数据库设计

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本文为慕课网的《数据库设计那些事》的学习笔记,系统的整理了数据库设计的相关概念和整个流程,并加入了一些内容和链接来补充.

1. 数据库设计简介

建立数据库应用系统的设计看作检大厦的过程。大厦建立之前，要先设计、绘制图纸、按照图纸建设大厦。数据库相当于我们大厦的地基。

1.1 什么是数据库设计？

就是根据业务系统的具体要求，结合我们所选用的数据库管理系统，为这个业务系统构造出最优的数据存储模型，并建立好数据库中的表结构及表与表之间的关联关系的过程。使之能有效的对应用系统中的数据进行存储，并可以高效地对已经存储的数据进行访问。

1.2 常见的数据库管理系统

• 关系型: mysql、oracle、sql server、postgres等
• 非关系型: mongo、memcache、redis

• 数据库
• 超全的数据库分类介绍

1.3 为什么要进行数据库设计？

数据库系统是应用系统存储数据的关键组成部分，是系统稳定运行的基础，决定着系统是否可以高效地运行。

• 优良的设计：减少数据冗余，避免数据维护异常，节约空间，高效访问。
• 糟糕的设计：存在大量的数据冗余，存在数据插入、更新、删除异常，浪费大量存储空间，访问数据低效。

2. 数据库设计的步骤

1. 数据库设计的步骤:
   需求分析-〉逻辑设计-〉物理设计-〉维护优化
2. 数据库需求的作用点：数据是什么、数据有哪些属性、数据和属性各自的特点有哪些
3. 逻辑设计：使用ER图对数据库进行逻辑建模，之后就可以在大多数数据库管理系统中进行表的设计
4. 物理设计: 根据数据库自身的特点把逻辑设计转换为物理设计。
5. 维护设计：根据新的需求从新进行相关的逻辑设计、建表、索引优化、大表拆分等等

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2.1 需求分析

需求分析过程中需要了解的重要内容,直接进行表设计导致设计出来的表不是最优化的，必须首先进行需求分析。

1. 了解系统中所要存储的数据有哪些
2. 了解数据的存储特点：比如有些有时效性，定期归档和清理。还有些数据增长很快，数据量也很大，但他不是系统的核心数据，分库、分表方式存储。比如日志定期归档和清理
3. 了解数据的生命周期

要搞清一些问题:

1. 实体（对象）与实体之间的关系 实体与表的对应关系、实体与实体的对应关系 1对1，队多，多对多，
2. 实体所包含的属性有什么？
3. 哪些属性或属性的组合可以唯一标识一个实体，

示例:

购物车模块:

用于保存用户购物是选对的商品
包括属性：用户名、商品编号、商品名称、商品价格、商品描述、商品分类，加入时间，商品数量
可选唯一标识：（用户名、商品编号、加入时间）、（购物车编号）
存储特点：不用永久存储（设置归档、清理规则）

供应商模块:

用于保存所销售商品的供应商信息
包括属性：供应商上编号、供应商名称、联系人、电话、营业执照号、地址、法人。。。
可选唯一标识：（供应商编号），（营业执照号）
存储特点：永久存储

2.2 逻辑设计

1. 将需求转化为数据库的逻辑模型
2. 通过ER图的形式对逻辑模型进行展示
3. 同所选用的具体的数据库管理系统无关

• Normalization of Database
• 数据库设计准则（第一、第二、第三范式说明）
• 关于数据库建模，概念模型、逻辑模型、物理模型的区别和转化
• 数据库建模软件
• 数据库ER图基础概念整理

2.3 物理设计

流程:

1. 选择合适的数据库管理系统(DBMS: oracle,mysql等).
2. 定义数据库、表及字段的命名规范.
3. 根据所选的DBMS系统选择合适的字段类型.
4. 反规范设计.

• DBA必读：如何选择数据库管理系统（DBMS）
• Comparis1onon of relational database management systems

2.3.1 mysql常见存储引擎(以mysql为例)

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2.3.2 表以及字段的命名规范

1. 可读性原则: 使用大写和小写来格式化的库对象名字以获得良好的可读性.例如：使用CustAddress 而不是custaddress
2. 表意性原则: 名称体现意义
3. 长名原则：尽可能少使用或者不使用缩写

2.3.3 字段类型的选择原则

1. 考虑存储开销
2. 考虑查询性能

2.3.4 数据库设计其他注意事项

• a. 如何选择主键:
  1. 区分业务主键和数据库主键
     • 业务主键用于标识业务数据，进行表与表之间的关联
     • 数据库主键为了优化数据库存储（Innodb会生成6个字节的隐含主键）
  2. 根据数据库的类型，考虑主键是否要顺序增长
     • 有些数据库是按主键的顺序逻辑存储的
  3. 主键的字段类型所占空间要尽可能的小
     • 对于使用聚集索引方式存储的表，每个索引后都会附加主键信息
• b. 避免使用外键约束, 原因：
  1. 降低数据导入的效率
  2. 增加维护成本
  3. 虽然不建议使用外键约束，但是相关关联的列上一定要建立索引
• c. 避免使用触发器, 原因：
  1. 降低数据导入的效率
  2. 可能会出现意想不到的数据异常
  3. 使业务逻辑变的复杂
• d. 关于预留字段, 原因：
  1. 无法准确的知道预留字段的类型
  2. 无法准确的知道预留字段中所存储的内容
  3. 后期维护预留字段所要的成本，同增加一个字段所需要的成本是相同的
  4. 严禁使用预留字段

2.3.5 反范式化表设计

反范式化：允许存在少量的数据冗余，适当对第三范式进行违反,
目的：使用空间来换取时间，提高性能和读写效率。

为什么反范式化:

1. 减少表的关联数量
2. 增加数据的读取效率
3. 反范式化一定要适度

示例:

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2.4 维护优化

维护和优化的工作：

1. 维护数据字典
2. 维护索引
3. 维护表结构
4. 在适当的时候对表进行水平拆分和垂直拆分

MySQL索引背后的数据结构及算法原理

2.4.1 如何维护数据字典

1. 使用第三方工具对数据字典进行维护
2. 利用数据库本身的备注字段来维护数据字典

2.4.2 如何维护索引

如何选择合适的列建立索引:

1. 出现在WHERE从句，GROUP BY从句，ORDER BY从句中的列
2. 可选性高的列要放到索引的前面
3. 索引中不要包括太长的数据库类型
   注意事项:
4. 索引并不是越多越好，过多的索引不但会降低写效率，而且会降低读的效率
5. 定期维护索引碎片
6. 在SQL 语句中不要使用强制索引关键字

MySql碎片相关知识

2.4.3 维护表结构

注意事项

1. 使用在线变更表结构的工具
2. 同时对数据库字典进行维护
3. 控制表的宽度和大小
   数据库中适合的操作
4. 批量操作,逐条操作都有,推荐使用批量操作
5. 禁止使用Select *这样的查询
6. 控制使用用户自定义函数
7. 不要使用数据库中的全文索引

2.4.4 对表进行拆分

表的垂直拆分: 为了控制表的宽度可以进行表的垂直拆分
1.经常一起查询的列放到在一起
2.text，blob等大字段拆分到附加表中

表的水平拆分: 为了控制表的大小可以进行表的水平拆分

1. 通过主键hash key的操作(按模取值)
2. 时区段域拆分
3. 表业务类型拆分

mysql分表的3种方法

2.4.5 其他

数据库分区:

1. range分区
2. list分区
3. hash分区
4. key分区
5. 子分区

• 数据库分区
• mysql分区功能详细介绍，以及实例
• mysql分表，分区的区别和联系