1.為什么需要數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表的時(shí)候，要考慮很多的問(wèn)題:

• 用戶需要哪些數(shù)據(jù)，我們?cè)跀?shù)據(jù)表中要保存哪一些數(shù)據(jù)
• 怎么保證數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)的正確性
• 如何降低數(shù)據(jù)表的冗余度
• 開(kāi)發(fā)人員怎么才能更方便的使用數(shù)據(jù)庫(kù)

如果數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)得不合理的話，可能導(dǎo)致下面的幾種問(wèn)題:

• 設(shè)計(jì)容易，信息重復(fù)，存儲(chǔ)空間浪費(fèi)
• 數(shù)據(jù)更新，插入，刪除的異常
• 不能正確表示信息
• 丟失有效信息
• 程序性能差

我們可以看出設(shè)計(jì)良好的數(shù)據(jù)庫(kù)是很重要的，它有下面的優(yōu)點(diǎn):

• 節(jié)省數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間
• 能夠保證數(shù)據(jù)的完整性
• 方便進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)
• 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)，我們得重視數(shù)據(jù)表的設(shè)計(jì)，為了建立冗余度小，結(jié)構(gòu)合理的數(shù)據(jù)庫(kù)，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)必須遵循一定的規(guī)則。

2.范式(Normal Formal）

2.1范式概述

關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)中，關(guān)于數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)的基本原則，規(guī)則就稱為范式，范式是我們?cè)谠O(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)過(guò)程中需要遵循的規(guī)則和指導(dǎo)方法。

不過(guò)，有的時(shí)候?yàn)榱颂岣吣骋恍┎樵冃阅?，我們還需要破壞范式規(guī)則，也就是反規(guī)范化。

2.2鍵和相關(guān)屬性的概念

范式的定義會(huì)用到主鍵和候選鍵，我們先來(lái)看看相關(guān)的概念，數(shù)據(jù)庫(kù)中的鍵是由一個(gè)或多個(gè)屬性組成的，我們來(lái)看一下數(shù)據(jù)表中常用的幾種鍵和屬性的定義。

2.3第一范式(1NF)

• 第一范式主要是保證數(shù)據(jù)表中的每一個(gè)字段的值必須具有原子性，也就是數(shù)據(jù)表中的每個(gè)字段的值是不可再拆分的最小數(shù)據(jù)單元

• 屬性的原子性是主觀的，我們要根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目的需求來(lái)設(shè)計(jì)，比如說(shuō)地址，如果項(xiàng)目沒(méi)有說(shuō)要細(xì)分為省，市，縣，鎮(zhèn)這么具體的話，我們一般就可以不拆分。

2.4第二范式(2NF）

• 第二范式要求在滿足第一范式的基礎(chǔ)上，還要滿足數(shù)據(jù)表里的每一條數(shù)據(jù)記錄，都是可唯一標(biāo)識(shí)的，而且所有的非主鍵字段，都必須完全依賴主鍵，不能只依賴主鍵的一部分。
• 如果知道主鍵的所有屬性的值，我們就可以檢索任何元組(行)的任何屬性的任何值(要求中的主鍵可以拓展替換為候選鍵)

比如說(shuō)，在成績(jī)表(學(xué)號(hào)，課程號(hào)，成績(jī))關(guān)系中，(學(xué)號(hào)，課程號(hào))可以決定成績(jī)，因?yàn)橐粋€(gè)學(xué)生可以選多門課，一門課也可以被多個(gè)學(xué)生選擇，所以學(xué)號(hào)或課程號(hào)都不能單獨(dú)決定成績(jī)。

所以(學(xué)號(hào)，課程號(hào))——>成績(jī)就是完全依賴關(guān)系。

比賽表里面包含球員編號(hào)，姓名，年齡，比賽編號(hào)，比賽實(shí)際和比賽場(chǎng)地等屬性，候選鍵和主鍵都是(球員編號(hào)，比賽編號(hào)),我們可以通過(guò)候選鍵(主鍵)來(lái)決定下面的關(guān)系。

(球員編號(hào)，比賽編號(hào))——>(姓名，年齡，比賽時(shí)間，比賽場(chǎng)地，得分)

但是這個(gè)數(shù)據(jù)表不滿足第二范式，因?yàn)閿?shù)據(jù)表中的字段之間還存在下面的對(duì)應(yīng)關(guān)系:

(球員編號(hào))——>(姓名，年齡)

(比賽編號(hào))——>(比賽時(shí)間，比賽場(chǎng)地)

非主屬性并非完全依賴候選鍵，這樣會(huì)產(chǎn)生下面的問(wèn)題。

• 數(shù)據(jù)冗余:如果一個(gè)球員參加m場(chǎng)比賽，那么球員的姓名和年齡就重復(fù)了m-1次，一個(gè)比賽可能有n個(gè)球員參加，比賽時(shí)間和地點(diǎn)就重復(fù)了n-1次
• 插入異常:如果我們要添加一場(chǎng)新的比賽，但是這時(shí)還沒(méi)有確定參加的球員都有誰(shuí)2，那么就沒(méi)發(fā)插入
• 刪除異常:我們想刪除某個(gè)球員編號(hào)，但是如果沒(méi)有單獨(dú)保存比賽表的話，就會(huì)同時(shí)把比賽信息刪除掉
• 更新異常:如果我們調(diào)整了某個(gè)比賽時(shí)間，那么數(shù)據(jù)表所有的這個(gè)比賽的時(shí)間都得進(jìn)行調(diào)整，不然就會(huì)出現(xiàn)同一場(chǎng)比賽但是時(shí)間不同的情況。

為了避免上述情況，我們可以把球員比賽表設(shè)計(jì)成下面的三張表。

這樣的話，每張數(shù)據(jù)表都符合第二范式，，就避免了異常情況的發(fā)生

第二范式要求實(shí)體的屬性完全依賴主關(guān)鍵字，如果存在不完全依賴，那么這個(gè)屬性和主關(guān)鍵字的這一部分就應(yīng)該分離處理形成一個(gè)新的實(shí)體，新實(shí)體和原來(lái)實(shí)體之間是一對(duì)多的關(guān)系

2.5第三范式(3NF）

• 第三范式建立在已經(jīng)滿足第二范式的基礎(chǔ)上
• 數(shù)據(jù)表中的每一個(gè)非主鍵字段都和主鍵字段直接相關(guān)
• 也就是說(shuō)數(shù)據(jù)表中的所有非主鍵字段不能依賴于其他非主鍵字段
• 這個(gè)規(guī)則的意思是所有非主屬性之間不能有依賴關(guān)系，它們是互相獨(dú)立的
• 這里的主鍵可以拓展成為候選鍵

、

2.6范式的優(yōu)缺點(diǎn)

• 優(yōu)點(diǎn):

• 數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化有助于消除數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)冗余
• 第三范式通常被認(rèn)為在性能，擴(kuò)展性和數(shù)據(jù)完整性方面達(dá)到了最好的平衡

• 缺點(diǎn):

• 降低了查詢效率，因?yàn)榉妒降燃?jí)越高，設(shè)計(jì)出來(lái)的表就越多，進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢的時(shí)候就可能需要關(guān)聯(lián)多張表，不僅代價(jià)昂貴，而且可能會(huì)使得一些索引失效

• 范式只是提出設(shè)計(jì)的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們可能為了性能和讀取效率違反范式的原則，通過(guò)增加少量的冗余或重復(fù)的數(shù)據(jù)來(lái)提高數(shù)據(jù)庫(kù)的讀取性能，減少關(guān)聯(lián)查詢，實(shí)現(xiàn)空間換時(shí)間的目的

3.反范式化

3.1概述

• 遵循業(yè)務(wù)優(yōu)先的原則
• 首先滿足業(yè)務(wù)需求，再進(jìn)來(lái)減少冗余
• 有時(shí)候我們想要對(duì)查詢效率進(jìn)行優(yōu)化，反范式化也是一種優(yōu)化思路，我們可以通過(guò)在數(shù)據(jù)表中增加冗余字段來(lái)提高數(shù)據(jù)庫(kù)的讀性能。

3.2 反范式的新問(wèn)題

反范式雖然可以通過(guò)空間換實(shí)際，提升查詢的效率，但是反范式也會(huì)帶來(lái)一些新問(wèn)題

• 存儲(chǔ)空間變大了
• 一個(gè)表中字段做了修改，另外一個(gè)表中冗余字段也要同步進(jìn)行修改，不然會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致
• 如果用存儲(chǔ)過(guò)程了支持?jǐn)?shù)據(jù)的更新，刪除等操作，如果操作頻繁，就會(huì)消耗系統(tǒng)資源
• 在數(shù)據(jù)量小的情況下，反范式不能體現(xiàn)性能的優(yōu)勢(shì)，可能還會(huì)讓數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)更加復(fù)雜。

3.3反范式的適用場(chǎng)景

當(dāng)冗余信息能大幅度提高查詢效率的時(shí)候，我們才會(huì)采取反范式的優(yōu)化。

增加冗余字段的建議

增加冗余冗余字段一定要符合下面的兩個(gè)條件，滿足下面的兩個(gè)條件才可以考慮增加冗余字段

①這個(gè)冗余字段不需要經(jīng)常進(jìn)行修改

②這個(gè)冗余字段查詢的時(shí)候不可或缺

4.BCNF(巴斯范式)

這個(gè)表符合第三范式

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