数据库如何设计

数据库设计的基本步骤

按照规范设计的方法，考虑数据库及其应用系统开发全过程，将数据库设计分为以下6个阶段

1需求分析

2概念结构设计

3逻辑结构设计

4物理结构设计

5数据库实施

6数据库的运行和维护

数据库设计通常分为6个阶段1分析用户的需求，包括数据、功能和性能需求；2概念结构设计：主要采用E-R模型进行设计，包括画E-R图；3逻辑结构设计：通过将转换成表，实现从E-R模型到关系模型的转换；4：主要是为所设计的数据库选择合适的和存取路径；5数据库的实施：包括编程、测试和试运行；6数据库运行与维护：系统的运行与数据库的日常维护。）,主要讨论其中的第3个阶段,即逻辑设计。 

在数据库设计过程中，需求分析和概念设计可以独立于任何数据库管理系统进行，逻辑设计和物理设计与选用的DAMS密切相关。

1需求分析阶段（常用自顶向下）

进行数据库设计首先必须准确了解和分析用户需求（包括数据与处理）。需求分析是整个设计过程的基础，也是最困难，最耗时的一步。需求分析是否做得充分和准确，决定了在其上构建数据库大厦的速度与质量。需求分析做的不好，会导致整个数据库设计返工重做。

需求分析的任务，是通过详细调查现实世界要处理的对象，充分了解原系统工作概况，明确用户的各种需求，然后在此基础上确定新的系统功能，新系统还得充分考虑今后可能的扩充与改变，不仅仅能够按当前应用需求来设计。

调查的重点是，数据与处理。达到信息要求，处理要求，安全性和完整性要求。

分析方法常用SA(Structured  Analysis) 结构化分析方法，SA方法从最上层的系统组织结构入手，采用自顶向下，逐层分解的方式分析系统。

数据流图表达了数据和处理过程的关系，在SA方法中，处理过程的处理逻辑常常借助判定表或判定树来描述。在处理功能逐步分解的同事，系统中的数据也逐级分解，形成若干层次的数据流图。系统中的数据则借助数据字典（data dictionary，DD）来描述。数据字典是系统中各类数据描述的集合，数据字典通常包括数据项，数据结构，数据流，数据存储，和处理过程5个阶段。

2概念结构设计阶段（常用自底向上）

概念结构设计是整个数据库设计的关键，它通过对用户需求进行综合，归纳与抽象，形成了一个独立于具体DBMS的概念模型。

设计概念结构通常有四类方法：

自顶向下。即首先定义全局概念结构的框架，再逐步细化。

自底向上。即首先定义各局部应用的概念结构，然后再将他们集成起来，得到全局概念结构。

逐步扩张。首先定义最重要的核心概念结构，然后向外扩张，以滚雪球的方式逐步生成其他的概念结构，直至总体概念结构。

混合策略。即自顶向下和自底向上相结合。

3逻辑结构设计阶段（E-R图）

逻辑结构设计是将概念结构转换为某个DBMS所支持的数据模型，并将进行优化。

在这阶段，E-R图显得异常重要。大家要学会各个实体定义的属性来画出总体的E-R图。

各分E-R图之间的冲突主要有三类：属性冲突，命名冲突，和结构冲突。

E-R图向关系模型的转换，要解决的问题是如何将实体性和实体间的联系转换为关系模式，如何确定这些关系模式的属性和码。

4物理设计阶段

物理设计是为逻辑数据结构模型选取一个最适合应用环境的物理结构（包括存储结构和存取方法）。

首先要对运行的事务详细分析，获得选择物理数据库设计所需要的参数，其次，要充分了解所用的RDBMS的内部特征，特别是系统提供的存取方法和存储结构。

常用的存取方法有三类：1索引方法，目前主要是B+树索引方法。2聚簇方法（Clustering）方法。3是HASH方法。

5数据库实施阶段

数据库实施阶段，设计人员运营DBMS提供的数据库语言（如sql）及其宿主语言，根据逻辑设计和物理设计的结果建立数据库，编制和调试应用程序，组织数据入库，并进行试运行。

6数据库运行和维护阶段

数据库应用系统经过试运行后，即可投入正式运行，在数据库系统运行过程中必须不断地对其进行评价，调整，修改。

数据库设计5步骤

Five Steps to design the Database

1确定entities及relationships

a)    明确宏观行为。数据库是用来做什么的？比如，管理雇员的信息。

b)    确定entities。对于一系列的行为，确定所管理信息所涉及到的主题范围。这将变成table。比如，雇用员工，指定具体部门，确定技能等级。

c)    确定relationships。分析行为，确定tables之间有何种关系。比如，部门与雇员之间存在一种关系。给这种关系命名。

d)    细化行为。从宏观行为开始，现在仔细检查这些行为，看有哪些行为能转为微观行为。比如，管理雇员的信息可细化为：

·         增加新员工

·         修改存在员工信息

·         删除调走的员工

e)    确定业务规则。分析业务规则，确定你要采取哪种。比如，可能有这样一种规则，一个部门有且只能有一个部门领导。这些规则将被设计到数据库的结构中。

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范例：

ACME是一个小公司，在5个地方都设有办事处。当前，有75名员工。公司准备快速扩大规模，划分了9个部门，每个部门都有其领导。

为有助于寻求新的员工，人事部门规划了68种技能，为将来人事管理作好准备。员工被招进时，每一种技能的专业等级都被确定。

定义宏观行为

一些ACME公司的宏观行为包括：

● 招聘员工

● 解雇员工

● 管理员工个人信息

● 管理公司所需的技能信息

● 管理哪位员工有哪些技能

● 管理部门信息

● 管理办事处信息

确定entities及relationships

我们可以确定要存放信息的主题领域(表)及其关系，并创建一个基于宏观行为及描述的图表。

我们用方框来代表table，用菱形代表relationship。我们可以确定哪些relationship是一对多，一对一，及多对多。

这是一个E-R草图，以后会细化。

细化宏观行为

以下微观行为基于上面宏观行为而形成：

● 增加或删除一个员工

● 增加或删除一个办事处

● 列出一个部门中的所有员工

● 增加一项技能

● 增加一个员工的一项技能

● 确定一个员工的技能

● 确定一个员工每项技能的等级

● 确定所有拥有相同等级的某项技能的员工

● 修改员工的技能等级

这些微观行为可用来确定需要哪些table或relationship。

确定业务规则

业务规则常用于确定一对多，一对一，及多对多关系。

相关的业务规则可能有：

● 现在有5个办事处；最多允许扩展到10个。

● 员工可以改变部门或办事处

● 每个部门有一个部门领导

● 每个办事处至多有3个电话号码

● 每个电话号码有一个或多个扩展

● 员工被招进时，每一种技能的专业等级都被确定。

● 每位员工拥有3到20个技能

● 某位员工可能被安排在一个办事处，也可能不安排办事处。

2确定所需数据

要确定所需数据：

a)    确定支持数据

b)    列出所要跟踪的所有数据。描述table(主题)的数据回答这些问题：谁，什么，哪里，何时，以及为什么

c)    为每个table建立数据

d)    列出每个table目前看起来合适的可用数据

e)    为每个relationship设置数据

f)    如果有，为每个relationship列出适用的数据

确定支持数据

你所确定的支持数据将会成为table中的字段名。比如，下列数据将适用于表Employee，表Skill，表Expert In。

Employee

   

Skill

   

Expert In

   

ID

   

ID

   

Level

   

Last Name

   

Name

   

Date acquired

   

First Name

   

Description

      

Department

         

Office

         

Address

         

如果将这些数据画成图表，就像：

 

需要注意： 

● 在确定支持数据时，请一定要参考你之前所确定的宏观行为，以清楚如何利用这些数据。 

● 比如，如果你知道你需要所有员工的按姓氏排序的列表，确保你将支持数据分解为名字与姓氏，这比简单地提供一个名字会更好。 

● 你所选择的名称最好保持一致性。这将更易于维护数据库，也更易于阅读所输出的报表。 

● 比如，如果你在某些地方用了一个缩写名称Emp_status，你就不应该在另外一个地方使用全名(Empolyee_ID)。相反，这些名称应当是Emp_status及Emp_id。 

● 数据是否与正确的table相对应无关紧要，你可以根据自己的喜好来定。在下节中，你会通过测试对此作出判断。

3标准化数据

标准化是你用以消除数据冗余及确保数据与正确的table或relationship相关联的一系列测试。共有5个测试。本节中，我们将讨论经常使用的3个。

关于标准化测试的更多信息，请参考有关数据库设计的书籍。

标准化格式

标准化格式是标准化数据的常用测试方式。你的数据通过第一遍测试后，就被认为是达到第一标准化格式；通过第二遍测试，达到第二标准化格式；通过第三遍测试，达到第三标准化格式。

如何标准格式：

1． 列出数据

2． 为每个表确定至少一个键。每个表必须有一个主键。

3． 确定relationships的键。relationships的键是连接两个表的键。

4． 检查支持数据列表中的计算数据。计算数据通常不保存在数据库中。

5． 将数据放在第一遍的标准化格式中：

6． 从tables及relationships除去重复的数据。

7． 以你所除去数据创建一个或更多的tables及relationships。

8． 将数据放在第二遍的标准化格式中：

9． 用多于一个以上的键确定tables及relationships。

10． 除去只依赖于键一部分的数据。

11． 以你所除去数据创建一个或更多的tables及relationships。

12． 将数据放在第三遍的标准化格式中：

13． 除去那些依赖于tables或relationships中其他数据，并且不是键的数据。

14． 以你所除去数据创建一个或更多的tables及relationships。

数据与键

在你开始标准化（测试数据）前，简单地列出数据，并为每张表确定一个唯一的主键。这个键可以由一个字段或几个字段（连锁键）组成。

主键是一张表中唯一区分各行的一组字段。Employee表的主键是Employee ID字段。Works In relationship中的主键包括Office Code及Employee ID字段。给数据库中每一relationship给出一个键，从其所连接的每一个table中抽取其键产生。

RelationShip

   

Key

   

Office

   

Office code

      

Office address

      

Phone number

   

Works in

   

Office code

      

Employee ID

   

Department

   

Department ID

      

Department name

   

Heads

   

Department ID

      

Employee ID

   

Assoc with

   

Department ID

      

EmployeeID

   

Skill

   

Skill ID

      

Skill name

      

Skill description

   

Expert In

   

Skill ID

      

Employee ID

      

Skill level

      

Date acquired

   

Employee

   

Employee ID

      

Last Name

      

First Name

      

Social security number

      

Employee street

      

Employee city

      

Employee state

      

Employee phone

      

Date of birth

   

将数据放在第一遍的标准化格式中

● 除去重复的组

● 要测试第一遍标准化格式，除去重复的组，并将它们放进他们各自的一张表中。

● 在下面的例子中，Phone Number可以重复。（一个工作人员可以有多于一个的电话号码。）将重复的组除去，创建一个名为Telephone的新表。在Telephone与Office创建一个名为Associated With的relationship。

将数据放在第二遍的标准化格式中

● 除去那些不依赖于整个键的数据。

● 只看那些有一个以上键的tables及relationships。要测试第二遍标准化格式，除去那些不依赖于整个键的任何数据（组成键的所有字段）。

● 在此例中，原Employee表有一个由两个字段组成的键。一些数据不依赖于整个键；例如，department name只依赖于其中一个键（Department ID）。因此，Department ID，其他Employee数据并不依赖于它，应移至一个名为Department的新表中，并为Employee及Department建立一个名为Assigned To的relationship。

将数据放在第三遍的标准化格式中

● 除去那些不直接依赖于键的数据。

● 要测试第三遍标准化格式，除去那些不是直接依赖于键，而是依赖于其他数据的数据。

● 在此例中，原Employee表有依赖于其键（Employee ID）的数据。然而，office location及office phone依赖于其他字段，即Office Code。它们不直接依赖于Employee ID键。将这组数据，包括Office Code，移至一个名为Office的新表中，并为Employee及Office建立一个名为Works In的relationship。

4考量关系

当你完成标准化进程后，你的设计已经差不多完成了。你所需要做的，就是考量关系。

考量带有数据的关系

你的一些relationship可能集含有数据。这经常发生在多对多的关系中。

遇到这种情况，将relationship转化为一个table。relationship的键依旧成为table中的键。

考量没有数据的关系

要实现没有数据的关系，你需要定义外部键。外部键是含有另外一个表中主键的一个或多个字段。外部键使你能同时连接多表数据。

有一些基本原则能帮助你决定将这些键放在哪里：

一对多 在一对多关系中，“一”中的主键放在“多”中。此例中，外部键放在Employee表中。

一对一 在一对一关系中，外部键可以放进任一表中。如果必须要放在某一边，而不能放在另一边，应该放在必须的一边。此例中，外部键（Head ID）在Department表中，因为这是必需的。

多对多 在多对多关系中，用两个外部键来创建一个新表。已存的旧表通过这个新表来发生联系。

5检验设计

在你完成设计之前，你需要确保它满足你的需要。检查你在一开始时所定义的行为，确认你可以获取行为所需要的所有数据：

● 你能找到一个路径来等到你所需要的所有信息吗？

● 设计是否满足了你的需要？

● 所有需要的数据都可用吗？

如果你对以上的问题都回答是，你已经差不多完成设计了。

最终设计

最终设计看起来就像这样：

设计数据库的表属性

数据库设计需要确定有什么表，每张表有什么字段。此节讨论如何指定各字段的属性。

对于每一字段，你必须决定字段名，数据类型及大小，是否允许NULL值，以及你是否希望数据库限制字段中所允许的值。

选择字段名

字段名可以是字母、数字或符号的任意组合。然而，如果字段名包括了字母、数字或下划线、或并不以字母打头，或者它是个关键字（详见关键字表），那么当使用字段名称时，必须用双引号括起来。

为字段选择数据类型

SQL Anywhere支持的数据类型包括：

整数（int, integer, smallint）

小数（decimal, numeric）

浮点数（float, double）

字符型（char, varchar, long varchar）

二进制数据类型（binary, long binary）

日期/时间类型（date, time, timestamp）

用户自定义类型

关于数据类型的内容，请参见“SQL Anywhere数据类型”一节。字段的数据类型影响字段的最大尺寸。例如，如果你指定SMALLINT，此字段可以容纳32,767的整数。INTEGER可以容纳2,147,483,647的整数。对CHAR来讲，字段的最大值必须指定。

长二进制的数据类型可用来在数据库中保存例如图像(如位图)或者文字编辑文档。这些类型的信息通常被称为二进制大型对象，或者BLOBS。

关于每一数据类型的完整描述，见“SQL Anywhere数据类型”。

建表不建议大小写混用,会给使用带来不便,况且存到数据库也不一定是你要的结果

建议都小写好了, 写语句时, 栏位小写,关键字大写,比较好读

SQLServer默认安装是不区分大小写的,除非你安装时设定collation区分大小写

Oracle里是没有大小写区分的，大写是oracle内部存储的。

所以：在视图中取表、表空间等相关对象时才需要用上大写。

你进行的任何dml *** 作都可以大小写不分，进入oracle之后，数据字典里面都是大写

关于数据库的逻辑设计 是一个很广泛的问题 本文主要针对开发应用中遇到在MS SQL Server上进行表设计时 对表的主键设计应注意的问题以及相应的解决办法

主键设计现状和问题

关于数据库表的主键设计 一般而言 是根据业务需求情况 以业务逻辑为基础 形成主键

比如 销售时要记录销售情况 一般需要两个表 一个是销售单的概要描述 记录诸如销售单号 总金额一类的情况 另外一个表记录每种商品的数量和金额 对于第一个表(主表) 通常我们以单据号为主键;对于商品销售的明细表(从表) 我们就需要将主表的单据号也放入到商品的明细表中 使其关联起来形成主从关系 同时该单据号与商品的编码一起 形成明细表的联合主键 这只是一般情况 我们稍微将这个问题延伸一下 假如在明细中 我们每种商品又可能以不同的价格方式销售 有部分按折扣价格销售 有部分按正常价格销售 要记录这些情况 那么我们就需要第三个表 而这第三个表的主键就需要第一个表的单据号以及第二个表的商品号再加上自身需要的信息一起构成联合主键;又或者其他情况 在第一个主表中 本身就是以联合方式构成联合主键 那么也需要在从表中将主表的多个字段添加进来联合在一起形成自己的主键

数据冗余存储 随着这种主从关系的延伸 数据库中需要重复存储的数据将变得越来越庞大 或者当主表本身就是联合主键时 就必须在从表中将所有的字段重新存储一次

SQL复杂度增加 当存在多个字段的联合主键时 我们需要将主表的多个字段与子表的多个字段关联以获取满足某些条件的所有详细情况记录

程序复杂度增加 可能需要传递多个参数

效率降低 数据库系统需要判断更多的条件 SQL语句长度增加 同时 联合主键自动生成联合索引

WEB分页困难 由于是联合主键方式(对于多数的子表) 那么在WEB页面上要进行分页处理时 在自关联时 难于处理

解决方案

从上面 我们已经看到现有结构存在着相当多的弊端 主要是导致程序复杂 效率降低并且不利于分页

为解决上述问题 本文提出 当应用系统后台数据库表间存在主从关系时 数据库表额外增加一非业务字段作为主键 该字段为数值型;或者当该表需要在应用中进行分页查询时 也应考虑如此设计 一般地 我们也可以几乎为任何表增加一个与业务逻辑无关的字段作为该表的主键字段

由于该字段要作为表的主键 那么其首要条件是要保证在该表中要具有唯一性 同时 结合SQL Server数据库自身的特性 可以为其建立一个自增列

create TABLE T_PK_DEMO ( U_ID　 BIGINT　NOT NULL IDENTITY( ) –唯一标识记录的ID COL_OTHER　VARchar( ) NOT NULL　 –其他列 CONSTRAINT PK_T_PK_DEMO PRIMARY KEY　NONCLUSTERED (U_ID)–定义为主键 )

但是 SQL Server中的自增列却存在一个比较尴尬的事实 那就是该字段一旦定义和使用 用户无法直接干预该字段的值 完全由数据库系统自身控制

完全数据库系统控制 用户无法修改值

在数据库的发布和订阅时 使用自增列会比较麻烦

恢复部分数据时 使用自增列会比较麻烦

该列的值必须在插入数据后才能获取

鉴于此 建议不以自增列的方式来定义 而是参考Oracle数据库系统中序列 在SQL Server系统中实现类似Oracle数据库系统序列功能 这个具体在下面的小节中介绍 我们只需要按照普通字段的定义方式修改表定义为

create TABLE T_PK_DEMO ( U_ID　 BIGINT NOT NULL –唯一标识记录的ID COL_OTHER　VARchar( ) NOT NULL –其他列 CONSTRAINT PK_T_PK_DEMO PRIMARY KEY　NONCLUSTERED (U_ID)–定义为主键 )

参照Oracle序列的功能 我们需要在SQL Server数据库中创建一个新表 以管理序列值

create TABLE T_DB_SEQ ( SEQ_NAMEVARchar( ) NOT NULL　 –序列名称 SEQ_OWNER　 VARchar( ) NOT NULL DEFAULT ’DBO’ –序列所有者(SYSTEM_USER) SEQ_CURRENT BIGINT　NOT NULL DEFAULT –序列当前值 SEQ_MIN BIGINT　NOT NULL DEFAULT –序列最小值 SEQ_MAX BIGINT　NOT NULL DEFAULT –序列最小值 SEQ_MAX BIGINT　NOT NULL DEFAULT –序列最大值 SEQ_STEPINT NOT NULL DEFAULT –序列增长步长 IF_CYCLEINT NOT NULL DEFAULT –是否循环( 不循环; 循环) CONSTRAINT T_DB_SEQ PRIMARY KEY　CLUSTERED (SEQ_NAME SEQ_OWNER)–主键 )

应用系统为需要创建自增列的表创建一个序列名称 在表“T_DB_SEQ”中反映为数据库中的一行

第一 需要为需要建立序列的表创建一个序列 采用方法 F_create_SEQ(序列名) 该函数传入序列的名称 在表“T_DB_SEQ”插入一行 序列的所有者 采用系统变量SYSTEM_USER

第二 获取下一个值 采用方法 F_GET_NEXT_SEQ_VAL(序列名) 该函数根据序列名获取该序列的下一个值 根据当前值与增长步长得到 同时 该函数保证在同时获取同一个序列时 应保证并发一致性

第三 将返回值返回到应用使用

此外 为保证应用的完整性 可能还需要提供一些方法的重载方法 同时提供一些其他方法

获取序列当前值 F_GET_SEQ_CUR_VAL(序列名)

设置序列值 F_SET_SEQ_VAL(序列名)

删除序列 F_DEL_SEQ(序列名)

判断序列是否存在 F_SEQ_exists(序列名)

在主从关系的表设计中 子表也使用序列字段作为唯一主键 将父表的序列字段作为外键关联

create TABLE T_PK_DEMO_C ( U_ID　 BIGINT NOT NULL –唯一标识记录的ID COL_OTHER　VARchar( ) NOT NULL –其他列 P_ID　 INT NOT NULL –父表ID CONSTRAINT PK_T_PK_DEMO_C PRIMARY KEY NONCLUSTERED (U_ID)–定义为主键 CONSTRAINT FK_T_PK_DEMO_C FOREIGN KEY (P_ID) REFERENCES T_PK_DEMO(U_ID) ON delete CASCADE )

使用序列的问题及解决办法

由于系统使用一个额外增加一个字段作为主键 因此没有为业务逻辑建立主键约束 比如在企业用户信息表中 要求企业中用户登录名必须唯一 一般在创建表时 以登录名作为主键 这个时候在数据库层自然的创建另一个主键唯一性约束 而现在没有使用登录名作为主键 那么就没有这个约束 解决办法

一是在数据库层解决 可以为该表创建一个唯一(UNIQUE)约束或者唯一索引 如

alter TABLE T_PK_DEMO ADD CONSTRAINT C_T_PK_DEMO UNIQUE NONCLUSTERED(COL_OTHER) 唯一约束

create　UNIQUE　INDEX IX_T_PK_DEMO ON T_PK_DEMO(COL_OTHER) – 唯一索引

二是在应用端解决 也就是在应用中判断该列是否有重复值 然后根据判断结果来保证唯一性

我们注意到 在之前的例子中 主键采用了NONCLUSTERED(非聚蔟)的索引方式 关于如何设计索引 不是本文的重点 在这里仅提供一个建立索引时采用聚蔟方式还是非聚蔟方式的一个一般原则

作为非业务字段的主键列 是一个没有重复值的 基本不进行更新 *** 作的列 并且 在SQL Server数据库中 聚蔟索引在一个表中只能有一个 因此 聚蔟索引非常重要 需要留给更重要的字段来使用 因此 对照上表和根据聚蔟索引的重要程度 在此处采用非聚蔟方式创建其索引

具体应用

采用这种主键设计方式 有诸多好处 这已经在前文说明 现在就以一个具体的应用来说明如何使用这个主键

lishixinzhi/Article/program/SQLServer/201311/22342

下述十四个技巧，是许多人在大量的数据库分析与设计实践中，逐步总结出来的。对于这些经验的运用，读者不能生帮硬套，死记硬背，而要消化理解，实事求是，灵活掌握。并逐步做到：在应用中发展，在发展中应用。

1 原始单据与实体之间的关系

可以是一对一、一对多、多对多的关系。在一般情况下，它们是一对一的关系：即一张原始单据对应且只对应一个实体。在特殊情况下，它们可能是一对多或多对一的关系，即一张原始单证对应多个实体，或多张原始单证对应一个实体。这里的实体可以理解为基本表。明确这种对应关系后，对我们设计录入界面大有好处。

〖例1〗：一份员工履历资料，在人力资源信息系统中，就对应三个基本表：员工基本情况表、社会关系表、工作简历表。这就是“一张原始单证对应多个实体”的典型例子。

2 主键与外键

一般而言，一个实体不能既无主键又无外键。在ER 图中, 处于叶子部位的实体, 可以定义主键，也可以不定义主键(因为它无子孙), 但必须要有外键(因为它有父亲)。

主键与外键的设计，在全局数据库的设计中，占有重要地位。当全局数据库的设计完成以后，有个美国数据库设计专家说：“键，到处都是键，除了键之外，什么也没有”，这就是他的数据库设计经验之谈，也反映了他对信息系统核心(数据模型)的高度抽象思想。因为：主键是实体的高度抽象，主键与外键的配对，表示实体之间的连接。

3 基本表的性质

基本表与中间表、临时表不同，因为它具有如下四个特性：

(1) 原子性。基本表中的字段是不可再分解的。

(2) 原始性。基本表中的记录是原始数据(基础数据)的记录。

(3) 演绎性。由基本表与代码表中的数据，可以派生出所有的输出数据。

(4) 稳定性。基本表的结构是相对稳定的，表中的记录是要长期保存的。

理解基本表的性质后，在设计数据库时，就能将基本表与中间表、临时表区分开来。

4 范式标准

基本表及其字段之间的关系, 应尽量满足第三范式。但是，满足第三范式的数据库设计，往往不是最好的设计。为了提高数据库的运行效率，常常需要降低范式标准：适当增加冗余，达到以空间换时间的目的。

〖例2〗：有一张存放商品的基本表，如表1所示。“金额”这个字段的存在，表明该表的设计不满足第三范式，因为“金额”可以由“单价”乘以“数量”得到，说明“金额”是冗余字段。但是，增加“金额”这个冗余字段，可以提高查询统计的速度，这就是以空间换时间的作法。

在Rose 2002中，规定列有两种类型：数据列和计算列。“金额”这样的列被称为“计算列”，而“单价”和“数量”这样的列被称为“数据列”。

表1 商品表的表结构

商品名称 商品型号 单价 数量 金额

电视机 29 2,500 40 100,000

5 通俗地理解三个范式

通俗地理解三个范式，对于数据库设计大有好处。在数据库设计中，为了更好地应用三个范式，就必须通俗地理解三个范式(通俗地理解是够用的理解，并不是最科学最准确的理解)：

第一范式：1NF是对属性的原子性约束，要求属性具有原子性，不可再分解;

第二范式：2NF是对记录的惟一性约束，要求记录有惟一标识，即实体的惟一性;

第三范式：3NF是对字段冗余性的约束，即任何字段不能由其他字段派生出来，它要求字段没有冗余

没有冗余的数据库设计可以做到。但是，没有冗余的数据库未必是最好的数据库，有时为了提高运行效率，就必须降低范式标准，适当保留冗余数据。具体做法是：在概念数据模型设计时遵守第三范式，降低范式标准的工作放到物理数据模型设计时考虑。降低范式就是增加字段，允许冗余。

6 要善于识别与正确处理多对多的关系

若两个实体之间存在多对多的关系，则应消除这种关系。消除的办法是，在两者之间增加第三个实体。这样，原来一个多对多的关系，现在变为两个一对多的关系。要将原来两个实体的属性合理地分配到三个实体中去。这里的第三个实体，实质上是一个较复杂的关系，它对应一张基本表。一般来讲，数据库设计工具不能识别多对多的关系，但能处理多对多的关系。

〖例3〗：在“图书馆信息系统”中，“图书”是一个实体，“读者”也是一个实体。这两个实体之间的关系，是一个典型的多对多关系：一本图书在不同时间可以被多个读者借阅，一个读者又可以借多本图书。为此，要在二者之间增加第三个实体，该实体取名为“借还书”，它的属性为：借还时间、借还标志(0 表示借书，1表示还书)，另外，它还应该有两个外键(“图书”的主键，“读者”的主键)，使它能与“图书”和“读者”连接。

7 主键PK的取值方法

PK是供程序员使用的表间连接工具，可以是一无物理意义的数字串, 由程序自动加1来实现。也可以是有物理意义的字段名或字段名的组合。不过前者比后者好。当PK是字段名的组合时，建议字段的个数不要太多，多了不但索引占用空间大，而且速度也慢。

8 正确认识数据冗余

主键与外键在多表中的重复出现, 不属于数据冗余，这个概念必须清楚，事实上有许多人还不清楚。非键字段的重复出现, 才是数据冗余!而且是一种低级冗余，即重复性的冗余。高级冗余不是字段的重复出现，而是字段的派生出现。

〖例4〗：商品中的“单价、数量、金额”三个字段，“金额”就是由“单价”乘以“数量”派生出来的，它就是冗余，而且是一种高级冗余。冗余的目的是为了提高处理速度。只有低级冗余才会增加数据的不一致性，因为同一数据，可能从不同时间、地点、角色上多次录入。因此，我们提倡高级冗余(派生性冗余)，反对低级冗余(重复性冗余)。

9 E--R图没有标准答案

信息系统的E--R图没有标准答案，因为它的设计与画法不是惟一的，只要它覆盖了系统需求的业务范围和功能内容，就是可行的。反之要修改E-- R图。尽管它没有惟一的标准答案，并不意味着可以随意设计。好的ER图的标准是：结构清晰、关联简洁、实体个数适中、属性分配合理、没有低级冗余。

10 视图技术在数据库设计中很有用

与基本表、代码表、中间表不同，视图是一种虚表，它依赖数据源的实表而存在。视图是供程序员使用数据库的一个窗口，是基表数据综合的一种形式, 是数据处理的一种方法，是用户数据保密的一种手段。为了进行复杂处理、提高运算速度和节省存储空间, 视图的定义深度一般不得超过三层。若三层视图仍不够用, 则应在视图上定义临时表, 在临时表上再定义视图。这样反复交迭定义, 视图的深度就不受限制了。

对于某些与国家政治、经济、技术、军事和安全利益有关的信息系统，视图的作用更加重要。这些系统的基本表完成物理设计之后，立即在基本表上建立第一层视图，这层视图的个数和结构，与基本表的个数和结构是完全相同。并且规定，所有的程序员，一律只准在视图上 *** 作。只有数据库管理员，带着多个人员共同掌握的“安全钥匙”，才能直接在基本表上 *** 作。请读者想想：这是为什么

11 中间表、报表和临时表

中间表是存放统计数据的表，它是为数据仓库、输出报表或查询结果而设计的，有时它没有主键与外键(数据仓库除外)。临时表是程序员个人设计的，存放临时记录，为个人所用。基表和中间表由DBA维护，临时表由程序员自己用程序自动维护。

12 完整性约束表现在三个方面

域的完整性：用Check来实现约束，在数据库设计工具中，对字段的取值范围进行定义时，有一个Check按钮，通过它定义字段的值城。参照完整性：用PK、FK、表级触发器来实现。用户定义完整性：它是一些业务规则，用存储过程和触发器来实现。

13 防止数据库设计打补丁的方法是“三少原则”

(1) 一个数据库中表的个数越少越好。只有表的个数少了，才能说明系统的E--R图少而精，去掉了重复的多余的实体，形成了对客观世界的高度抽象，进行了系统的数据集成，防止了打补丁式的设计;

(2) 一个表中组合主键的字段个数越少越好。因为主键的作用，一是建主键索引，二是做为子表的外键，所以组合主键的字段个数少了，不仅节省了运行时间，而且节省了索引存储空间;

(3) 一个表中的字段个数越少越好。只有字段的个数少了，才能说明在系统中不存在数据重复，且很少有数据冗余，更重要的是督促读者学会“列变行”，这样就防止了将子表中的字段拉入到主表中去，在主表中留下许多空余的字段。所谓“列变行”，就是将主表中的一部分内容拉出去，另外单独建一个子表。这个方法很简单，有的人就是不习惯、不采纳、不执行。

数据库设计的实用原则是：在数据冗余和处理速度之间找到合适的平衡点。“三少”是一个整体概念，综合观点，不能孤立某一个原则。该原则是相对的，不是绝对的。“三多”原则肯定是错误的。试想：若覆盖系统同样的功能，一百个实体(共一千个属性) 的E--R图，肯定比二百个实体(共二千个属性) 的E--R图，要好得多。

提倡“三少”原则，是叫读者学会利用数据库设计技术进行系统的数据集成。数据集成的步骤是将文件系统集成为应用数据库，将应用数据库集成为主题数据库，将主题数据库集成为全局综合数据库。集成的程度越高，数据共享性就越强，信息孤岛现象就越少，整个企业信息系统的全局ER图中实体的个数、主键的个数、属性的个数就会越少。

提倡“三少”原则的目的，是防止读者利用打补丁技术，不断地对数据库进行增删改，使企业数据库变成了随意设计数据库表的“垃圾堆”，或数据库表的“大杂院”，最后造成数据库中的基本表、代码表、中间表、临时表杂乱无章，不计其数，导致企事业单位的信息系统无法维护而瘫痪。

“三多”原则任何人都可以做到，该原则是“打补丁方法”设计数据库的歪理学说。“三少”原则是少而精的原则，它要求有较高的数据库设计技巧与艺术，不是任何人都能做到的，因为该原则是杜绝用“打补丁方法”设计数据库的理论依据。

14 提高数据库运行效率的办法

在给定的系统硬件和系统软件条件下，提高数据库系统的运行效率的办法是：

(1) 在数据库物理设计时，降低范式，增加冗余, 少用触发器, 多用存储过程。

(2) 当计算非常复杂、而且记录条数非常巨大时(例如一千万条)，复杂计算要先在数据库外面，以文件系统方式用C++语言计算处理完成之后，最后才入库追加到表中去。这是电信计费系统设计的经验。

(3) 发现某个表的记录太多，例如超过一千万条，则要对该表进行水平分割。水平分割的做法是，以该表主键PK的某个值为界线，将该表的记录水平分割为两个表。若发现某个表的字段太多，例如超过八十个，则垂直分割该表，将原来的一个表分解为两个表。

(4) 对数据库管理系统DBMS进行系统优化，即优化各种系统参数，如缓冲区个数。

(5) 在使用面向数据的SQL语言进行程序设计时，尽量采取优化算法。

总之，要提高数据库的运行效率，必须从数据库系统级优化、数据库设计级优化、程序实现级优化，这三个层次上同时下功夫。

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