MySQL进阶_7.数据库的设计规范

第一节、范式

1.1、范式简介

在关系型数据库中，关于数据表设计的基本原则、规则就称为范式。

1.2、范式都包括哪些

目前关系型数据库有六种常见范式，按照范式级别，从低到高分别是：第一范式（1NF）、第二范式（2NF）、第三范式（3NF）、巴斯-科德范式（BCNF）、第四范式(4NF）和第五范式（5NF，又称完美范式）。

一般来说，在关系型数据库设计中，最高也就遵循到BCNF，普遍还是3NF。但也不绝对，有时候为了提高某些查询性能，我们还需要破坏范式规则，也就是反规范化。

1.3、键和相关属性的概念

这里有两个表：

球员表(player) ：球员编号 | 姓名 | 身份证号 | 年龄 | 球队编号 球队表(team) ：球队编号 | 主教练 |
球队所在地

• 超键 ：对于球员表来说，超键就是包括球员编号或者身份证号的任意组合，比如（球员编号）（球员编号，姓名）（身份证号，年龄）等。
• 候选键 ：就是最小的超键，对于球员表来说，候选键就是（球员编号）或者（身份证号）。
• 主键 ：我们自己选定，也就是从候选键中选择一个，比如（球员编号）。
• 外键 ：球员表中的球队编号。
• 主属性 、 非主属性 ：在球员表中，主属性是（球员编号）（身份证号），其他的属性（姓名）（年龄）（球队编号）都是非主属性。

第二节、三大范式

2.1、第一范式

第一范式主要是确保数据表中每个字段的值必须具有原子性，也就是说数据表中每个字段的值为不可再次拆分的最小数据单元。|

2.2、第二范式

第二范式要求，在满足第一范式的基础上，还要满足数据表里的每一条数据记录，都是可唯一标识的。而且所有非主键字段，都必须完全依赖主键，不能只依赖主键的一部分。如果知道主键的所有属性的值，就可以检索到任何元组(行)的任何属性的任何值。(要求中的主键，其实可以拓展替换为候选键）。

举例：成绩表（学号，课程号，成绩）关系中，(学号，课程号）可以决定成绩，但是学号不能决定成绩，课程号也不能决定成绩，所以“(学号，课程号)→成绩”就是完全依赖关系。

2.3、第三范式

第三范式是在第二范式的基础上，确保数据表中的每一个非主键字段都和主键字段直接相关，也就是说，要求数据表中的所有非主键字段不能依赖于其他非主键字段。(即，不能存在非主属性A依赖于非主属性B，非主属性B依赖于主键c的情况，即存在“A→B→C"的决定关系）通俗地讲，该规则的意思是所有非主键属性之间不能有依赖关系，必须相互独立。

2.4、三大范式总结

1. 优点
   数据的标准化有助于消除数据库中的数据冗余，第三范式(3NF）通常被认为在性能、扩展性和数据完整性方面达到了最好的平衡。
2. 缺点
   范式的使用，可能降低查询的效率。因为范式等级越高，设计出来的数据表就越多、越精细，数据的冗余度就越低，进行数据查询的时候就可能需要关联多张表，这不但代价昂贵，也可能使一些索引策略无效。
3. 建议
   范式只是提出了设计的标准，实际上设计数据表时，未必一定要符合这些标准。开发中，我们会出现为了性能和读取效率违反范式化的原则，通过增加少量的冗余或重复的数据来提高数据库的读性能，减少关联查询，join表的次数，实现空间换取时间的目的。因此在实际的设计过程中要理论结合实际，灵活运用。

第三节、反范式化

3.1、反范式化简介

有的时候不能简单按照规范要求设计数据表，因为有的数据看似冗余，其实对业务来说十分重要。这个时候，我们就要遵循业务优先的原则，首先满足业务需求，再尽量减少冗余。
如果数据库中的数据量比较大，系统的UV和PV访问频次比较高，则完全按照MySQL的三大范式设计数据表，读数据时会产生大量的关联查询，在一定程度上会影响数据库的读性能。如果我们想对查询效率进行优化，反范式优化也是一种优化思路。此时，可以通过在数据表中增加冗余字段来提高数据库的读性能。

规范化 vs 性能

1. 为满足某种商业目标,数据库性能比规范化数据库更重要
2. 在数据规范化的同时,要综合考虑数据库的性能
3. 通过在给定的表中添加额外的字段，以大量减少需要从中搜索信息所需的时间
4. 通过在给定的表中插入计算列，以方便查询(比如订单表中有商品价格和数量，我们想要知道每种商品的总价格，需要在查询的时候现去计算；其实可以在表中增加一列“总价格”，用的时候直接查询就好了，这就是所谓的“空间换取时间”)

3.2、反范式的新问题

反范式可以通过空间换时间，提升查询的效率，但是反范式也会带来一些新问题：

1. 存储空间变大了
2. 一个表中字段做了修改，另一个表中冗余的字段也需要做同步修改，否则数据不一致
3. 若采用存储过程来支持数据的更新、删除等额外操作，如果更新频繁，会非常消耗系统资源。
4. 在数据量小的情况下，反范式不能体现性能的优势，可能还会让数据库的设计更加复杂

3.3、反范式适用场景

3.3.1、增加冗余字段的建议

增加冗余字段一定要符合如下两个条件。只有满足这两个条件，才可以考虑增加冗余字段。

1. 这个冗余字段不需要经常进行修改;
2. 这个冗余字段查询的时候不可或缺。

3.3.2、历史快照、历史数据的需要

在现实生活中，我们经常需要一些冗余信息，比如订单中的收货人信息，包括姓名、电话和地址等。每次发生的订单收货信息都属于历史快照，需要进行保存，但用户可以随时修改自己的信息，这时保存这些冗余信息是非常有必要的。反范式优化也常用在数据仓库的设计中，因为数据仓库通常存储历史数据，对增删改的实时性要求不强，对历史数据的分析需求强`。这时适当允许数据的冗余度，更方便进行数据分析。

3.3.2.1 数据库和数据仓库在使用上的区别

1. 数据库设计的目的在于捕获数据，而数据仓库设计的目的在于分析数据;
2. 数据库对数据的增删改实时性要求强，需要存储在线的用户数据，而数据仓库存储的一般是历史数据;
3. 数据库设计需要尽量避免冗余，但为了提高查询效率也允许一定的冗余度，而数据仓库在设计上更偏向采用反范式设计。

• 除了三大范式，后面还有巴斯范式、第四范式、第五范式，以后需要用到的时候再来学习。