那么我们要做到什么程度才是对的呢?下面就说说数据库设计的原则:
1、数据库设计最起码要占用整个项目开发的40%以上的时间
数据库是需求的直观反应和表现,因此设计时必须要切实符合用户的需求,要多次与用户沟通交流来细化需求,将需求中的要求和每一次的变化都要一一体现在数据库的设计当中。如果需求不明确,就要分析不确定的因素,设计表时就要事先预留出可变通的字段,正所谓“有备无患”。
2、数据库设计不仅仅停留于页面demo的表面
页面内容所需要的字段,在数据库设计中只是一部分,还有系统运转、模块交互、中转数据、表之间的联系等等所需要的字段,因此数据库设计绝对不是简单的基本数据存储,还有逻辑数据存储。
3、数据库设计完成后,项目80%的设计开发在你脑海中就已经完成了
每个字段的设计都是有他必要的意义的,你在设计每一个字段的同时,就应该已经想清楚程序中如何去运用这些字段,多张表的联系在程序中是如何体现的。换句话说,你完成数据库设计后,程序中所有的实现思路和实现方式在你的脑海中就已经考虑过了。如果达不到这种程度,那当进入编码阶段后,才发现要运用的技术或实现的方式数据库无法支持,这时再改动数据库就会很麻烦,会造成一系列不可预测的问题。
4、数据库设计时就要考虑到效率和优化问题
一开始就要分析哪些表会存储较多的数据量,对于数据量较大的表的设计往往是粗粒度的,也会冗余一些必要的字段,已达到尽量用最少的表、最弱的表关系去存储海量的数据。并且在设计表时,一般都会对主键建立聚集索引,含有大数据量的表更是要建立索引以提供查询性能。对于含有计算、数据交互、统计这类需求时,还要考虑是否有必要采用存储过程。
5、添加必要的(冗余)字段
像“创建时间”、“修改时间”、“备注”、“ *** 作用户IP”和一些用于其他需求(如统计)的字段等,在每张表中必须都要有,不是说只有系统中用到的数据才会存到数据库中,一些冗余字段是为了便于日后维护、分析、拓展而添加的,这点是非常重要的,比如黑客攻击,篡改了数据,我们便就可以根据修改时间和 *** 作用户IP来查找定位。
6、设计合理的表关联
若多张表之间的关系复杂,建议采用第三张映射表来关联维护两张表之间的关系,以降低表之间的直接耦合度。若多张表涉及到大数据量的问题,表结构尽量简单,关联也要尽可能避免。
7、设计表时不加主外键等约束性关联,系统编码阶段完成后再添加约束性关联
这样做的目的是有利于团队并行开发,减少编码时所遇到的问题,表之间的关系靠程序来控制。编码完成后再加关联并进行测试。不过也有一些公司的做法是干脆就不加表关联。
8、选择合适的主键生成策略
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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