数据库设计范式及其意义和不足

数据库设计范式及其意义和不足

• 补充:现在大型项目倾向于反范式设计,得益于大容量硬盘的白菜价和计算机的性能提升,表的设计尽量冗余,表关系尽量设置为一对一而不是一对多,有助于大并发时的效率提升.

• 数据库的设计范式是数据库设计所需要满足的规范，数据库的规范化是优化表的结构和优化把数据组织到表中的方式，这样使数据更明确，更简洁。实践中，通常把一个数据库分成两个或多个表并定义表之间的关系以做到数据隔离，添加、删除和修改某个字段只需要在一个表中进行，接着可以通过定义的关系传递到数据库中剩余的表中（和分层思想的意义所在很相似）。这样我们可以消除很多错误或垃圾数据出现的机会并减轻更新信息所必要的工作量。

• 目前，主要有六种范式：第一范式、第二范式、第三范式、BC范式、第四范式和第五范式。满足最低要求的叫第一范式，简称1NF。在第一范式基础上进一步满足一些要求的为第二范式，简称2NF。其余依此类推

• 事物往往具有多面性，设计范式也会带来一定的麻烦：操作困难，因为需要联系多个表才能得到所需要数据，而且范式越高性能就会越差。所以使用多高的范式需要权衡利弊，一般在项目中，使用到第三范式也就足够了，性能好而且方便管理数据。

二、下面我们来举例介绍一下数据库设计三范式

说明：实例采用《学校机房收费系统》的“学生信息表”，“学生上下机记录表”的部分字段

1、第一范式1NF

定义：数据库表中的字段都是单一属性的，不可再分。

简单的说，每一个属性都是原子项，不可分割。

1NF是关系模式应具备的最起码的条件，如果数据库设计不能满足第一范式，就不称为关系型数据库。也就是说，只要是关系型数据库，就一定满足第一范式。

我们先来看一张不符合1NF的

表1-1

CardNo	StudentNo	StudentName	Sex	Department	CardCash	UserID	UserLevel Time
001	021101	小明	男	教育学院，心理系，1班	100	Operator	操作员

之所以说这张表不符合1NF，是因为Department和Time字段可以再分，所以应该更改为

表1-2：

CardNo	StudentNo	StudentName	Sex	Academy	Major	class	>CardCash	UserID	UserLevel	Date	Time
001	021101	小明	男	教育学院	心理系	1	100	Operator	操作员	2011/10/03	09:00

2、第二范式2NF

定义：数据库表中不存在非关键字段对任一候选关键字段的部分函数依赖，即符合第二范式。

《注：什么是函数依赖,详见百度百科（http://baike.baidu.com/view/40008.htm）。

如果一个表中某一个字段A的值是由另外一个字段或一组字段B的值来确定的，就称为A函数依赖于B。》

2NF可以减少插入异常，删除异常和修改异常。

简单的说，一方面，第二范式肯定要满足第一范式，否则就没有必要谈第二范式。

另一方面，当某张表中的非主键信息不是由整个主键函数来决定时，即存在依赖于该表中不是主键的部分或者依赖于主键一部分的部分时，通常会违反2NF。

我们再来看上面的满足1NF的表1-2

CardNo	StudentNo	StudentName	Sex	Academy	Major	class	CardCash	UserID	UserLevel	Date	Time
001	021101	小明	男	教育学院	心理系	1	100	Operator	操作员	2011/10/03	09:00

我们看到，在这张表中，通过CardNo和StudentNo就可以确定StudentName，Sex，Academy，Major，class，CardCash，UserID，Date，Time。所以可以把CardNo和StudentNo的组合作为主键。

但是，我们发现CardCash并不完全依赖于CardNo和StudentNo，仅仅通过CardNo就可以确定CardCash，因为一张卡，一定会有卡内金额。这就造成了部分依赖。出现这种情况，就不满足第二范式。

修改为：

我们再来看另一个例子，学生上下机记录表，会更明显些。

表2-1

CardNo	StudentNo	StudentName	Sex	Department	Major	class	OnDate	OnTime	OffDate	OffTime	ConsumeTime	ConsumeMoney
001	0211	小明	男	教育学院	心理系	1	2011/10/14	09:00	2011/10/14	10:00	1	2

我们看到，在这张表中，StudentName,Sex,Department，Major，class都是直接依赖于StudentNo，而不依赖与表中的其他字段，这样的设计也不符合2NF非主键信息不是由整个主键函数来决定时。

我们可以把1-2和2-1优化为：

表3-1

StudentNo	CardNo	UserID	UserLevel	Date	Time
021101	001	Operator	操作员	2011/10/03	09:00

3-2|

CardNo	CardCash
001	98

3-3

CardNo	OnDate	OnTime	OffDate	OffTime	ConsumeTime	ConsumeMoney
001	2011/10/14	09:00	2011/10/14	10:00	1	2

3-4

StudentNo	StudentName	Sex	Academy	Major	class
021101	小明	男	教育学院	心理系	1

3、第三范式3NF

定义：在第二范式的基础上，数据表中如果不存在非关键字段对任一候选关键字段的传递函数依赖则符合3NF。

我们来看上例中

优化后的表3-1

StudentNo	CardNo	UserID	UserLevel	Date	Time
021101	001	Operator	操作员	2011/10/03	09:00

在表中，一个UserID能确定一个UserLevel。这样，UserID依赖于StudentNo和CardNo，而UserLevel又依赖于UserID，这就导致了传递依赖，3NF就是消除这种依赖。

我们把3-1进行优化得到：

4-1

StudentNo	CardNo	UserID	Date	Time
021101	001	Operator	2011/10/03	09:00

4-2

UserID	UserLevel
Operator	操作员

我们看到，第三范式规则查找以消除没有直接依赖于第一范式和第二范式形成的表的主键的属性。我们为没有与表的主键关联的所有信息建立了一张新表。每张新表保存了来自源表的信息和它们所依赖的主键。

三、总结

数据库设计规范化能让我们更好地适应变化，使你能够改变业务规则、需求和数据而不需要重新构造整个系统。

三范式

第一范式（1NF）：字段具有原子性,不可再分。所有关系型数据库系统都满足第一范式）
数据库表中的字段都是单一属性的，不可再分。例如，姓名字段，其中的姓和名必须作为一个整体，无法区分哪部分是姓，哪部分是名，如果要区分出姓和名，必须设计成两个独立的字段。

第二范式（2NF）：
第二范式（2NF）是在第一范式（1NF）的基础上建立起来的，即满足第二范式（2NF）必须先满足第一范式（1NF）。
要求数据库表中的每个实例或行必须可以被惟一地区分。通常需要为表加上一个列，以存储各个实例的惟一标识。这个惟一属性列被称为主关键字或主键。

第二范式（2NF）要求实体的属性完全依赖于主关键字。所谓完全依赖是指不能存在仅依赖主关键字一部分的属性，如果存在，那么这个属性和主关键字的这一部分应该分离出来形成一个新的实体，新实体与原实体之间是一对多的关系。为实现区分通常需要为表加上一个列，以存储各个实例的惟一标识。简而言之，第二范式就是非主属性非部分依赖于主关键字。

第三范式的要求如下：
满足第三范式（3NF）必须先满足第二范式（2NF）。简而言之，第三范式（3NF）要求一个数据库表中不包含已在其它表中已包含的非主关键字信息。
所以第三范式具有如下特征：
1，每一列只有一个值
2，每一行都能区分。
3，每一个表都不包含其他表已经包含的非主关键字信息。
例如，帖子表中只能出现发帖人的id，而不能出现发帖人的id，还同时出现发帖人姓名，否则，只要出现同一发帖人id的所有记录，它们中的姓名部分都必须严格保持一致，这就是数据冗余。

说出一些数据库优化方面的经验?

用PreparedStatement 一般来说比Statement性能高：一个sql 发给服务器去执行，涉及步骤：语法检查、语义分析， 编译，缓存
“inert into user values(1,1,1)”-二进制
“inert into user values(2,2,2)”-二进制
“inert into user values(?,?,?)”-二进制
有外键约束会影响插入和删除性能，如果程序能够保证数据的完整性，那在设计数据库时就去掉外键。（比喻：就好比免检产品，就是为了提高效率，充分相信产品的制造商）
（对于hibernate来说，就应该有一个变化：empleyee->Deptment对象，现在设计时就成了employeedeptid）
看mysql帮助文档子查询章节的最后部分，例如，根据扫描的原理，下面的子查询语句要比第二条关联查询的效率高：

1. select e.name,e.salary where e.managerid=(select id from employee where name='zxx');
2. select e.name,e.salary,m.name,m.salary from employees e,employees m where
   e.managerid = m.id and m.name='zxx';
   表中允许适当冗余，譬如，主题帖的回复数量和最后回复时间等
   将姓名和密码单独从用户表中独立出来。这可以是非常好的一对一的案例哟！
   sql语句全部大写，特别是列名和表名都大写。特别是sql命令的缓存功能，更加需要统一大小写，sql语句发给oracle服务器语法检查和编译成为内部指令缓存和执行指令。根据缓存的特点，不要拼凑条件，而是用?和PreparedStatment
   还有索引对查询性能的改进也是值得关注的。
   备注：下面是关于性能的讨论举例
   4航班 3个城市
   m*n
   select * from flight,city where flight.startcityid=city.cityid and city.name='beijing';
   m + n
   select * from flight where startcityid = (select cityid from city where cityname='beijing');

select flight.id,'beijing',flight.flightTime from flight where startcityid = (select cityid from city where cityname='beijing')