數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)原則

1.原始單據(jù)與實(shí)體之間的關(guān)系

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可以是一對一、一對多、多對多的關(guān)系。在一般情況下，它們是一對一的關(guān)系：即一張?jiān)紗螕?jù)對應(yīng)且只對應(yīng)一個(gè)實(shí)體。

在特殊情況下，它們可能是一對多或多對一的關(guān)系，即一張?jiān)紗巫C對應(yīng)多個(gè)實(shí)體，或多張?jiān)紗巫C對應(yīng)一個(gè)實(shí)體。

這里的實(shí)體可以理解為基本表。明確這種對應(yīng)關(guān)系后，對我們設(shè)計(jì)錄入界面大有好處。

〖例1〗：一份員工履歷資料，在人力資源信息系統(tǒng)中，就對應(yīng)三個(gè)基本表：員工基本情況表、社會關(guān)系表、工作簡歷表。

這就是“一張?jiān)紗巫C對應(yīng)多個(gè)實(shí)體”的典型例子。

2.主鍵與外鍵

一般而言，一個(gè)實(shí)體不能既無主鍵又無外鍵。在E—R圖中,處于葉子部位的實(shí)體,可以定義主鍵，也可以不定義主鍵(因?yàn)樗鼰o子孫),但必須要有外鍵(因?yàn)樗懈赣H)。

主鍵與外鍵的設(shè)計(jì)，在全局?jǐn)?shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)中，占有重要地位。當(dāng)全局?jǐn)?shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)完成以后，有個(gè)美國數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)專家說：“鍵，到處都是鍵，除了鍵之外，什么也沒有”，這就是他的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)之談，也反映了他對信息系統(tǒng)核心(數(shù)據(jù)模型)的高度抽象思想。因?yàn)椋褐麈I是實(shí)體的高度抽象，主鍵與外鍵的配對，表示實(shí)體之間的連接。

3.基本表的性質(zhì)

基本表與中間表、臨時(shí)表不同，因?yàn)樗哂腥缦滤膫€(gè)特性：

(1)原子性?；颈碇械淖侄问遣豢稍俜纸獾?。

(2)原始性?；颈碇械挠涗浭窃紨?shù)據(jù)(基礎(chǔ)數(shù)據(jù))的記錄。

(3)演繹性。由基本表與代碼表中的數(shù)據(jù)，可以派生出所有的輸出數(shù)據(jù)。

(4)穩(wěn)定性?；颈淼慕Y(jié)構(gòu)是相對穩(wěn)定的，表中的記錄是要長期保存的。

理解基本表的性質(zhì)后，在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫時(shí)，就能將基本表與中間表、臨時(shí)表區(qū)分開來。

4.范式標(biāo)準(zhǔn)

基本表及其字段之間的關(guān)系,應(yīng)盡量滿足第三范式。但是，滿足第三范式的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，往往不是最好的設(shè)計(jì)。

為了提高數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行效率，常常需要降低范式標(biāo)準(zhǔn)：適當(dāng)增加冗余，達(dá)到以空間換時(shí)間的目的。

〖例2〗：有一張存放商品的基本表，如表1所示。“金額”這個(gè)字段的存在，表明該表的設(shè)計(jì)不滿足第三范式，因?yàn)?ldquo;金額”可以由“單價(jià)”乘以“數(shù)量”得到，說明“金額”是冗余字段。但是，增加“金額”這個(gè)冗余字段，可以提高查詢統(tǒng)計(jì)的速度，這就是以空間換時(shí)間的作法。

在Rose2002中，規(guī)定列有兩種類型：數(shù)據(jù)列和計(jì)算列。“金額”這樣的列被稱為“計(jì)算列”，而“單價(jià)”和“數(shù)量”這樣的列被稱為“數(shù)據(jù)列”。

商品名稱	商品型號	單價(jià)	數(shù)量	金額
電視機(jī)	29吋	2,500	40	100,000

通俗地理解三個(gè)范式，對于數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)大有好處。在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)中，為了更好地應(yīng)用三個(gè)范式，就必須通俗地理解三個(gè)范式(通俗地理解是夠用的理解，并不是最科學(xué)最準(zhǔn)確的理解)：

第一范式：1NF是對屬性的原子性約束，要求屬性具有原子性，不可再分解;

第二范式：2NF是對記錄的惟一性約束，要求記錄有惟一標(biāo)識，即實(shí)體的惟一性;

第三范式：3NF是對字段冗余性的約束，即任何字段不能由其他字段派生出來，它要求字段沒有冗余。

沒有冗余的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)可以做到。但是，沒有冗余的數(shù)據(jù)庫未必是最好的數(shù)據(jù)庫，有時(shí)為了提高運(yùn)行效率，就必須降低范式標(biāo)準(zhǔn)，適當(dāng)保留冗余數(shù)據(jù)。具體做法是：在概念數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)時(shí)遵守第三范式，降低范式標(biāo)準(zhǔn)的工作放到物理數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)時(shí)考慮。降低范式就是增加字段，允許冗余。

6.要善于識別與正確處理多對多的關(guān)系

若兩個(gè)實(shí)體之間存在多對多的關(guān)系，則應(yīng)消除這種關(guān)系。消除的辦法是，在兩者之間增加第三個(gè)實(shí)體。這樣，原來一個(gè)多對多的關(guān)系，現(xiàn)在變?yōu)閮蓚€(gè)一對多的關(guān)系。要將原來兩個(gè)實(shí)體的屬性合理地分配到三個(gè)實(shí)體中去。這里的第三個(gè)實(shí)體，實(shí)質(zhì)上是一個(gè)較復(fù)雜的關(guān)系，它對應(yīng)一張基本表。一般來講，數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)工具不能識別多對多的關(guān)系，但能處理多對多的關(guān)系。

〖例3〗：在“圖書館信息系統(tǒng)”中，“圖書”是一個(gè)實(shí)體，“讀者”也是一個(gè)實(shí)體。這兩個(gè)實(shí)體之間的關(guān)系，是一個(gè)典型的多對多關(guān)系：一本圖書在不同時(shí)間可以被多個(gè)讀者借閱，一個(gè)讀者又可以借多本圖書。為此，要在二者之間增加第三個(gè)實(shí)體，該實(shí)體取名為“借還書”，它的屬性為：借還時(shí)間、借還標(biāo)志(0表示借書，1表示還書)，另外，它還應(yīng)該有兩個(gè)外鍵(“圖書”的主鍵，“讀者”的主鍵)，使它能與“圖書”和“讀者”連接。

7.主鍵PK的取值方法

PK是供程序員使用的表間連接工具，可以是一無物理意義的數(shù)字串,由程序自動加1來實(shí)現(xiàn)。也可以是有物理意義的字段名或字段名的組合。不過前者比后者好。當(dāng)PK是字段名的組合時(shí)，建議字段的個(gè)數(shù)不要太多，多了不但索引占用空間大，而且速度也慢。

8.正確認(rèn)識數(shù)據(jù)冗余

主鍵與外鍵在多表中的重復(fù)出現(xiàn),不屬于數(shù)據(jù)冗余，這個(gè)概念必須清楚，事實(shí)上有許多人還不清楚。非鍵字段的重復(fù)出現(xiàn),才是數(shù)據(jù)冗余!而且是一種低級冗余，即重復(fù)性的冗余。高級冗余不是字段的重復(fù)出現(xiàn)，而是字段的派生出現(xiàn)。

〖例4〗：商品中的“單價(jià)、數(shù)量、金額”三個(gè)字段，“金額”就是由“單價(jià)”乘以“數(shù)量”派生出來的，它就是冗余，而且是一種高級冗余。冗余的目的是為了提高處理速度。只有低級冗余才會增加數(shù)據(jù)的不一致性，因?yàn)橥粩?shù)據(jù)，可能從不同時(shí)間、地點(diǎn)、角色上多次錄入。因此，我們提倡高級冗余(派生性冗余)，反對低級冗余(重復(fù)性冗余)。

9.E--R圖沒有標(biāo)準(zhǔn)答案

信息系統(tǒng)的E--R圖沒有標(biāo)準(zhǔn)答案，因?yàn)樗脑O(shè)計(jì)與畫法不是惟一的，只要它覆蓋了系統(tǒng)需求的業(yè)務(wù)范圍和功能內(nèi)容，就是可行的。反之要修改E--R圖。盡管它沒有惟一的標(biāo)準(zhǔn)答案，并不意味著可以隨意設(shè)計(jì)。好的E—R圖的標(biāo)準(zhǔn)是：結(jié)構(gòu)清晰、關(guān)聯(lián)簡潔、實(shí)體個(gè)數(shù)適中、屬性分配合理、沒有低級冗余。

10.視圖技術(shù)在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)中很有用

與基本表、代碼表、中間表不同，視圖是一種虛表，它依賴數(shù)據(jù)源的實(shí)表而存在。視圖是供程序員使用數(shù)據(jù)庫的一個(gè)窗口，是基表數(shù)據(jù)綜合的一種形式,是數(shù)據(jù)處理的一種方法，是用戶數(shù)據(jù)保密的一種手段。為了進(jìn)行復(fù)雜處理、提高運(yùn)算速度和節(jié)省存儲空間,視圖的定義深度一般不得超過三層。若三層視圖仍不夠用,則應(yīng)在視圖上定義臨時(shí)表,在臨時(shí)表上再定義視圖。這樣反復(fù)交迭定義,視圖的深度就不受限制了。

對于某些與國家政治、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、軍事和安全利益有關(guān)的信息系統(tǒng)，視圖的作用更加重要。這些系統(tǒng)的基本表完成物理設(shè)計(jì)之后，立即在基本表上建立第一層視圖，這層視圖的個(gè)數(shù)和結(jié)構(gòu)，與基本表的個(gè)數(shù)和結(jié)構(gòu)是完全相同。

并且規(guī)定，所有的程序員，一律只準(zhǔn)在視圖上操作。只有數(shù)據(jù)庫管理員，帶著多個(gè)人員共同掌握的“安全鑰匙”，才能直接在基本表上操作。請讀者想想：這是為什么?

11.中間表、報(bào)表和臨時(shí)表

中間表是存放統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的表，它是為數(shù)據(jù)倉庫、輸出報(bào)表或查詢結(jié)果而設(shè)計(jì)的，有時(shí)它沒有主鍵與外鍵(數(shù)據(jù)倉庫除外)。臨時(shí)表是程序員個(gè)人設(shè)計(jì)的，存放臨時(shí)記錄，為個(gè)人所用?；砗椭虚g表由DBA維護(hù)，臨時(shí)表由程序員自己用程序自動維護(hù)。

12.完整性約束表現(xiàn)在三個(gè)方面

域的完整性：用Check來實(shí)現(xiàn)約束，在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)工具中，對字段的取值范圍進(jìn)行定義時(shí)，有一個(gè)Check按鈕，通過它定義字段的值城。

參照完整性：用PK、FK、表級觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)。

用戶定義完整性：它是一些業(yè)務(wù)規(guī)則，用存儲過程和觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)。

13.防止數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)打補(bǔ)丁的方法是“三少原則”

(1)一個(gè)數(shù)據(jù)庫中表的個(gè)數(shù)越少越好。只有表的個(gè)數(shù)少了，才能說明系統(tǒng)的E--R圖少而精，去掉了重復(fù)的多余的實(shí)體，形成了對客觀世界的高度抽象，進(jìn)行了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成，防止了打補(bǔ)丁式的設(shè)計(jì);

(2)一個(gè)表中組合主鍵的字段個(gè)數(shù)越少越好。因?yàn)橹麈I的作用，一是建主鍵索引，二是做為子表的外鍵，所以組合主鍵的字段個(gè)數(shù)少了，不僅節(jié)省了運(yùn)行時(shí)間，而且節(jié)省了索引存儲空間;

(3)一個(gè)表中的字段個(gè)數(shù)越少越好。只有字段的個(gè)數(shù)少了，才能說明在系統(tǒng)中不存在數(shù)據(jù)重復(fù)，且很少有數(shù)據(jù)冗余，更重要的是督促讀者學(xué)會“列變行”，這樣就防止了將子表中的字段拉入到主表中去，在主表中留下許多空余的字段。所謂“列變行”，就是將主表中的一部分內(nèi)容拉出去，另外單獨(dú)建一個(gè)子表。這個(gè)方法很簡單，有的人就是不習(xí)慣、不采納、不執(zhí)行。

數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的實(shí)用原則是：在數(shù)據(jù)冗余和處理速度之間找到合適的平衡點(diǎn)。“三少”是一個(gè)整體概念，綜合觀點(diǎn)，不能孤立某一個(gè)原則。該原則是相對的，不是絕對的。“三多”原則肯定是錯(cuò)誤的。試想：若覆蓋系統(tǒng)同樣的功能，一百個(gè)實(shí)體(共一千個(gè)屬性)的E--R圖，肯定比二百個(gè)實(shí)體(共二千個(gè)屬性)的E--R圖，要好得多。

提倡“三少”原則，是叫讀者學(xué)會利用數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成。數(shù)據(jù)集成的步驟是將文件系統(tǒng)集成為應(yīng)用數(shù)據(jù)庫，將應(yīng)用數(shù)據(jù)庫集成為主題數(shù)據(jù)庫，將主題數(shù)據(jù)庫集成為全局綜合數(shù)據(jù)庫。集成的程度越高，數(shù)據(jù)共享性就越強(qiáng)，信息孤島現(xiàn)象就越少，整個(gè)企業(yè)信息系統(tǒng)的全局E—R圖中實(shí)體的個(gè)數(shù)、主鍵的個(gè)數(shù)、屬性的個(gè)數(shù)就會越少。

提倡“三少”原則的目的，是防止讀者利用打補(bǔ)丁技術(shù)，不斷地對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行增刪改，使企業(yè)數(shù)據(jù)庫變成了隨意設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫表的“垃圾堆”，或數(shù)據(jù)庫表的“大雜院”，最后造成數(shù)據(jù)庫中的基本表、代碼表、中間表、臨時(shí)表雜亂無章，不計(jì)其數(shù)，導(dǎo)致企事業(yè)單位的信息系統(tǒng)無法維護(hù)而癱瘓。

“三多”原則任何人都可以做到，該原則是“打補(bǔ)丁方法”設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的歪理學(xué)說。“三少”原則是少而精的原則，它要求有較高的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)技巧與藝術(shù)，不是任何人都能做到的，因?yàn)樵撛瓌t是杜絕用“打補(bǔ)丁方法”設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫的理論依據(jù)。

14.提高數(shù)據(jù)庫運(yùn)行效率的辦法

在給定的系統(tǒng)硬件和系統(tǒng)軟件條件下，提高數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的運(yùn)行效率的辦法是：

(1)在數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計(jì)時(shí)，降低范式，增加冗余,少用觸發(fā)器,多用存儲過程。

(2)當(dāng)計(jì)算非常復(fù)雜、而且記錄條數(shù)非常巨大時(shí)(例如一千萬條)，復(fù)雜計(jì)算要先在數(shù)據(jù)庫外面，以文件系統(tǒng)方式用C++語言計(jì)算處理完成之后，最后才入庫追加到表中去。這是電信計(jì)費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)。

(3)發(fā)現(xiàn)某個(gè)表的記錄太多，例如超過一千萬條，則要對該表進(jìn)行水平分割。水平分割的做法是，以該表主鍵PK的某個(gè)值為界線，將該表的記錄水平分割為兩個(gè)表。若發(fā)現(xiàn)某個(gè)表的字段太多，例如超過八十個(gè)，則垂直分割該表，將原來的一個(gè)表分解為兩個(gè)表。

(4)對數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，即優(yōu)化各種系統(tǒng)參數(shù)，如緩沖區(qū)個(gè)數(shù)。

(5)在使用面向數(shù)據(jù)的SQL語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)，盡量采取優(yōu)化算法。

總之，要提高數(shù)據(jù)庫的運(yùn)行效率，必須從數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)級優(yōu)化、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)級優(yōu)化、程序?qū)崿F(xiàn)級優(yōu)化，這三個(gè)層次上同時(shí)下功夫。

上述十四個(gè)技巧，是許多人在大量的數(shù)據(jù)庫分析與設(shè)計(jì)實(shí)踐中，逐步總結(jié)出來的。對于這些經(jīng)驗(yàn)的運(yùn)用，讀者不能生幫硬套，死記硬背，而要消化理解，實(shí)事求是，靈活掌握。并逐步做到：在應(yīng)用中發(fā)展，在發(fā)展中應(yīng)用。

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