1.為什么需要數(shù)據(jù)庫設(shè)計

設(shè)計數(shù)據(jù)表的時候，要考慮很多的問題:

• 用戶需要哪些數(shù)據(jù)，我們在數(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
• 開發(fā)人員怎么才能更方便的使用數(shù)據(jù)庫

如果數(shù)據(jù)庫設(shè)計得不合理的話，可能導(dǎo)致下面的幾種問題:

• 設(shè)計容易，信息重復(fù)，存儲空間浪費
• 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)計良好的數(shù)據(jù)庫是很重要的，它有下面的優(yōu)點:

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

2.范式(Normal Formal）

2.1范式概述

關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中，關(guān)于數(shù)據(jù)表設(shè)計的基本原則，規(guī)則就稱為范式，范式是我們在設(shè)計數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)過程中需要遵循的規(guī)則和指導(dǎo)方法。

不過，有的時候為了提高某一些查詢性能，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

范式的定義會用到主鍵和候選鍵，我們先來看看相關(guān)的概念，數(shù)據(jù)庫中的鍵是由一個或多個屬性組成的，我們來看一下數(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)表中的每一個字段的值必須具有原子性，也就是數(shù)據(jù)表中的每個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)實際項目的需求來設(shè)計，比如說地址，如果項目沒有說要細(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，在成績表(學(xué)號，課程號，成績)關(guān)系中，(學(xué)號，課程號)可以決定成績，因為一個學(xué)生可以選多門課，一門課也可以被多個學(xué)生選擇，所以學(xué)號或課程號都不能單獨決定成績。

所以(學(xué)號，課程號)——>成績就是完全依賴關(guān)系。

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

(球員編號，比賽編號)——>(姓名，年齡，比賽時間，比賽場地，得分)

但是這個數(shù)據(jù)表不滿足第二范式，因為數(shù)據(jù)表中的字段之間還存在下面的對應(yīng)關(guān)系:

(球員編號)——>(姓名，年齡)

(比賽編號)——>(比賽時間，比賽場地)

非主屬性并非完全依賴候選鍵，這樣會產(chǎn)生下面的問題。

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

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新的實體，新實體和原來實體之間是一對多的關(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)表中的每一個非主鍵字段都和主鍵字段直接相關(guān)
• 也就是說數(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

• 優(yōu)點:

• 數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化有助于消除數(shù)據(jù)庫中的數(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:

• 降低了查詢效率，因為范式等級越高，設(shè)計出來的表就越多，進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢的時候就可能需要關(guān)聯(lián)多張表，不僅代價昂貴，而且可能會使得一些索引失效

• 范式只是提出設(shè)計的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，實際設(shè)計的時候，我們可能為了性能和讀取效率違反范式的原則，通過增加少量的冗余或重復(fù)的數(shù)據(jù)來提高數(shù)據(jù)庫的讀取性能，減少關(guān)聯(lián)查詢，實現(xiàn)空間換時間的目的

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)來減少冗余
• 有時候我們想要對查詢效率進(jìn)行優(yōu)化，反范式化也是一種優(yōu)化思路，我們可以通過在數(shù)據(jù)表中增加冗余字段來提高數(shù)據(jù)庫的讀性能。

3.2 反范式的新問題

反范式雖然可以通過空間換實際，提升查詢的效率，但是反范式也會帶來一些新問題

• 存儲空間變大了
• 一個表中字段做了修改，另外一個表中冗余字段也要同步進(jìn)行修改，不然會導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致
• 如果用存儲過程了支持?jǐn)?shù)據(jù)的更新，刪除等操作，如果操作頻繁，就會消耗系統(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，可能還會讓數(shù)據(jù)庫的設(shè)計更加復(fù)雜。

3.3反范式的適用場景

當(dāng)冗余信息能大幅度提高查詢效率的時候，我們才會采取反范式的優(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條件，滿足下面的兩個條件才可以考慮增加冗余字段

①這個冗余字段不需要經(jīng)常進(jìn)行修改

②這個冗余字段查詢的時候不可或缺

4.BCNF(巴斯范式)

這個表符合第三范式

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