數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)原則

1、數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)原則1. 原始單據(jù)與實(shí)體之間的關(guān)系可以是一對(duì)一、一對(duì)多、多對(duì)多的關(guān)系。在一般情況下,它們是一對(duì)一的關(guān)系:即一張?jiān)紗螕?jù)對(duì)應(yīng)且只對(duì)應(yīng)一個(gè)實(shí)體。在特殊情況下,它們可能是一對(duì)多或多對(duì)一的關(guān)系,即一張?jiān)紗巫C對(duì)應(yīng)多個(gè)實(shí)體,或多張?jiān)紗巫C對(duì)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(duì)應(yīng)關(guān)系后,對(duì)我們?cè)O(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(duì)應(yīng)三個(gè)基本表:員工基本情況表、社會(huì)關(guān)系表、工作簡(jiǎn)歷表。這就是“一張?jiān)紗巫C對(duì)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(wú)主鍵又無(wú)外鍵。在ER 圖中, 處于葉子部位的實(shí)體, 可以定義主鍵,也可以不定義

2、主鍵(因?yàn)樗鼰o(wú)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(kù)的設(shè)計(jì)中,占有重要地位。當(dāng)全局?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)完成以后,有個(gè)美國(guó)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)專(zhuān)家說(shuō):“鍵,到處都是鍵,除了鍵之外,什么也沒(méi)有”,這就是他的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)之談,也反映了他對(duì)信息系統(tǒng)核心(數(shù)據(jù)模型的高度抽象思想。因?yàn)?主鍵是實(shí)體的高度抽象,主鍵與外鍵的配對(duì),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。基本表中的字段是不可再分解的。(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。

3、基本表的結(jié)構(gòu)是相對(duì)穩(wěn)定的,表中的記錄是要長(zhǎng)期保存的。理解基本表的性質(zhì)后,在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí),就能將基本表與中間表、臨時(shí)表區(qū)分開(kāi)來(lái)。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(kù)設(shè)計(jì),往往不是最好的設(shè)計(jì)。為了提高數(shù)據(jù)庫(kù)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?！敖痤~”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)椤敖痤~”可以由“單價(jià)”乘以“數(shù)量”得到,說(shuō)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Rose 2002中,規(guī)定

4、列有兩種類(lèi)型:數(shù)據(jù)列和計(jì)算列。“金額”這樣的列被稱(chēng)為“計(jì)算列”,而“單價(jià)”和“數(shù)量”這樣的列被稱(chēng)為“數(shù)據(jù)列”。表1 商品表的表結(jié)構(gòu)商品名稱(chēng)商品型號(hào)單價(jià)數(shù)量金額電視機(jī)29吋2,500 40 100,0005. 通俗地理解三個(gè)范式通俗地理解三個(gè)范式,對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)大有好處。在數(shù)據(jù)庫(kù)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(duì)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(duì)記錄的惟一性約束,要求記錄有惟一標(biāo)識(shí),即實(shí)體的惟一性;第三范式:3NF是對(duì)字段冗余性的約束,即任何字段不能由其他字段派生出來(lái)

5、,它要求字段沒(méi)有冗余。沒(méi)有冗余的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)可以做到。但是,沒(méi)有冗余的數(shù)據(jù)庫(kù)未必是最好的數(shù)據(jù)庫(kù),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(shí)別與正確處理多對(duì)多的關(guān)系若兩個(gè)實(shí)體之間存在多對(duì)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(lái)一個(gè)多對(duì)多的關(guān)系,現(xiàn)在變?yōu)閮蓚€(gè)一對(duì)多的關(guān)系。要將原來(lái)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(duì)應(yīng)一張基本表。一般來(lái)講,數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)工具不能識(shí)

6、別多對(duì)多的關(guān)系,但能處理多對(duì)多的關(guān)系。例3:在“圖書(shū)館信息系統(tǒng)”中,“圖書(shū)”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(duì)多關(guān)系:一本圖書(shū)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(shū)。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(shū)”,它的屬性為:借還時(shí)間、借還標(biāo)志(0表示借書(shū),1表示還書(shū),另外,它還應(yīng)該有兩個(gè)外鍵(“圖書(shū)”的主鍵,“讀者”的主鍵,使它能與“圖書(shū)”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(wú)物理意義的數(shù)字串, 由程序自動(dòng)加1來(lái)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(guò)前者比后者好。當(dāng)PK

7、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(shí)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(jí)冗余,即重復(fù)性的冗余。高級(jí)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(lái)的,它就是冗余,而且是一種高級(jí)冗余。冗余的目的是為了提高處理速度。只有低級(jí)冗余才會(huì)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(jí)冗余(派生性冗余,反對(duì)低級(jí)冗余

8、(重復(fù)性冗余。9. E-R圖沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)答案信息系統(tǒng)的E-R圖沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)答案,因?yàn)樗脑O(shè)計(jì)與畫(huà)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(méi)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ER圖的標(biāo)準(zhǔn)是:結(jié)構(gòu)清晰、關(guān)聯(lián)簡(jiǎn)潔、實(shí)體個(gè)數(shù)適中、屬性分配合理、沒(méi)有低級(jí)冗余。10 . 視圖技術(shù)在數(shù)據(jù)庫(kù)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(lài)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(kù)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(chǔ)空間, 視圖的定義深度一般不得

9、超過(guò)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(duì)于某些與國(guó)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(kù)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(qǐng)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(cāng)庫(kù)、輸出報(bào)表或查詢結(jié)果而設(shè)計(jì)的,有時(shí)它沒(méi)有主鍵與外鍵(數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)除

10、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(dòng)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(lái)實(shí)現(xiàn)約束,在數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)工具中,對(duì)字段的取值范圍進(jìn)行定義時(shí),有一個(gè)Check按鈕,通過(guò)它定義字段的值城。參照完整性:用PK、FK、表級(jí)觸發(fā)器來(lái)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(chǔ)過(guò)程和觸發(fā)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。13. 防止數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)中表的個(gè)數(shù)越少越好。只有表的個(gè)數(shù)少了,才能說(shuō)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(duì)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

11、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(chǔ)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(shuō)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(huì)“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(jiǎn)單,有的人就是不習(xí)慣、不采納、不執(zhí)行。數(shù)據(jù)庫(kù)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),

12、不能孤立某一個(gè)原則。該原則是相對(duì)的,不是絕對(duì)的?！叭唷痹瓌t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(huì)利用數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù),將應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)集成為主題數(shù)據(jù)庫(kù),將主題數(shù)據(jù)庫(kù)集成為全局綜合數(shù)據(jù)庫(kù)。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ER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(huì)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(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行增刪改,使企業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)變成了隨意設(shè)

13、計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)表的“垃圾堆”,或數(shù)據(jù)庫(kù)表的“大雜院”,最后造成數(shù)據(jù)庫(kù)中的基本表、代碼表、中間表、臨時(shí)表雜亂無(wú)章,不計(jì)其數(shù),導(dǎo)致企事業(yè)單位的信息系統(tǒng)無(wú)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(kù)的歪理學(xué)說(shuō)。“三少”原則是少而精的原則,它要求有較高的數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)的理論依據(jù)。14. 提高數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)系統(tǒng)的運(yùn)行效率的辦法是:(1 在數(shù)據(jù)庫(kù)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(chǔ)過(guò)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(wàn)條,復(fù)雜計(jì)算要先在數(shù)據(jù)庫(kù)外面,以文件系統(tǒng)方式用C+語(yǔ)言計(jì)算處理完成之后,最后才入庫(kù)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(guò)一千萬(wàn)條,則要對(duì)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(guò)八十個(gè),則垂直分割該表,將原來(lái)的一個(gè)表分解為兩個(gè)表。(4 對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系