數(shù)據(jù)庫設(shè)計中的14個技巧

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(yīng)且只對應(yīng)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(yīng)多個實體，或多張原始單證對應(yīng)一個實體。這里的實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(yīng)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(shè)計，在全局?jǐn)?shù)據(jù)庫的設(shè)計中，占有重要地位。當(dāng)全局?jǐn)?shù)據(jù)庫的設(shè)計完成以后，有個美國數(shù)據(jù)庫設(shè)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(shè)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?；颈碇械淖侄问遣豢稍俜纸獾?。

　　 (2) 原始性。基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?；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(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，往往不是最好的設(shè)計。為了提高數(shù)據(jù)庫的運行效率，常常需要降低范式標(biāo)準(zhǔn)：適當(dāng)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(shè)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。“金額”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(shè)計大有好處。在數(shù)據(jù)庫設(shè)計中，為了更好地應(yīng)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(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(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)計時遵守第三范式，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(yīng)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(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(biāo)志(0表示借書，1表示還書)，另外，它還應(yīng)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(dāng)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(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，這個概念必須清楚，事實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、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(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，因為它的設(shè)計與畫法不是惟一的，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。好的E—R圖的標(biāo)準(zhǔn)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(shè)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(fù)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(yīng)在視圖上定義臨時表, 在臨時表上再定義視圖。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、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(zhǔn)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(shè)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(shè)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(shè)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(wù)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(shè)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(fù)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(shè)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(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，另外單獨建一個子表。這個方法很簡單，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?！叭佟笔且粋€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。“三多”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(xué)會利用數(shù)據(jù)庫設(shè)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(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，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(shè)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(dǎo)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(shè)計數(shù)據(jù)庫的歪理學(xué)說?！叭佟痹瓌t是少而精的原則，它要求有較高的數(shù)據(jù)庫設(shè)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(shè)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(shè)計時，降低范式，增加冗余, 少用觸發(fā)器, 多用存儲過程。

　　 (2) 當(dāng)計算非常復(fù)雜、而且記錄條數(shù)非常巨大時(例如一千萬條)，復(fù)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(yīng)用中發(fā)展，在發(fā)展中應(yīng)用。