總結(jié)數(shù)據(jù)庫設計的原則

1. 原始單據(jù)與實體之間的關(guān)系
　　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：即一張原始單據(jù)對應且只對應一個實體。
在特殊情況下，它們可能是一對多或多對一的關(guān)系，即一張原始單證對應多個實體，或多張原始單證對應一個實體。
這里的實體可以理解為基本表。明確這種對應關(guān)系后，對我們設計錄入界面大有好處。

〖例1〗：一份員工履歷資料，在人力資源信息系統(tǒng)中，就對應三個基本表：員工基本情況表、社會關(guān)系表、工作簡歷表。
　　　　　　 這就是“一張原始單證對應多個實體”的典型例子。

2. 主鍵與外鍵
　　一般而言，一個實體不能既無主鍵又無外鍵。在E—R 圖中, 處于葉子部位的實體, 可以定義主鍵，也可以不定義主鍵
　　(因為它無子孫), 但必須要有外鍵(因為它有父親)。

　　主鍵與外鍵的設計，在全局數(shù)據(jù)庫的設計中，占有重要地位。當全局數(shù)據(jù)庫的設計完成以后，有個美國數(shù)據(jù)庫設計專
　　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)庫設計經(jīng)驗之談，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。因為：主鍵是實體的高度抽象，主鍵與外鍵的配對，表示實體之間的連接。

3. 基本表的性質(zhì)
　　基本表與中間表、臨時表不同，因為它具有如下四個特性：
　　 (1) 原子性�；�本表中的字段是不可再分解的。
　　 (2) 原始性�；�本表中的記錄是原始數(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。基本表的結(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，在設計數(shù)據(jù)庫時，就能將基本表與中間表、臨時表區(qū)分開來。

4. 范式標準
　　基本表及其字段之間的關(guān)系, 應盡量滿足第三范式。但是，滿足第三范式的數(shù)據(jù)庫設計，往往不是最好的設計。
　　為了提高數(shù)據(jù)庫的運行效率，常常需要降低范式標準：適當增加冗余，達到以空間換時間的目的。

　　〖例2〗：有一張存放商品的基本表，如表1所示�！敖痤~”這個字段的存在，表明該表的設計不滿足第三范式，
　　因為“金額”可以由“單價”乘以“數(shù)量”得到，說明“金額”是冗余字段。但是，增加“金額”這個冗余字段，
　　可以提高查詢統(tǒng)計的速度，這就是以空間換時間的作法。
　　在Rose 2002中，規(guī)定列有兩種類型：數(shù)據(jù)列和計算列�！敖痤~”這樣的列被稱為“計算列”，而“單價”和
　　“數(shù)量”這樣的列被稱為“數(shù)據(jù)列”。
　　表1 商品表的表結(jié)構(gòu)
　　商品名稱 商品型號 單價 數(shù)量 金額
　　電視機 29吋 2,500 40 100,000
　　
5. 通俗地理解三個范式
　　通俗地理解三個范式，對于數(shù)據(jù)庫設計大有好處。在數(shù)據(jù)庫設計中，為了更好地應用三個范式，就必須通俗地理解
　　三個范式(通俗地理解是夠用的理解，并不是最科學最準確的理解)：
　　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，要求記錄有惟一標識，即實體的惟一性；
　　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)庫設計可以做到。但是，沒有冗余的數(shù)據(jù)庫未必是最好的數(shù)據(jù)庫，有時為了提高運行效率，就必須降
　　低范式標準，適當保留冗余數(shù)據(jù)。具體做法是：在概念數(shù)據(jù)模型設計時遵守第三范式，降低范式標準的工作放到物理
　　數(shù)據(jù)模型設計時考慮。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
　　若兩個實體之間存在多對多的關(guān)系，則應消除這種關(guān)系。消除的辦法是，在兩者之間增加第三個實體。這樣，原來一
　　個多對多的關(guān)系，現(xiàn)在變?yōu)閮蓚�一對多的關(guān)系。要將原來兩個實體的屬性合理地分配到三個實體中去。這里的第三個
　　實體，實質(zhì)上是一個較復雜的關(guān)系，它對應一張基本表。一般來講，數(shù)據(jù)庫設計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”是一個實體，“讀者”也是一個實體。這兩個實體之間的關(guān)系，是一
　　個典型的多對多關(guān)系：一本圖書在不同時間可以被多個讀者借閱，一個讀者又可以借多本圖書。為此，要在二者之
　　間增加第三個實體，該實體取名為“借還書”，它的屬性為：借還時間、借還標志(0表示借書，1表示還書)，另外，
　　它還應該有兩個外鍵(“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PK是字段名的組合時，建議字段的個數(shù)不要太多，多了不但索引
　　占用空間大，而且速度也慢。

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

　　〖例4〗：商品中的“單價、數(shù)量、金額”三個字段，“金額”就是由“單價”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，因為同一數(shù)據(jù)，可
　　能從不同時間、地點、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(重復性冗余)。

9. E--R圖沒有標準答案
　　信息系統(tǒng)的E--R圖沒有標準答案，因為它的設計與畫法不是惟一的，只要它覆蓋了系統(tǒng)需求的業(yè)務范圍和功能內(nèi)容，
　　就是可行的。反之要修改E--R圖。盡管它沒有惟一的標準答案，并不意味著可以隨意設計。好的E—R圖的標準是：
　　結(jié)構(gòu)清晰、關(guān)聯(lián)簡潔、實體個數(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)庫設計中很有用
　　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)源的實表而存在。視圖是供程序員使用數(shù)據(jù)庫的
　　一個窗口，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。為了進行復雜處理、
　　提高運算速度和節(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, 則應在視圖上定義臨時表,
　　 在臨時表上再定義視圖。這樣反復交迭定義, 視圖的深度就不受限制了。

　　對于某些與國家政治、經(jīng)濟、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
　　成物理設計之后，立即在基本表上建立第一層視圖，這層視圖的個數(shù)和結(jié)構(gòu)，與基本表的個數(shù)和結(jié)構(gòu)是完全相同。
　　并且規(guī)定，所有的程序員，一律只準在視圖上操作。只有數(shù)據(jù)庫管理員，帶著多個人員共同掌握的“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、報表和臨時表
　　中間表是存放統(tǒng)計數(shù)據(jù)的表，它是為數(shù)據(jù)倉庫、輸出報表或查詢結(jié)果而設計的，有時它沒有主鍵與外鍵(數(shù)據(jù)倉
　　庫除外)。臨時表是程序員個人設計的，存放臨時記錄，為個人所用。基表和中間表由DBA維護，臨時表由程序員
　　自己用程序自動維護。

12. 完整性約束表現(xiàn)在三個方面
　　域的完整性：用Check來實現(xiàn)約束，在數(shù)據(jù)庫設計工具中，對字段的取值范圍進行定義時，有一個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)器來實現(xiàn)。
　　用戶定義完整性：它是一些業(yè)務規(guī)則，用存儲過程和觸發(fā)器來實現(xiàn)。

13. 防止數(shù)據(jù)庫設計打補丁的方法是“三少原則”
　　 (1) 一個數(shù)據(jù)庫中表的個數(shù)越少越好。只有表的個數(shù)少了，才能說明系統(tǒng)的E--R圖少而精，去掉了重復的多余的
　　　　實體，形成了對客觀世界的高度抽象，進行了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成，防止了打補丁式的設計；
　　 (2) 一個表中組合主鍵的字段個數(shù)越少越好。因為主鍵的作用，一是建主鍵索引，二是做為子表的外鍵，所以組
　　　　合主鍵的字段個數(shù)少了，不僅節(jié)省了運行時間，而且節(jié)省了索引存儲空間；
　　 (3) 一個表中的字段個數(shù)越少越好。只有字段的個數(shù)少了，才能說明在系統(tǒng)中不存在數(shù)據(jù)重復，且很少有數(shù)據(jù)冗
　　　　余，更重要的是督促讀者學會“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，另外單獨建一個子表。這個方法很簡
　　　　單，有的人就是不習慣、不采納、不執(zhí)行。
　　數(shù)據(jù)庫設計的實用原則是：在數(shù)據(jù)冗余和處理速度之間找到合適的平衡點。“三少”是一個整體概念，綜合觀點，
　　不能孤立某一個原則。該原則是相對的，不是絕對的�！叭�多”原則肯定是錯誤的。試想：若覆蓋系統(tǒng)同樣的功
　　能，一百個實體(共一千個屬性) 的E--R圖，肯定比二百個實體(共二千個屬性) 的E--R圖，要好得多。
　　提倡“三少”原則，是叫讀者學會利用數(shù)據(jù)庫設計技術(shù)進行系統(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
　　為應用數(shù)據(jù)庫，將應用數(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，信息孤島現(xiàn)象就越少，整個企業(yè)信息系統(tǒng)的全局E—R圖中實體的個數(shù)、主鍵的個數(shù)、屬性的個數(shù)
　　就會越少。
　　提倡“三少”原則的目的，是防止讀者利用打補丁技術(shù)，不斷地對數(shù)據(jù)庫進行增刪改，使企業(yè)數(shù)據(jù)庫變成了隨意
　　設計數(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、臨時表
　　雜亂無章，不計其數(shù)，導致企事業(yè)單位的信息系統(tǒng)無法維護而癱瘓。
　　 “三多”原則任何人都可以做到，該原則是“打補丁方法”設計數(shù)據(jù)庫的歪理學說。“三少”原則是少而精的
　　原則，它要求有較高的數(shù)據(jù)庫設計技巧與藝術(shù)，不是任何人都能做到的，因為該原則是杜絕用“打補丁方法”
　　設計數(shù)據(jù)庫的理論依據(jù)。

14. 提高數(shù)據(jù)庫運行效率的辦法
　　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)的運行效率的辦法是：
　　 (1) 在數(shù)據(jù)庫物理設計時，降低范式，增加冗余, 少用觸發(fā)器, 多用存儲過程。
　　 (2) 當計算非常復雜、而且記錄條數(shù)非常巨大時(例如一千萬條)，復雜計算要先在數(shù)據(jù)庫外面，以文件系統(tǒng)方
　　　　式用C++語言計算處理完成之后，最后才入庫追加到表中去。這是電信計費系統(tǒng)設計的經(jīng)驗。
　　 (3) 發(fā)現(xiàn)某個表的記錄太多，例如超過一千萬條，則要對該表進行水平分割。水平分割的做法是，以該表主鍵
　　　　PK的某個值為界線，將該表的記錄水平分割為兩個表。若發(fā)現(xiàn)某個表的字段太多，例如超過八十個，則
　　　　垂直分割該表，將原來的一個表分解為兩個表。
　　 (4) 對數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS進行系統(tǒng)優(yōu)化，即優(yōu)化各種系統(tǒng)參數(shù)，如緩沖區(qū)個數(shù)。
　　 (5) 在使用面向數(shù)據(jù)的SQL語言進行程序設計時，盡量采取優(yōu)化算法。
　　　　總之，要提高數(shù)據(jù)庫的運行效率，必須從數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)級優(yōu)化、數(shù)據(jù)庫設計級優(yōu)化、程序?qū)崿F(xiàn)級優(yōu)化，這三
　　　　個層次上同時下功夫。

　　上述十四個技巧，是許多人在大量的數(shù)據(jù)庫分析與設計實踐中，逐步總結(jié)出來的。對于這些經(jīng)驗的運用，讀者不能生幫硬套，死記硬背，而要消化理解，實事求是，靈活掌握。并逐步做到：在應用中發(fā)展，在發(fā)展中應用。

下面再來看看其他原則：

1)不應該針對整個系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)庫設計，而應該根據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)中的組件劃分，針對每個組件所處理的業(yè)務進行組件單元的數(shù)據(jù)庫設計；不同組件間所對應的數(shù)據(jù)庫表之間的關(guān)聯(lián)應盡可能減少，如果不同組件間的表需要外鍵關(guān)聯(lián)也盡量不要創(chuàng)建外鍵關(guān)聯(lián)，而只是記錄關(guān)聯(lián)表的一個主鍵，確保組件對應的表之間的獨立性，為系統(tǒng)或表結(jié)構(gòu)的重構(gòu)提供可能性。

2)采用領(lǐng)域模型驅(qū)動的方式和自頂向下的思路進行數(shù)據(jù)庫設計，首先分析系統(tǒng)業(yè)務，根據(jù)職責定義對象。對象要符合封裝的特性，確保與職責相關(guān)的數(shù)據(jù)項被定義在一個對象之內(nèi)，這些數(shù)據(jù)項能夠完整描述該職責，不會出現(xiàn)職責描述缺失。并且一個對象有且只有一項職責，如果一個對象要負責兩個或兩個以上的職責，應進行分拆。

3)根據(jù)建立的領(lǐng)域模型進行數(shù)據(jù)庫表的映射，此時應參考數(shù)據(jù)庫設計第二范式：一個表中的所有非關(guān)鍵字屬性都依賴于整個關(guān)鍵字。關(guān)鍵字可以是一個屬性，也可以是多個屬性的集合，不論那種方式，都應確保關(guān)鍵字能夠保證唯一性。在確定關(guān)鍵字時，應保證關(guān)鍵字不會參與業(yè)務且不會出現(xiàn)更新異常，這時，最優(yōu)解決方案為采用一個自增數(shù)值型屬性或一個隨機字符串作為表的關(guān)鍵字。

4)由于第一點所述的領(lǐng)域模型驅(qū)動的方式設計數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)，領(lǐng)域模型中的每一個對象只有一項職責，所以對象中的數(shù)據(jù)項不存在傳遞依賴，所以，這種思路的數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)設計從一開始即滿足第三范式：一個表應滿足第二范式，且屬性間不存在傳遞依賴。

5)同樣，由于對象職責的單一性以及對象之間的關(guān)系反映的是業(yè)務邏輯之間的關(guān)系，所以在領(lǐng)域模型中的對象存在主對象和從對象之分，從對象是從1－N或N－N的角度進一步主對象的業(yè)務邏輯，所以從對象及對象關(guān)系映射為的表及表關(guān)聯(lián)關(guān)系不存在刪除和插入異常。

6)在映射后得出的數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)中，應再根據(jù)第四范式進行進一步修改，確保不存在多值依賴。這時，應根據(jù)反向工程的思路反饋給領(lǐng)域模型。如果表結(jié)構(gòu)中存在多值依賴，則證明領(lǐng)域模型中的對象具有至少兩個以上的職責，應根據(jù)第一條進行設計修正。第四范式：一個表如果滿足BCNF，不應存在多值依賴。

7)在經(jīng)過分析后確認所有的表都滿足二、三、四范式的情況下，表和表之間的關(guān)聯(lián)盡量采用弱關(guān)聯(lián)以便于對表字段和表結(jié)構(gòu)的調(diào)整和重構(gòu)。并且，我認為數(shù)據(jù)庫中的表是用來持久化一個對象實例在特定時間及特定條件下的狀態(tài)的，只是一個存儲介質(zhì)，所以，表和表之間也不應用強關(guān)聯(lián)來表述業(yè)務（數(shù)據(jù)間的一致性），這一職責應由系統(tǒng)的邏輯層來保證，這種方式也確保了系統(tǒng)對于不正確數(shù)據(jù)（臟數(shù)據(jù)）的兼容性。當然，從整個系統(tǒng)的角度來說我們還是要盡最大努力確保系統(tǒng)不會產(chǎn)生臟數(shù)據(jù)，單從另一個角度來說，臟數(shù)據(jù)的產(chǎn)生在一定程度上也是不可避免的，我們也要保證系統(tǒng)對這種情況的容錯性。這是一個折中的方案。

8)應針對所有表的主鍵和外鍵建立索引，有針對性的（針對一些大數(shù)據(jù)量和常用檢索方式）建立組合屬性的索引，提高檢索效率。雖然建立索引會消耗部分系統(tǒng)資源，但比較起在檢索時搜索整張表中的數(shù)據(jù)尤其時表中的數(shù)據(jù)量較大時所帶來的性能影響，以及無索引時的排序操作所帶來的性能影響，這種方式仍然是值得提倡的。

9)盡量少采用存儲過程，目前已經(jīng)有很多技術(shù)可以替代存儲過程的功能如“對象/關(guān)系映射”等，將數(shù)據(jù)一致性的保證放在數(shù)據(jù)庫中，無論對于版本控制、開發(fā)和部署、以及數(shù)據(jù)庫的遷移都會帶來很大的影響。但不可否認，存儲過程具有性能上的優(yōu)勢，所以，當系統(tǒng)可使用的硬件不會得到提升而性能又是非常重要的質(zhì)量屬性時，可經(jīng)過平衡考慮選用存儲過程。

10)當處理表間的關(guān)聯(lián)約束所付出的代價（常常是使用性上的代價）超過了保證不會出現(xiàn)修改、刪除、更改異常所付出的代價，并且數(shù)據(jù)冗余也不是主要的問題時，表設計可以不符合四個范式。四個范式確保了不會出現(xiàn)異常，但也可能由此導致過于純潔的設計，使得表結(jié)構(gòu)難于使用，所以在設計時需要進行綜合判斷，但首先確保符合四個范式，然后再進行精化修正是剛剛進入數(shù)據(jù)庫設計領(lǐng)域時可以采用的最好辦法。

11)設計出的表要具有較好的使用性，主要體現(xiàn)在查詢時是否需要關(guān)聯(lián)多張表且還需使用復雜的SQL技巧。

12)設計出的表要盡可能減少數(shù)據(jù)冗余，確保數(shù)據(jù)的準確性，有效的控制冗余有助于提高數(shù)據(jù)庫的性能。(當然有時候必須降低范式)

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