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數(shù)據(jù)庫設計中的14個技巧

更新時間:2018-07-25 來源:黑馬程序員 瀏覽量:

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)對應且只對應一個實體。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多個實體,或多張原始單證對應一個實體。這里的實體可以理解為基本表。明確這種對應關(guān)系后,對我們設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)。

  主鍵與外鍵的設計,在全局數(shù)據(jù)庫的設計中,占有重要地位。當全局數(shù)據(jù)庫的設計完成以后,有個美國數(shù)據(jù)庫設計專家說:“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?;颈碇械挠涗浭窃紨?shù)據(jù)(基礎數(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。基本表的結(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. 范式標準

  基本表及其字段之間的關(guān)系, 應盡量滿足第三范式。但是,滿足第三范式的數(shù)據(jù)庫設計,往往不是最好的設計。為了提高數(shù)據(jù)庫的運行效率,常常需要降低范式標準:適當增加冗余,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)庫設計大有好處。在數(shù)據(jù)庫設計中,為了更好地應用三個范式,就必須通俗地理解三個范式(通俗地理解是夠用的理解,并不是最科學最準確的理解):

  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,就必須降低范式標準,適當保留冗余數(shù)據(jù)。具體做法是:在概念數(shù)據(jù)模型設計時遵守第三范式,降低范式標準的工作放到物理數(shù)據(jù)模型設計時考慮。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)上是一個較復雜的關(guān)系,它對應一張基本表。一般來講,數(shù)據(jù)庫設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、借還標志(0表示借書,1表示還書),另外,它還應該有兩個外鍵(“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. 正確認識數(shù)據(jù)冗余

  主鍵與外鍵在多表中的重復出現(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。非鍵字段的重復出現(xiàn), 才是數(shù)據(jù)冗余!而且是一種低級冗余,即重復性的冗余。高級冗余不是字段的重復出現(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(重復性冗余)。

9. E--R圖沒有標準答案

  信息系統(tǒng)的E--R圖沒有標準答案,因為它的設計與畫法不是惟一的,只要它覆蓋了系統(tǒng)需求的業(yè)務范圍和功能內(nèi)容,就是可行的。反之要修改E--R圖。盡管它沒有惟一的標準答案,并不意味著可以隨意設計。好的E—R圖的標準是: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, 則應在視圖上定義臨時表, 在臨時表上再定義視圖。這樣反復交迭定義, 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計的,存放臨時記錄,為個人所用?;砗椭虚g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,且很少有數(shù)據(jù)冗余,更重要的是督促讀者學會“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,有的人就是不習慣、不采納、不執(zhí)行。

  數(shù)據(jù)庫設計的實用原則是: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?!叭唷痹瓌t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,是叫讀者學會利用數(shù)據(jù)庫設計技術(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)集成為應用數(shù)據(jù)庫,將應用數(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”設計數(shù)據(jù)庫的歪理學說。“三少”原則是少而精的原則,它要求有較高的數(shù)據(jù)庫設計技巧與藝術(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)庫物理設計時,降低范式,增加冗余, 少用觸發(fā)器, 多用存儲過程。

   (2) 當計算非常復雜、而且記錄條數(shù)非常巨大時(例如一千萬條),復雜計算要先在數(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:在應用中發(fā)展,在發(fā)展中應用。

   

   

作者:黑馬程序員人工智能+python培訓學院
首發(fā):http://python.itheima.com/
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