几种：(1)SqlDataAdapter：
27、只适用于 SQL Server。(2)OleDbDataAdapter：适用于支持 OleDB 的任何数据源 SQL Server、Access、DB2 等。(3)OdbcDataAdapter：适用于建立 ODBC 数据源。(4)OracleDataAdapter：只适用于 Oracle 数据库。第 9 章数据库应用开发下面重点介绍 SqlDataAdapter。(1)SqlDataAdapter 的特性。(2)SqlDataAdapter 的创建和使用。(3)使用New关键字创建SqlDataAdapter。(4)SqlDataAdapter 的构造函数。第 9 章数据库应用开发例 9-2
28、 SqlDataAdapter 对象示例。代码如下：第 9 章数据库应用开发3)数据集DataSet数据集是从数据源检索的记录的缓存，一般配合数据适配器(DataAdapter)使用，调用数据适配器的 Fill 方法填充数据集。第 9 章数据库应用开发例如：第 9 章数据库应用开发第 9 章数据库应用开发第 9 章数据库应用开发4)数据命令操作对象Command(1)命令对象。Command 一般执行 select、insert、update、delete 命令。它必须与连接对象配合使用，且必须显示打开连接。常用的数据命令对象有以下几种：SqlCommand：只适用于 SQL Server。O
29、leDbCommand：适用于支持 Oledb 的任何数据源(SQL Server、Access 等)。OdbcCommand：适用于建立 ODBC 数据源。OracleCommand：只适用于 Oracle 数据库。Command 常用的属性和方法如表 9-2 所示。第 9 章数据库应用开发第 9 章数据库应用开发(2)使用 Command 对象的基本步骤。代码格式如下：SqlCommand SqlComm=new SqlCommand(命令文本，连接对象)例 9-5 SqlCommand 对象。代码如下：第 9 章数据库应用开发5)SqlDataReader 对象DataReader 对象
30、提供了顺序的、只读的方式读取 Command 对象获得的数据结果集。DataReader 对象有许多属性和方法，如表 9-3 所示。第 9 章数据库应用开发第 9 章数据库应用开发要想读取 DataReader 对象中的数据，就要用到 DataReader 对象的 Read 方法。由于DataReader 对象每次只在内存缓冲区里存储结果集中的一条数据，因此要读取 DataReader对象中的多条数据，就要用到迭代语句。例 9-6 使用 SqlCommand 对象创建 SqlDataReader 对象。代码如下：第 9 章数据库应用开发例9-7 SqlDataReader对象示例。添加一个Li
31、stBox控件，命名为LstStudNo。代码如下：第 9 章数据库应用开发2.C#操作操作 SQL Server 数据库数据库在 Microsoft Visual Studio 官网下载 Visual Studio Community 2019，这是一个功能强大的集成开发环境，供学习者免费使用。进入 Visual Studio 安装程序，安装 Visual Studio Community 2019，如图 9-5 所示。安装结束，“安装”按钮名称变成“修改”按钮，如果需要卸载，则单击“更多”下拉菜单，选择“卸载”即可。第 9 章数据库应用开发图 9-5 Visual Studio 安装界面第
32、 9 章数据库应用开发1)创建新项目操作步骤如下：(1)安装结束，重新启动计算机。再次进入 Visual Studio 安装程序，单击“启用”按钮，进入“打开”或“开始使用”界面，单击“创建新项目”按钮，如图 9-6 所示。第 9 章数据库应用开发图 9-6 Visual Studio 开始使用界面第 9 章数据库应用开发(2)进入“创建新项目”界面，在“所有语言”处选择“C#”，在“所有平台”处选择“Windows”，在“所有项目类型”处选择“控制台”或“类库”，如图 9-7 所示，然后单击“下一步”按钮。第 9 章数据库应用开发图 9-7“创新建项目”界面第 9 章数据库应用开发(3)进入
33、“配置新项目”界面，在“项目名称”“位置”“解决方案名称”处输入适当的内容，勾选“将解决方案和项目放在同一目录中”，如图 9-8 所示。然后单击“下一步”按钮。第 9 章数据库应用开发图 9-8“配置新项目”界面第 9 章数据库应用开发(4)单击“创建”按钮，等待项目创建过程完成，如图 9-9 所示。图 9-9正在创建新项目界面第 9 章数据库应用开发(5)进入 C#工作界面，如图 9-10 所示。图 9-10 C#工作界面第 9 章数据库应用开发2)使用 SQL Server操作步骤如下：(1)在“工具”菜单下选择“连接到数据库”，如图 9-11 所示。第 9 章数据库应用开发图 9-11连
34、接到数据库第 9 章数据库应用开发(2)在“添加连接”对话框中，单击“更改”，选择“SQL Server”。在“服务器名称”处输入名称，如xwq123SQLEXPRESS。在“身份验证”处可以选择“SQL Server身份验证”，输入用户名和密码。在“选择或输入数据库名称”处选择“studscore_wl2”。最后单击“确定”按钮，如图 9-12 所示。第 9 章数据库应用开发图 9-12连接数据库第 9 章数据库应用开发(3)在“服务器资源管理器”中显示“数据连接”信息，表明连接成功。(4)在“工具”下选择“SQL Server”“新建查询”，在“SQLQuery1.sql”文件窗口切换当前数据库到“studscore_wl2”，输入 SQL 语句，如“select*from books”，选定并单击“执行”按钮，显示查询结果，如图 9-13 所示。第 9 章数据库应用开发图 9-13数据库查询结果
