軟件工程中的數(shù)據(jù)庫(kù)編程技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用分析

孔繁勝

［摘 要］通過(guò)詳細(xì)闡述數(shù)據(jù)庫(kù)編程技術(shù)的基本內(nèi)容，從數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)原則和數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建步驟兩個(gè)方面著手，對(duì)軟件工程中數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)和構(gòu)建進(jìn)行詳細(xì)分析，并深入探索軟件工程中的數(shù)據(jù)庫(kù)編程技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用，以期為滿足計(jì)算機(jī)用戶多樣化需求提供參考思路。

［關(guān)鍵詞］軟件工程；數(shù)據(jù)庫(kù)；編程技術(shù)；設(shè)計(jì)；構(gòu)建；應(yīng)用

doi：10.3969/j.issn.1673-0194.2023.13.038

［中圖分類號(hào)］TP315 ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A ［文章編號(hào)］1673-0194（2023）13-0131-05

0? ? ?引 言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，各類計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)軟件逐漸成為人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ髦械闹匾ぞ?，尤其是五花八門的軟件程序，已然成為人們每日工作和娛樂不可或缺的組成部分，因此軟件工程成為計(jì)算機(jī)學(xué)科中非常重要的內(nèi)容。由于軟件的使用主要依賴于對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和提取，涉及與用戶之間進(jìn)行的數(shù)據(jù)交互，所以數(shù)據(jù)庫(kù)成為軟件開發(fā)的重中之重，與之相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)編程設(shè)計(jì)也成為了軟件工程專業(yè)教學(xué)的核心。數(shù)據(jù)庫(kù)編程技術(shù)作為一項(xiàng)新興的技術(shù)，能夠充分提高軟件工程使用的安全性和穩(wěn)定性，保證數(shù)據(jù)庫(kù)的高效運(yùn)行，從而發(fā)揮出數(shù)據(jù)信息的價(jià)值，有效地推動(dòng)了計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的發(fā)展。

1? ? ?數(shù)據(jù)庫(kù)編程技術(shù)介紹

1.1? ?計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)

計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)是按照數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行組織、存儲(chǔ)和管理的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，是長(zhǎng)期存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)的有組織、可共享、統(tǒng)一管理的大量數(shù)據(jù)的集合，它可以存儲(chǔ)文本、圖像、聲音等信息，是保證計(jì)算機(jī)軟件穩(wěn)定運(yùn)行的基石。在軟件工程中，當(dāng)工程師進(jìn)行軟件開發(fā)時(shí)，第一個(gè)考慮的便是數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)和構(gòu)建，工程師應(yīng)當(dāng)根據(jù)軟件工程的需求分析對(duì)數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)模式進(jìn)行設(shè)計(jì)和定義，然后謹(jǐn)慎、認(rèn)真地按照設(shè)計(jì)過(guò)程建立起性能較高的數(shù)據(jù)庫(kù)，以保證軟件工程開發(fā)的順利進(jìn)行［1］。

1.2? ?數(shù)據(jù)庫(kù)編程技術(shù)

為了順利構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)，可以使用數(shù)據(jù)庫(kù)編程技術(shù)，它涵蓋了數(shù)據(jù)庫(kù)的各個(gè)環(huán)節(jié)，如數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等。工程師需要熟練掌握數(shù)據(jù)庫(kù)編程技術(shù)，從而構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)框架，選擇操作對(duì)象，創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)工程，并完善內(nèi)部的具體內(nèi)容。如圖1所示，在具體創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)編程技術(shù)可以提供創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)表、聲明變量、引入文件、處理函數(shù)等功能，讓數(shù)據(jù)庫(kù)在后續(xù)應(yīng)用中可以獲得穩(wěn)定的運(yùn)行條件，提高了數(shù)據(jù)使用的流暢性和安全性。現(xiàn)如今各類成熟的數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序如Oracle、MySQL、DB2等已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了可視化的操作，將數(shù)據(jù)庫(kù)編程技術(shù)轉(zhuǎn)化為可拖動(dòng)的代碼塊，更加方便了工程師的數(shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)工作。

數(shù)據(jù)庫(kù)編程技術(shù)還包括了訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的一系列方法，如數(shù)據(jù)庫(kù)客戶端編程主要使用ODBC API、ADO、OCI、OTL等方法，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)端編程主要使用OLE DB等方法，這些方法多數(shù)存在于軟件開發(fā)的程序設(shè)計(jì)中［2］。目前軟件開發(fā)提倡分層開發(fā)，即數(shù)據(jù)訪問(wèn)層、業(yè)務(wù)邏輯層和界面顯示層，這樣做的好處是每一層都有自己的職責(zé)，不用關(guān)心其他層的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，便于分工協(xié)作、代碼復(fù)用和程序拓展。數(shù)據(jù)庫(kù)編程技術(shù)中的訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)等方法存在于數(shù)據(jù)訪問(wèn)層，需要設(shè)計(jì)具體的實(shí)體類、實(shí)現(xiàn)類、基類接口類和接口實(shí)現(xiàn)類，實(shí)體類對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)庫(kù)表，實(shí)現(xiàn)類提供了對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)表進(jìn)行數(shù)據(jù)增刪改查的操作，基類接口類和接口實(shí)現(xiàn)類與業(yè)務(wù)邏輯層對(duì)接，方便數(shù)據(jù)的傳遞。

1.3? ?計(jì)算機(jī)軟件工程中數(shù)據(jù)庫(kù)編程技術(shù)的作用

1.3.1? ?鑒別身份

數(shù)據(jù)庫(kù)編程技術(shù)提供了數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)所有客戶進(jìn)行驗(yàn)證和鑒別的功能。當(dāng)用戶在使用程序時(shí)，通過(guò)HTTP鏈接，登錄賬戶和密碼后，數(shù)據(jù)庫(kù)便可以將內(nèi)部的已有數(shù)據(jù)與輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，比對(duì)成功后用戶才可以順利進(jìn)入軟件。鑒別身份的功能有效提升了數(shù)據(jù)信息的安全性，防止了他人利用網(wǎng)絡(luò)渠道竊取數(shù)據(jù)；與此同時(shí)，為了防止賬戶和密碼被竊取，軟件程序一般會(huì)將密碼自動(dòng)存儲(chǔ)到TACACS服務(wù)器中，這種私密文件能夠?qū)踩L(fēng)險(xiǎn)降到最低，降低了密碼泄露的可能。

1.3.2? ?可用性

數(shù)據(jù)庫(kù)編程技術(shù)提供了數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)替換的功能。當(dāng)正在運(yùn)行的數(shù)據(jù)庫(kù)出現(xiàn)故障時(shí)，數(shù)據(jù)在前后端的傳遞出現(xiàn)錯(cuò)誤，嚴(yán)重的甚至?xí)斐蓴?shù)據(jù)的丟失，為了避免這種情況，應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)編程技術(shù)可以自動(dòng)切換至備用數(shù)據(jù)庫(kù)，保證了軟件的正常運(yùn)作，為原數(shù)據(jù)庫(kù)的故障修復(fù)提供了時(shí)間，可減少經(jīng)濟(jì)損失。

1.3.3? ?隱藏信息

為了保護(hù)用戶的網(wǎng)絡(luò)地址，數(shù)據(jù)庫(kù)編程技術(shù)可以將用戶地址統(tǒng)一顯示為公共地址訪問(wèn)，避免用戶因暴露地址而受到網(wǎng)絡(luò)攻擊。尤其是企業(yè)管理中，隱藏信息的功能使得企業(yè)可以有效限制外部訪問(wèn)者對(duì)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的訪問(wèn)，提高了企業(yè)的安全信息保障［3］。

1.3.4? ?提高軟件運(yùn)行速度

數(shù)據(jù)庫(kù)編程技術(shù)可以有效利用計(jì)算機(jī)硬件的性能，加快數(shù)據(jù)處理速度。比如說(shuō)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)能夠極大地提高數(shù)據(jù)的傳遞效率，讓原有的線性串聯(lián)傳遞變?yōu)椴⒙?lián)，從而在軟件運(yùn)行的過(guò)程中幫助用戶更快地獲得數(shù)據(jù)信息反饋，加快軟件運(yùn)行速度。

2? ? ?軟件工程中數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)和構(gòu)建

2.1? ?數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)原則

計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)指的是按照用戶的需求，在某一具體的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)和建立數(shù)據(jù)庫(kù)的過(guò)程。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)并不是一蹴而就的，需要反復(fù)探尋，與相關(guān)程序運(yùn)行相匹配，還要優(yōu)化數(shù)據(jù)處理速度。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)原則如下。

2.1.1? ?一對(duì)一設(shè)計(jì)原則

一對(duì)一關(guān)系是軟件開發(fā)過(guò)程中最重要的設(shè)計(jì)原則，能夠避免數(shù)據(jù)大且雜的現(xiàn)象出現(xiàn)，與此對(duì)應(yīng)的是數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)體間的必然聯(lián)系進(jìn)行梳理，實(shí)現(xiàn)將分散數(shù)據(jù)整合的目的。一對(duì)一設(shè)計(jì)原則能夠盡量減少數(shù)據(jù)維護(hù)問(wèn)題的出現(xiàn)，降低了維護(hù)工作的難度，提高了軟件應(yīng)用程序的可靠性、科學(xué)性和安全性。

2.1.2? ?獨(dú)特命名原則

獨(dú)特命名原則主要是為了減少數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)過(guò)程中重復(fù)命名和規(guī)范命名現(xiàn)象的出現(xiàn)，能夠減少數(shù)據(jù)冗雜和沖突，維護(hù)了數(shù)據(jù)的一致性。獨(dú)特命名原則也增加了工程師對(duì)數(shù)據(jù)的理解，對(duì)不同數(shù)據(jù)之間存在的聯(lián)系有著更加清楚的認(rèn)知［4］。

2.1.3? ?雙向使用原則

雙向使用原則包括事務(wù)使用原則和索引功能原則，前者為非事務(wù)性單元操作工作提供保障，保證其能夠及時(shí)更新和獲取數(shù)據(jù)；后者為多屬性的列數(shù)據(jù)信息提供索引，幫助其靈活排序，提高訪問(wèn)準(zhǔn)確度。

2.2? ?數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建步驟

數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建步驟如圖2所示。

（1）分析需求：當(dāng)用戶提出相關(guān)需求后，工程師需要對(duì)需求進(jìn)行解析，弄清楚數(shù)據(jù)的種類、范圍、數(shù)量等，以及數(shù)據(jù)使用要求和各種約束條件。

（2）創(chuàng)建工程：當(dāng)需求分析完畢后，工程師需要先創(chuàng)建工程框架和內(nèi)在邏輯，保證數(shù)據(jù)庫(kù)的完整性和可運(yùn)行性。

（3）概念設(shè)計(jì)：按照第一步分析的相關(guān)需求，進(jìn)一步建立抽象的概念數(shù)據(jù)模型，模型應(yīng)當(dāng)反映出各類信息的結(jié)構(gòu)、流動(dòng)情況和互相制約情況等。目前E-R模型是最流行的模型方法，它能明確數(shù)據(jù)的屬性、相互之間的聯(lián)系，從而形成多個(gè)局部描述和全局視圖。

（4）邏輯設(shè)計(jì)與物理設(shè)計(jì)：前者是將概念模型設(shè)計(jì)成數(shù)據(jù)庫(kù)的一種邏輯模式，即“邏輯數(shù)據(jù)庫(kù)”，后者是根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)編程技術(shù)提供的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)方法實(shí)現(xiàn)的最合適的物理存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)方法和存取路徑等，即“物理數(shù)據(jù)庫(kù)”。

（5）驗(yàn)證設(shè)計(jì)：當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)初步構(gòu)建完畢后，與前端代碼結(jié)合，構(gòu)成的數(shù)據(jù)傳遞的完整邏輯需要進(jìn)行多次循環(huán)往復(fù)，驗(yàn)證數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的正確性和合理性，如有問(wèn)題需要返回前幾步進(jìn)行修改［5］。

3? ? ?軟件工程中的數(shù)據(jù)庫(kù)編程技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用

在數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)、構(gòu)建和訪問(wèn)的過(guò)程中，數(shù)據(jù)庫(kù)編程技術(shù)全程參與，有著至關(guān)重要的作用，接下來(lái)介紹三個(gè)重點(diǎn)應(yīng)用。

3.1? ?數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式的設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式的設(shè)計(jì)關(guān)乎數(shù)據(jù)的分類、訪問(wèn)權(quán)限和加密程度，與用戶的需求息息相關(guān)，是數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建之初應(yīng)該考慮的關(guān)鍵。

首先，對(duì)于數(shù)據(jù)的分類來(lái)說(shuō)，工程師需要考慮到數(shù)據(jù)的特點(diǎn)、內(nèi)容、形式、大小和使用頻繁程度。最基礎(chǔ)的分類是按照數(shù)據(jù)的內(nèi)容劃分，比如人的屬性、地點(diǎn)的屬性、物的屬性都有明顯的不同，應(yīng)該將它們存入不同的數(shù)據(jù)庫(kù)表中，然后分類命名，減少冗余數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，促進(jìn)資源的優(yōu)化；進(jìn)階的分類在基礎(chǔ)分類之上，考慮到各個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)表之間的關(guān)聯(lián)情況，利用數(shù)據(jù)庫(kù)編程技術(shù)中“外鍵”的作用，為每一個(gè)表單提供可與其他表單銜接的屬性，促成表單之間的聯(lián)系；若是考慮到程序運(yùn)行速度和數(shù)據(jù)訪問(wèn)優(yōu)化的問(wèn)題，可以將頻繁調(diào)用的表單數(shù)據(jù)，按照表單之間的關(guān)聯(lián)生成“視圖”，使得數(shù)據(jù)利用過(guò)程達(dá)到更理想的效果。

其次，對(duì)于訪問(wèn)權(quán)限來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)庫(kù)編程技術(shù)提供了對(duì)不同表單屬性進(jìn)行顯示和隱藏的功能，工程師可以按照用戶的身份等級(jí)情況和用戶的自主設(shè)置情況，對(duì)訪問(wèn)權(quán)限進(jìn)行定義。第一，不同訪問(wèn)權(quán)限等級(jí)的用戶能夠看到的軟件程序中的內(nèi)容有所不同，可以促使軟件更有層次感；第二，不同訪問(wèn)權(quán)限的用戶在軟件中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息有著不同的安全等級(jí)，權(quán)限越高代表數(shù)據(jù)信息的安全程度越高，保證了重要信息的安全性；第三，不同用戶之間的互相訪問(wèn)，可以針對(duì)其進(jìn)行一些權(quán)限設(shè)計(jì)，保證了用戶的軟件使用感受，滿足了不同用戶的使用需求。

最后，對(duì)于數(shù)據(jù)加密程度來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)庫(kù)編程技術(shù)能夠按照不同等級(jí)的數(shù)據(jù)，提供不同難度的加密算法，并且為了提高數(shù)據(jù)的安全性，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的物理位置也可以進(jìn)行針對(duì)性設(shè)置。

3.2? ?數(shù)據(jù)庫(kù)的開發(fā)技術(shù)

數(shù)據(jù)庫(kù)的開發(fā)技術(shù)也是數(shù)據(jù)庫(kù)編程技術(shù)應(yīng)用的一部分，主要包括數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建和訪問(wèn)。

在數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建中，工程師應(yīng)當(dāng)按照不同的數(shù)據(jù)庫(kù)表選擇獨(dú)特的命名規(guī)范，根據(jù)表單中的每項(xiàng)數(shù)據(jù)選擇合適的字段名稱，針對(duì)常用的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔明確的索引，比如靈活運(yùn)用大小寫字母、數(shù)字編碼等。如果想要進(jìn)一步深度研究編程內(nèi)容，工程師應(yīng)該在選擇數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)時(shí)，選擇功能齊全、使用方便的編程工具，從而提升數(shù)據(jù)庫(kù)編程質(zhì)量。尤其需要注意的是數(shù)據(jù)冗余問(wèn)題和數(shù)據(jù)庫(kù)效率優(yōu)化問(wèn)題，工程師應(yīng)該提升數(shù)據(jù)庫(kù)的資源利用效率，利用有限的表單最大限度地利用系統(tǒng)資源，比如采用粗粒度的方式設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)量較大的表；或是適當(dāng)進(jìn)行技術(shù)改造，減少編程成本的投入，比如利用有簇索引和非簇索引這兩種方式提升數(shù)據(jù)查找效率［6］。

在數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)中，工程師應(yīng)當(dāng)重視SQL語(yǔ)句的合理運(yùn)用?，F(xiàn)在的軟件開發(fā)，在數(shù)據(jù)訪問(wèn)層進(jìn)行編程設(shè)計(jì)可以直接應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的SQL語(yǔ)句，比如MyBatis框架，它支持定制化SQL、存儲(chǔ)過(guò)程和高級(jí)映射，避免了繁雜代碼的手動(dòng)設(shè)置，使用XML或注解就可以直接配置映射原生信息，使得編程變得極其靈活?？偠灾?，選擇合理的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，使用成熟的編程框架，再搭配一支具有較強(qiáng)編程素質(zhì)的專業(yè)團(tuán)隊(duì)，能夠全面提升數(shù)據(jù)庫(kù)編程效果。

3.3? ?數(shù)據(jù)文件的加密設(shè)計(jì)

對(duì)于軟件工程來(lái)說(shuō)，減少重要信息被他人盜取和利用的風(fēng)險(xiǎn)是所有工程師編程關(guān)注的要點(diǎn)，數(shù)據(jù)庫(kù)編程技術(shù)中，有關(guān)提高數(shù)據(jù)安全、創(chuàng)造文件穩(wěn)定存儲(chǔ)的編程技術(shù)被稱作數(shù)據(jù)加密技術(shù)。數(shù)據(jù)加密技術(shù)可以分為三個(gè)層次：第一層次主要涉及密鑰的設(shè)置，用戶可以為某些數(shù)據(jù)文件設(shè)置密碼，沒有輸入正確密碼的用戶無(wú)法獲取內(nèi)部的數(shù)據(jù)信息，輸入密碼的行為會(huì)被數(shù)據(jù)庫(kù)詳細(xì)記錄，一旦數(shù)據(jù)被不法分子惡意攻擊和竊取，這些記錄可以為有關(guān)部門提供必要的數(shù)據(jù)協(xié)助；第二層次為數(shù)據(jù)庫(kù)加密，多針對(duì)于傳輸信息鏈路的加密和重要網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的加密，因?yàn)閿?shù)據(jù)在前后端傳遞時(shí)會(huì)以數(shù)據(jù)包的形式經(jīng)過(guò)大量網(wǎng)絡(luò)傳輸節(jié)點(diǎn)，一些不法分子可以在這些節(jié)點(diǎn)完成網(wǎng)絡(luò)攻擊，竊取數(shù)據(jù)包，同時(shí)也會(huì)造成信號(hào)不穩(wěn)定、數(shù)據(jù)丟包的現(xiàn)象，鏈路加密能夠屏蔽外界攻擊，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，節(jié)點(diǎn)加密能夠保證解密條件在內(nèi)部進(jìn)行，杜絕了其他人員的查看；第三層次則是文件編譯加密，利用某種數(shù)據(jù)編譯方式，將文件中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)譯成其他表現(xiàn)形式，這種加密方法保密程度最高，即使不法分子突破了前兩層加密，不了解轉(zhuǎn)譯方法，也只能得到垃圾信息，文件編譯加密多用于珍貴數(shù)據(jù)信息的保存，能夠穩(wěn)定提高用戶信息和隱私內(nèi)容的安全性。如果三種加密方式共同作用，數(shù)據(jù)泄密的風(fēng)險(xiǎn)將會(huì)大大降低。

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