數據庫設計中的14個技巧

1. 原始單據與實體之間的關係
  可以是一對一、一對多、多對多的關係。在一般情況下,它們是一對一的關係:即一張原始單據對

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係,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。這裏的實體可以理解爲基本表。明確這種對應關係後,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中,就對應三個基本表:員工基本情況表、社會

關係表、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, 處於葉子部位的實體, 可以定義主鍵,

也可以不定義主鍵(因爲它無子孫), 但必須要有外鍵(因爲它有父親)。
  主鍵與外鍵的設計,在全局數據庫的設計中,佔有重要地位。當全局數據庫的設計完成以後,有個

美國數據庫設計專家說:“鍵,到處都是鍵,除了鍵之外,什麼也沒有”,這就是他的數據庫設計經驗

之談,也反映了他對信息系統核心(數據模型)的高度抽象思想。因爲: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
  基本表與中間表、臨時表不同,因爲它具有如下四個特性:
   (1) 原子性。基本表中的字段是不可再分解的。
   (2) 原始性。基本表中的記錄是原始數據(基礎數據)的記錄。
   (3) 演繹性。由基本表與代碼表中的數據,可以派生出所有的輸出數據。
   (4) 穩定性。基本表的結構是相對穩定的,表中的記錄是要長期保存的。
  理解基本表的性質後,在設計數據庫時,就能將基本表與中間表、臨時表區分開來。

   4. 範式標準
  基本表及其字段之間的關係, 應儘量滿足第三範式。但是,滿足第三範式的數據庫設計,往往不是

最好的設計。爲了提高數據庫的運行效率,常常需要降低範式標準:適當增加冗餘,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。“金額”這個字段的存在,表明該表的設計不滿

足第三範式,因爲“金額”可以由“單價”乘以“數量”得到,說明“金額”是冗餘字段。但是,增加

“金額”這個冗餘字段,可以提高查詢統計的速度,這就是以空間換時間的作法。
  在Rose 2002中,規定列有兩種類型:數據列和計算列。“金額”這樣的列被稱爲“計算列”,而“

單價”和“數量”這樣的列被稱爲“數據列”。
  表1 商品表的表結構
  商品名稱 商品型號 單價 數量 金額
  電視機 29吋 2,500 40 100,000
  
   5. 通俗地理解三個範式
  通俗地理解三個範式,對於數據庫設計大有好處。在數據庫設計中,爲了更好地應用三個範式,就

必須通俗地理解三個範式(通俗地理解是夠用的理解,並不是最科學最準確的理解):
  第一範式: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;
  第二範式: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;
  第三範式:3NF是對字段冗餘性的約束,即任何字段不能由其他字段派生出來,它要求字段沒有冗餘


  沒有冗餘的數據庫設計可以做到。但是,沒有冗餘的數據庫未必是最好的數據庫,有時爲了提高運

行效率,就必須降低範式標準,適當保留冗餘數據。具體做法是:在概念數據模型設計時遵守第三範式

,降低範式標準的工作放到物理數據模型設計時考慮。降低範式就是增加字段,允許冗餘。

   6. 要善於識別與正確處理多對多的關係
  若兩個實體之間存在多對多的關係,則應消除這種關係。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係,現在變爲兩個一對多的關係。要將原來兩個實體的屬性合理地分配

到三個實體中去。這裏的第三個實體,實質上是一個較複雜的關係,它對應一張基本表。一般來講,數

據庫設計工具不能識別多對多的關係,但能處理多對多的關係。
  〖例3〗:在“圖書館信息系統”中,“圖書”是一個實體,“讀者”也是一個實體。這兩個實體之

間的關係,是一個典型的多對多關係: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。爲此,要在二者之間增加第三個實體,該實體取名爲“借還書”,它的屬性爲:借還時間、借

還標誌(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字串, 由程序自動加1來實現。也可

以是有物理意義的字段名或字段名的組合。不過前者比後者好。當PK是字段名的組合時,建議字段的個

數不要太多,多了不但索引佔用空間大,而且速度也慢。

   8. 正確認識數據冗餘
  主鍵與外鍵在多表中的重複出現, 不屬於數據冗餘,這個概念必須清楚,事實上有許多人還不清楚

。非鍵字段的重複出現, 纔是數據冗餘!而且是一種低級冗餘,即重複性的冗餘。高級冗餘不是字段的

重複出現,而是字段的派生出現。
  〖例4〗:商品中的“單價、數量、金額”三個字段,“金額”就是由“單價”乘以“數量”派生出

來的,它就是冗餘,而且是一種高級冗餘。冗餘的目的是爲了提高處理速度。只有低級冗餘纔會增加數

據的不一致性,因爲同一數據,可能從不同時間、地點、角色上多次錄入。因此,我們提倡高級冗餘(派

生性冗餘),反對低級冗餘(重複性冗餘)。

   9. E--R圖沒有標準答案
  信息系統的E--R圖沒有標準答案,因爲它的設計與畫法不是惟一的,只要它覆蓋了系統需求的業務

範圍和功能內容,就是可行的。反之要修改E--R圖。儘管它沒有惟一的標準答案,並不意味着可以隨意

設計。好的E—R圖的標準是:結構清晰、關聯簡潔、實體個數適中、屬性分配合理、沒有低級冗餘。

   10. 視圖技術在數據庫設計中很有用
  與基本表、代碼表、中間表不同,視圖是一種虛表,它依賴數據源的實表而存在。視圖是供程序員

使用數據庫的一個窗口,是基表數據綜合的一種形式, 是數據處理的一種方法,是用戶數據保密的一種

手段。爲了進行復雜處理、提高運算速度和節省存儲空間, 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。這樣反覆交迭定義, 視圖的深度就

不受限制了。
  對於某些與國家政治、經濟、技術、軍事和安全利益有關的信息系統,視圖的作用更加重要。這些

系統的基本表完成物理設計之後,立即在基本表上建立第一層視圖,這層視圖的個數和結構,與基本表

的個數和結構是完全相同。並且規定,所有的程序員,一律只准在視圖上操作。只有數據庫管理員,帶

着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:這是爲什麼?

   11. 中間表、報表和臨時表
  中間表是存放統計數據的表,它是爲數據倉庫、輸出報表或查詢結果而設計的,有時它沒有主鍵與

外鍵(數據倉庫除外)。臨時表是程序員個人設計的,存放臨時記錄,爲個人所用。基表和中間表由DBA維

護,臨時表由程序員自己用程序自動維護。

   12. 完整性約束表現在三個方面
  域的完整性:用Check來實現約束,在數據庫設計工具中,對字段的取值範圍進行定義時,有一個Ch

eck按鈕,通過它定義字段的值城。
  參照完整性:用PK、FK、表級觸發器來實現。
  用戶定義完整性:它是一些業務規則,用存儲過程和觸發器來實現。

   13. 防止數據庫設計打補丁的方法是“三少原則”
   (1) 一個數據庫中表的個數越少越好。只有表的個數少了,才能說明系統的E--R圖少而精,去掉了

重複的多餘的實體,形成了對客觀世界的高度抽象,進行了系統的數據集成,防止了打補丁式的設計;
   (2) 一個表中組合主鍵的字段個數越少越好。因爲主鍵的作用,一是建主鍵索引,二是做爲子表的

外鍵,所以組合主鍵的字段個數少了,不僅節省了運行時間,而且節省了索引存儲空間;
   (3) 一個表中的字段個數越少越好。只有字段的個數少了,才能說明在系統中不存在數據重複,且

很少有數據冗餘,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餘的字段。所謂“列變行”,就是將主表中的一部分內容拉出去,另外單獨建一

個子表。這個方法很簡單,有的人就是不習慣、不採納、不執行。
  數據庫設計的實用原則是:在數據冗餘和處理速度之間找到合適的平衡點。“三少”是一個整體概

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據庫設計技術進行系統的數據集成。數據集成的步驟是將

文件系統集成爲應用數據庫,將應用數據庫集成爲主題數據庫,將主題數據庫集成爲全局綜合數據庫。

集成的程度越高,數據共享性就越強,信息孤島現象就越少,整個企業信息系統的全局E—R圖中實體的

個數、主鍵的個數、屬性的個數就會越少。
  提倡“三少”原則的目的,是防止讀者利用打補丁技術,不斷地對數據庫進行增刪改,使企業數據

庫變成了隨意設計數據庫表的“垃圾堆”,或數據庫表的“大雜院”,最後造成數據庫中的基本表、代

碼錶、中間表、臨時表雜亂無章,不計其數,導致企事業單位的信息系統無法維護而癱瘓。
   “三多”原則任何人都可以做到,該原則是“打補丁方法”設計數據庫的歪理學說。“三少”原則

是少而精的原則,它要求有較高的數據庫設計技巧與藝術,不是任何人都能做到的,因爲該原則是杜絕

用“打補丁方法”設計數據庫的理論依據。

   14. 提高數據庫運行效率的辦法
  在給定的系統硬件和系統軟件條件下,提高數據庫系統的運行效率的辦法是:
   (1) 在數據庫物理設計時,降低範式,增加冗餘, 少用觸發器, 多用存儲過程。
   (2) 當計算非常複雜、而且記錄條數非常巨大時(例如一千萬條),複雜計算要先在數據庫外面,以

文件系統方式用C++語言計算處理完成之後,最後才入庫追加到表中去。這是電信計費系統設計的經驗。
   (3) 發現某個表的記錄太多,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的某個值爲界線,將該表的記錄水平分割爲兩個表。若發現某個表的字段太多,例如超過

八十個,則垂直分割該表,將原來的一個表分解爲兩個表。
   (4) 對數據庫管理系統DBMS進行系統優化,即優化各種系統參數,如緩衝區個數。
   (5) 在使用面向數據的SQL語言進行程序設計時,儘量採取優化算法。
  總之,要提高數據庫的運行效率,必須從數據庫系統級優化、數據庫設計級優化、程序實現級優化

,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據庫分析與設計實踐中,逐步總結出來的。對於這些經驗的

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。並逐步做到:在應用中發

展,在發展中應用。
 

 

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