The Database Design Based On WEB Used In Remote Concurrent Design
Abstract: the paper analyses the database characteristics used in the remote concurrent product design system based on Internet, deeply researches the database structure, interface and the method of the data safety.
Keywords: Internet, remote concurrent design, database based on Web
近年来，随着Web技术的蓬勃发展，人们已不满足于只在浏览器上获取静态的信息，想要通过它发表意见、查询数据。随着电子商务的普及人们开始参与一些网络商务活动，这就迫切需要实现Web与数据库的互连[1]。产品异地并行设计对数据的要求有一定的特殊性，主要有（1）产品数据多种多样。产品设计，特别是机械产品设计常常是大型而又复杂，在异地通过不同的设计小组，按不同的分工设计同一产品，所要管理和通讯的数据类型随着分工的不同而有不同的表现形式，如常规的数字组成的数据集，以图形、图象形式表达的产品模型数据，以文字形式描述设计的文档，还有图表、公式等形式，复杂多样。（2）产品数据交换频繁，流量大。产品设计是一个协同工作的创造性集体智慧凝聚的过程，要使设计顺利进行，分布在异地的不同设计小组之间就要经常性地进行数据交换，并且有些形式表达的产品数据是较大的文件。（3）产品数据的一致性要求高。分工合作的不同设计小组之间的设计任务是彼此关联，互相依赖的。如果其中一个数据改变了，相关联的数据必须跟着改变，在Web数据库设计时必须考虑数据的一致性问题。（4）产品数据的并发性访问频繁。由于异地产品设计的特殊属性，数据的并发性访问非常频繁。所以，进行基于Internet的产品异地并行设计的Web数据库设计与一般的电子商务不同，要充分考虑以上属性。本文结合我们近期开发的机械产品异地并行设计系统（RCDS, Remote Concurrent Design System），综合比较了多种当今流行的网络数据存取技术，设计出可靠安全的数据库系统。
1 Web数据库连接方案
1.1数据库连接方案选择
RDO、DAO和ADO是比较常见的Web数据库访问技术。
DAO (Data Access Objects) 数据访问对象是第一个面向对象的接口，它含有 Microsoft Jet 数据库引擎（由 Microsoft Access 所使用），并允许 Visual Basic 开发者通过 ODBC 象连接到其他数据库一样，直接访问到 Access 表。DAO 最适用于单系统应用程序或小范围本地分布使用，对大范围的异地并行设计显得功能不够强大。
RDO (Remote Data Objects) 远程数据对象是一个到 ODBC 的、面向对象的数据访问接口，它同易于使用的 DAO style组合在一起，提供了一个接口，形式上展示出所有 ODBC 的底层功能和灵活性。RDO 在访问 Jet 或 ISAM 数据库方面有一定的限制，而且它只能通过现存的 ODBC 驱动程序来访问关系数据库。但是，RDO 已被证明是许多 SQL Server、Oracle
以及其他大型关系数据库开发者经常选用的最佳接口。RDO 提供了用来访问存储过程和复杂结果集的更多和更复杂的对象、属性，以及方法。对异地并行设计Web数据库来说也不是十分理想。
ADO（ActiveX Data Objects）为ActiveX组件中数据库访问组件，ASP就是通过它实现对数据库的访问。ADO 是 DAO、RDO 的后继产物。ADO 2.0在功能上与 RDO 更相似，而且一般来说，在这两种模型之间有一种相似的映射关系。ADO “扩展”了 DAO 和 RDO 所使用的对象模型，这意味着它包含较少的对象、更多的属性、方法（和参数），以及事件。例如，ADO 没有与 rdoEngine 和 rdoEnvironment 对象相等同的对象，可以包含 ODBC 驱动程序管理器和 hEnv 接口。尽管事实上接口可能是通过 ODBC OLE DB 服务提供程序实现的，但目前也不能从 ADO 中创建 ODBC 数据源。ADO 是为 Microsoft最新和最强大的数据访问范例 OLE DB 而设计的，是一个便于使用的应用程序层接口。OLE DB 为任何数据源提供了高性能的访问，这些数据源包括关系和非关系数据库、电子邮件和文件系统、文本和图形、自定义业务对象等等。ADO 在关键的 Internet 方案中使用最少的网络流量，并且在前端和数据源之间使用最少的层数，所有这些都是为了提供轻量、高性能的接口。同时 ADO 使用了与 DAO和 RDO相似的约定和特性，简化的语义使它更易于学习。
ADO最早是在IIS中引入的，主要用于ASP，用ADO可以使服务器端的脚本通过ODBC存取和 *** 纵数据库服务器的数据。使用ADO的对象可以建立和管理数据库的连接，从数据库服务器请求和获取数据，执行更新、删除、添加数据、获取ODBC的错误信息等。ADO是ASP方案中最具吸引力的数据库连接控件，它为用户提供了连接任何兼容ODBC的数据库以及创建全功能数据库应用程序的能力。
ADO具有简单易用、高速、占用资源少等的优点。不同于DAO和RDO，ADO有着更高的执行效率。ADO 对象模型如图1a所示。每个 Connection、Command、Recordset 和 Field 对象都有 Properties 集合，如图1b所示。
a) b)
图1 ADO对象模型及属性
应该说，ADO是微软的下一代数据库连接技术，用来全面取代RDO和DAO的数据访问工具。从发展趋势来看，ADO今后将逐步替代老的DAO特别是RDO数据访问接口，成为新的远程数据访问方法。所以，选择ADO作为产品异地并行设计的Web数据库接口技术是合适的。
1.2 ADO应用分析
ADO 并不是自动和现存的数据访问应用程序代码兼容的。当 ADO 封装 DAO 和 RDO 的功能性的时候，必须将许多语言要素转换为 ADO 语法。在某些情况下，这将意味着要对现存代码的某些功能做一个简单转换。在其他情况下，最佳的做法可能是用 ADO 的新功能重写该应用程序。
包含在 DAO 和 RDO 模型中的许多功能被合并为单个对象，这样就生成了一个简单得多的对象模型。然而，由于这个原因，起初可能会觉得找到合适的 ADO 对象、集合、属性、方法，或事件非常困难。与 DAO 和 RDO不同的是，尽管 ADO 对象是分层结构的，但在分层结构范围之外也是可以创建的。同时，也应当注意，ADO 当前并不支持 DAO 的所有功能。ADO 主要包括 RDO 风格的功能性，以便和 OLE DB 数据源交互，另外还包括远程和 DHTML 技术。
一般说来，在 ADO 的演化过程中，马上把大多数 DAO 应用程序（except possibly是那些使用 ODBCDirect 的应用程序）移植到 ADO 上为时太早，因为当前的 ADO 并不支持数据定义 (DDL)、用户、组等等。不过，如果只将 DAO 用于客户—服务器应用程序，并不依赖于 Jet 数据库引擎或不使用 DDL，那么就可能移植到 ADO。最终，Microsoft 将提供一个 ADO DDL 组件来帮助进行 DAO 到 ADO 的移植，并为 OLE DB 供应商提供一般的 DDL 支持。
在ASP中使用ADO技术来访问Web数据库，其应用前景是无可估量的。原理图如下：
图2 ADO在ASP程序中的应用
2 Web数据库管理系统
常见的数据库类型有面向对象的数据库（OODB）和关系型数据库。OODB对主流数据库应用开发来说是相当新颖的，使用OODB使应用程序中的数据对象与现实世界中的对象一一对应，面向对象数据库扩充了对象模型。一个常用的对象模型是由对象数据库管理组（ODMG）开发出来，具有比传统的关系数据库更优越的性能，但毕竟在目前还是一种探索阶段，暂时还未有相应的技术普及。
关系数据库已经是数据库体系的世界标准。当开发一个数据驱动应用程序时，大多数情况下用户需要访问网络（如Internet、Intranet等）上的数据信息，就RCDS就是建立在网络的信息通讯之上，是完全的客户机/服务器应用程序。
SQL Server是一个可缩放、高性能的关系型数据库管理系统（RDBMS），它的设计是为了满足分布式客户/服务器计算的需要，允许客户应用程序使用几个特定的工具和技术控制从服务器检索的数据。这些包括触发器、存储过程和规则的选项。因此，系统采用MS SQL Server7.0作为后台数据库。
3 Web数据库结构
数据模型通常有层次模型、网状模型、关系模型及OO（面向对象）模型等。其中关系模型是建立在数学概念基础之上的一种模型，由若干个关系框架组成的集合,它也是到目前为止最为成熟的一种数据库类型。本文RCDS采用MS SQL Server作为后台数据库，根据数据库工具和数据库特点，开发出一套可靠健壮的数据存储方案。
整个数据库共有AdminData、ChatNames、DesignUnits、Message、OnlineUnits、Products、RqtTasks、RqtTaskUnits、RqtDesignUnits、ShareData、Tasks、TaskUnits和UploadFiles等表格。在建立数据模型的时候首先考虑是要避免重复数据，也就是建立规范化数据库。规范化数据库可以通过被称为范式水平的指标来衡量，级别有第一范式、第二范式和第三范式，通常第三范式就是要达到的目标，因为它提供了数据冗余和开发简易性之间的最好折衷。
RCDS数据库正是按照第三范式标准来设计的，它保证了模型的精简和表格的紧凑性。而第三范式标准也最大发挥了关系数据库的优势，图3是部分表格的视图链接情况。
图3 关系表格视图
4.1 并发控制的处理
在多个用户同时访问一个数据库时就产生并发问题，特别是在其中一些用户对数据库有添加或删除修改等 *** 作时，那么其他所获得的数据可能是一塌糊涂，甚至造成整个数据访问的冲突、终止，从而使系统发生混乱以至崩溃。RCDS采用的解决办法是锁定技术，总体上分为共享锁定和排它锁定两种类型（如图4）。前者是指同时有几个过程共享一个锁定，比如一个用户（或客户）正在读取一个数据，虽然在这之前他已经对该数据设置了锁（LOCK），但其他用户同样可以（也只能是）读取它。而排他锁定一般应用于对数据进行修改或更新（包括添加删除等） *** 作，即是用户在修改一个数据之前设置了锁定，在一定的时间里其他用户是不能访问到该数据的，只有等待锁定解除（UNLOCK）才能进行访问到它，当然在计算机处理的时候，其他的用户一般是感觉不到有这个等待时间的。通过这样的处理，就保证了数据的一致性。
a) 共享锁定
b) 排它锁定
图4 安全锁定类型
在ADO进行数据库 *** 作时，它的锁定类型相对来说复杂一些。打开记录集时，可以指定锁定类型。锁定类型决定了当不止一个用户同时试图改变一个记录时，数据库应如何处理。ADO中的锁定主要有以下四种类型：
l AdLockReadOnly 指定你不能修改记录集中的记录
l AdLockPessimistic 指定在编辑一个记录时，立即锁定它
l AdLockOptimstic 指定只有调用记录集的Update方法时，才锁定记录
l AdLockBatchOptimstic 指定记录只能成批地更新
在缺省情况下，记录集使用只读锁定。要指定不同的锁定类型，可以在打开记录集时包含这些锁定常量之一。部分代码如下：
… …
Set MyConn=Sever.CreateObject(“ADODB.Connection”)
//定义数据库连接MyConn
Set RS=Sever.CreateObject(“ADODB.RecordSet”)
//定义返回数据记录集
MyConn.Open “ByktDB.dsn”//建立应用程序与数据源的连接
RS.Open “SELECT * FROM Mytable”, MyConn, adOpenDynamic， adLockPessimistic
//进行数据库 *** 作，并且设置锁定
RS.Close
MyConn.Close
… …
4.2产品数据一致性处理
数据的安全因素除了前面所提到的并行控制之外，还要考虑事务处理。网络数据库有其不同的地方，例如：假设某个时间有一个设计人员在你的站点上索取一些设计信息，有关的设计信息存储在两个表中。一个表用来保存该设计者的信息，另一个表包含了要索取的设计信息。该设计人员的信息已经输入了第一个表中。但是，就在这时，发生了意外情况，一道闪电击中了你的服务器，使第二个表没有被更新。在这种情况下，一个健壮的系统就必须保证最后的结果是两个表都没有被更新过。这时候事务处理就发挥了重要的功效。
使用事务处理，你可以防止第二个表没有被更新而第一个表被更新的情况出现：当一组语句构成一个事务处理时，如果一个语句没有执行成功，则所有的语句都不成功。不管是针对多个表，还是进行表内多个记录的 *** 作，它们所需要的安全保证是一样的。事务处理的实现代码如下：
… …
Set MyConn=Sever.CreateObject(“ADODB.Connection”)
MyConn.Open “ByktDB.dsn”
MyConn.BeginTrans //事务处理开始
MyConn.Execute “INSERT DataTable(Num) Values(‘3628’)”
MyConn.Execute “INSERT Shipping (Address) VALUES(‘Paris,France’)”
MyConn.CommitTrans //事务处理结束
MyConn.Close
… …
在上面这段代码中，用BeginTrans方法和CommitTrans方法来标记事务处理的开始和结束。在BeginTrans方法被调用之后，CommitTRans方法被调用之前，不管出现什么错误，两个表都不会被更新，在这个过程中所有处理的数据都保持了完全可靠的一致性。
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。
〖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E—R 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。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”。
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E—R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。
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E—R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。
上述十四个技巧，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。
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