【Java面试题】数据库三范式

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同时，推荐知乎的问题 

解释一下关系数据库的第一第二第三范式？

https://www.zhihu.com/question/24696366

三范式简单来说就是

第一范式：具有 原子性
第二范式：主键列与非主键列遵循 完全函数依赖关系（非主键和主键相关， 特别是联合主键的情况）
第三范式：非主键列之间没有 传递函数依赖关系

另一种通俗的解释

1NF:字段不可分; 
2NF:有主键，非主键字段依赖主键; 
3NF:非主键字段不能相互依赖; 

下面进行详述

为了建立冗余较小、结构合理的数据库，设计数据库时必须遵循一定的规则。在关系型数据库中这种规则就称为范式。范式是符合某一种设计要求的总结。要想设计一个结构合理的关系型数据库，必须满足一定的范式。

                 

在实际开发中最为常见的设计范式有三个：

1．第一范式(确保每列保持原子性)

第一范式是最基本的范式。如果数据库表中的所有字段值都是不可分解的原子值，就说明该数据库表满足了第一范式。

第一范式的合理遵循需要根据系统的实际需求来定。比如某些数据库系统中需要用到“地址”这个属性，本来直接将“地址”属性设计成一个数据库表的字段就行。但是如果系统经常会访问“地址”属性中的“城市”部分，那么就非要将“地址”这个属性重新拆分为省份、城市、详细地址等多个部分进行存储，这样在对地址中某一部分操作的时候将非常方便。这样设计才算满足了数据库的第一范式，如下表所示。

上表所示的用户信息遵循了第一范式的要求，这样在对用户使用城市进行分类的时候就非常方便，也提高了数据库的性能。

                

2．第二范式(确保表中的每列都和主键相关)

第二范式在第一范式的基础之上更进一层。第二范式需要确保数据库表中的每一列都和主键相关，而不能只与主键的某一部分相关（主要针对联合主键而言）。也就是说在一个数据库表中，一个表中只能保存一种数据，不可以把多种数据保存在同一张数据库表中。

比如要设计一个订单信息表，因为订单中可能会有多种商品，所以要将订单编号和商品编号作为数据库表的联合主键，如下表所示。

 订单信息表

这样就产生一个问题：这个表中是以订单编号和商品编号作为联合主键。这样在该表中商品名称、单位、商品价格等信息不与该表的主键相关，而仅仅是与商品编号相关。所以在这里违反了第二范式的设计原则。

而如果把这个订单信息表进行拆分，把商品信息分离到另一个表中，把订单项目表也分离到另一个表中，就非常完美了。如下所示。

这样设计，在很大程度上减小了数据库的冗余。如果要获取订单的商品信息，使用商品编号到商品信息表中查询即可。

                 

3．第三范式(确保每列都和主键列直接相关,而不是间接相关)

第三范式需要确保数据表中的每一列数据都和主键直接相关，而不能间接相关。

比如在设计一个订单数据表的时候，可以将客户编号作为一个外键和订单表建立相应的关系。而不可以在订单表中添加关于客户其它信息（比如姓名、所属公司等）的字段。如下面这两个表所示的设计就是一个满足第三范式的数据库表。

这样在查询订单信息的时候，就可以使用客户编号来引用客户信息表中的记录，也不必在订单信息表中多次输入客户信息的内容，减小了数据冗余。

最后，引用知乎网友@ 王红波的回答

一范式就是属性不可分割。属性是什么？就是表中的字段。
不可分割的意思就按字面理解就是最小单位，不能再分成更小单位了。
这个字段只能是一个值，不能被拆分成多个字段，否则的话，它就是可分割的，就不符合一范式。
不过能不能分割并没有绝对的答案，看需求，也就是看你的设计目标而定。
举例：
学生信息组成学生信息表，有姓名、年龄、性别、学号等信息组成。
姓名不可拆分吧？所以可以作为该表的一个字段。
但我要说这个表要在国外使用呢？人家姓和名要分开，都有特别的意义，所以姓名字段是可拆分的，分为姓字段和名字段。
简单来说，一范式是关系数据库的基础，但字段是否真的不可拆分，根据你的设计目标而定。


二范式就是要有主键，要求其他字段都依赖于主键。
为什么要有主键？没有主键就没有唯一性，没有唯一性在集合中就定位不到这行记录，所以要主键。
其他字段为什么要依赖于主键？因为不依赖于主键，就找不到他们。更重要的是，其他字段组成的这行记录和主键表示的是同一个东西，而主键是唯一的，它们只需要依赖于主键，也就成了唯一的。
如果有同学不理解依赖这个词，可以勉强用“相关”这个词代替，也就是说其他字段必须和它们的主键相关。因为不相关的东西不应该放在一行记录里。
举例：
学生信息组成学生表，姓名可以做主键么？
不能！因为同名的话，就不唯一了，所以需要学号这样的唯一编码才行。
那么其他字段依赖于主键是什么意思？
就是“张三”同学的年龄和性别等字段，不能存储别人的年龄性别，必须是他自己的，因为张三的学号信息就决定了，这行记录归张三所有，不能给无关人员使用。


三范式就是要消除传递依赖，方便理解，可以看做是“消除冗余”。
消除冗余应该比较好理解一些，就是各种信息只在一个地方存储，不出现在多张表中。
比如说大学分了很多系（中文系、英语系、计算机系……），这个系别管理表信息有以下字段组成：
系编号，系主任，系简介，系架构。
那么再回到学生信息表，张三同学的年龄、性别、学号都有了，我能不能把他的系编号，系主任、系简介也一起存着？
如果你问三范式，当然不行，因为三范式不同意。
因为系编号，系主任、系简介已经存在系别管理表中，你再存入学生信息表，就是冗余了。
三范式中说的传递依赖，就出现了。
这个时候学生信息表中，系主任信息是不是依赖于系编号了？而这个表的主键可是学号啊！
所以按照三范式，处理这个问题的时候，学生表就只能增加一个系编号字段。
这样既能根据系编号找到系别信息，又避免了冗余存储的问题。


所谓的范式，是用来学习参考的，设计的时候根据情况，未必一定要遵守，切记。


三范式都能码这么多字，我果然越来越水了：）