数据库设计三大原则(数据库设计的三个主要阶段) 收藏 0

阿里面试篇：数据库的三大范式

设计数据表的时候，要考虑很多的问题:

• 用户需要哪些数据，我们在数据表中要保存哪一些数据
• 怎么保证数据表中的数据的正确性
• 如何降低数据表的冗余度
• 开发人员怎么才能更方便的使用数据库

如果数据库设计得不合理的话，可能导致下面的几种问题:

• 设计容易，信息重复，存储空间浪费
• 数据更新，插入，删除的异常
• 不能正确表示信息
• 丢失有效信息
• 程序性能差

我们可以看出设计良好的数据库是很重要的，它有下面的优点:

• 节省数据的存储空间
• 能够保证数据的完整性
• 方便进行数据库应用系统的开发
• 设计数据库，我们得重视数据表的设计，为了建立冗余度小，结构合理的数据库，设计数据库必须遵循一定的规则。

2.1范式概述

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，范式是我们在设计数据库结构过程中需要遵循的规则和指导方法。

不过，有的时候为了提高某一些查询性能，我们还需要破坏范式规则，也就是反规范化。

2.2键和相关属性的概念

范式的定义会用到主键和候选键，我们先来看看相关的概念，数据库中的键是由一个或多个属性组成的，我们来看一下数据表中常用的几种键和属性的定义。

2.3第一范式(1NF)

• 第一范式主要是保证数据表中的每一个字段的值必须具有原子性，也就是数据表中的每个字段的值是不可再拆分的最小数据单元

• 属性的原子性是主观的，我们要根据实际项目的需求来设计，比如说地址，如果项目没有说要细分为省，市，县，镇这么具体的话，我们一般就可以不拆分。

2.4第二范式(2NF）

• 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，而且所有的非主键字段，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，我们就可以检索任何元组(行)的任何属性的任何值(要求中的主键可以拓展替换为候选键)

比如说，在成绩表(学号，课程号，成绩)关系中，(学号，课程号)可以决定成绩，因为一个学生可以选多门课，一门课也可以被多个学生选择，所以学号或课程号都不能单独决定成绩。

所以(学号，课程号)——>成绩就是完全依赖关系。

比赛表里面包含球员编号，姓名，年龄，比赛编号，比赛实际和比赛场地等属性，候选键和主键都是(球员编号，比赛编号),我们可以通过候选键(主键)来决定下面的关系。

(球员编号，比赛编号)——>(姓名，年龄，比赛时间，比赛场地，得分)

但是这个数据表不满足第二范式，因为数据表中的字段之间还存在下面的对应关系:

(球员编号)——>(姓名，年龄)

(比赛编号)——>(比赛时间，比赛场地)

非主属性并非完全依赖候选键，这样会产生下面的问题。

• 数据冗余:如果一个球员参加m场比赛，那么球员的姓名和年龄就重复了m-1次，一个比赛可能有n个球员参加，比赛时间和地点就重复了n-1次
• 插入异常:如果我们要添加一场新的比赛，但是这时还没有确定参加的球员都有谁2，那么就没发插入
• 删除异常:我们想删除某个球员编号，但是如果没有单独保存比赛表的话，就会同时把比赛信息删除掉
• 更新异常:如果我们调整了某个比赛时间，那么数据表所有的这个比赛的时间都得进行调整，不然就会出现同一场比赛但是时间不同的情况。

为了避免上述情况，我们可以把球员比赛表设计成下面的三张表。

这样的话，每张数据表都符合第二范式，，就避免了异常情况的发生

第二范式要求实体的属性完全依赖主关键字，如果存在不完全依赖，那么这个属性和主关键字的这一部分就应该分离处理形成一个新的实体，新实体和原来实体之间是一对多的关系

2.5第三范式(3NF）

• 第三范式建立在已经满足第二范式的基础上
• 数据表中的每一个非主键字段都和主键字段直接相关
• 也就是说数据表中的所有非主键字段不能依赖于其他非主键字段
• 这个规则的意思是所有非主属性之间不能有依赖关系，它们是互相独立的
• 这里的主键可以拓展成为候选键

、

2.6范式的优缺点

• 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

• 缺点:

• 降低了查询效率，因为范式等级越高，设计出来的表就越多，进行数据查询的时候就可能需要关联多张表，不仅代价昂贵，而且可能会使得一些索引失效

• 范式只是提出设计的标标准，实际设计的时候，我们可能为了性能和读取效率违反范式的原则，通过增加少量的冗余或重复的数据来提高数据库的读取性能，减少关联查询，实现空间换时间的目的

3.反范式化

3.1概述

• 遵循业务优先的原则
• 首先满足业务需求，再进来减少冗余
• 有时候我们想要对查询效率进行优化，反范式化也是一种优化思路，我们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。

3.2 反范式的新问题

反范式虽然可以通过空间换实际，提升查询的效率，但是反范式也会带来一些新问题

• 存储空间变大了
• 一个表中字段做了修改，另外一个表中冗余字段也要同步进行修改，不然会导致数据不一致
• 如果用存储过程了支持数据的更新，删除等操作，如果操作频繁，就会消耗系统资源
• 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反范式的适用场景

当冗余信息能大幅度提高查询效率的时候，我们才会采取反范式的优化。

增加冗余字段的建议

增加冗余冗余字段一定要符合下面的两个条件，满足下面的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

‍

4.BCNF(巴斯范式)

这个表符合第三范式

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数据库设计原则

昨天有人问我数据库的设计原则,一年多没做服务端这块也基本忘干净了，就记得什么二级、三级什么的(别误会这不是黄片看多的结果),大学的时候也学过数据库，大学时也从需求到数据库设计再到实现独立完成了一个项目，对这数据库这块我还是有把握的，像什么存储过程触发器事务锁等，这些理论的知识也忘差不多了，可能藏在脑中的深处。今天网上查了下，原来三级是范式(学霸的我还是可以从脑海中想起的)。下面就回顾一下3级范式。

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。

比如用户的地址,系统设计时可以只用一个字段表示例如:深圳市南山区国人通信A座XXX号。但系统会经常访问地址的城市,例如在快递单上，填写快递单时会有发出的城市这样方便快递流转,这样快递查找这些也是很方便的。那样就有必要将地址查分以下:省、市、区、详细地址。我们在一些购物网站填写收货地址也是一样。

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。

这个还举个购物的例子。比如用户下单会生成一个订单。订单表可能会包括:订单ID,商品ID，用户ID，数量，收货地址ID，单价,快递单号等。一个订单下会有多个商品，是一对多的关系，订单ID和商品ID属于联合主键，但收货地址，快递单号与订单ID是一对一的关系. 所以应该将上面的分出两个表：一个订单发货表，一个订单明细表。发货表主要是包括 订单ID，收货地址ID，快递单号等这些信息，而明细表主要包括订单ID，商品ID，用户ID数量，单价等信息。

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)

经常遇到字段Type类型，比如商品类型:日用品、家电等类别。在商品表中直接将商品类型加到属性里:商品ID，商品名称,商品类型ID,商品类型名称等。这样的设计我也有见过可能觉得是为了省事，其实这样一点都不省事，会出现冗余。理想的设计是将商品类型另分出一个表:商品类型ID，商品类型名称。

4.简单理解三级范式

第一范式：1NF是对属性的原子性约束，要求属性具有原子性，不可再分解；

第二范式：2NF是对记录的惟一性约束，要求记录有惟一标识，即实体的惟一性；

第三范式：3NF是对字段冗余性的约束，即任何字段不能由其他字段派生出来，它要求字段没有冗余。 没有冗余的数据库未必是最好的数据库，有时为了提高运行效率，就必须降低范式标准，适当保留冗余数据。具体做法是：在概念数据模型设计时遵守第三范式，降低范式标准的工作放到物理 数据模型设计时考虑。降低范式就是增加字段，允许冗余

5.数据库设计注意的几点

1.注意原始单据与实体间的关系以及实体与实体间的关系

原始单据与实体间的关系:例如一个订单,可能会有订单发货信息表、订单商品明细表。一个单体用两个实体组成。

实体与实体的关系:和上面原始数据与实体间的关系一样，都是有一对多、一对一、多对多的关系，一对多联合主键，多对多的话分成一对多，用两个表实现。

2.主键

主键分业务主键和逻辑主键。有时候正确设置主键可能减少数据库冗余。还是用上面订单举例。我们生成订单时可以用商品ID，用户ID设置加上时间算上联合主键。但这样每个关于订单的表总不能都要加上上面的几个字段才能获得吧，这样会更麻烦。订单ID算是逻辑主键(自增类型、uuid或guid)也可算是业务主键(比如ID是用一定规则拼接的有一定业务规则的)，有了它找订单就会更方便。

3.约束

约束主要是为了防止数据出错。

域的完整性:年龄是要在一定范围的等。

参照完整性：用PK、FK、表级触发器来实现。数据要有一个参照物,在参照物内的才是正确的数据。

用户定义完整性：它是一些业务规则，用存储过程和触发器来实现。比如插入数据时有时候数据要符合一定的规则。

6.总结

说到最后其实这些都是理论知识，最重要的还是要自己实现自己体会感悟总结。我这也是属于瞎逼逼,毕竟自己独立完成的项目很少也就一两个,欢迎大家来吐槽交流。

数据库设计的原则

数据库设计的原则

数据库设计原则是在设计数据库时使用的依据，主要包括以下3个原则。

1. 熟悉需求

数据库技术是信息资源管理最有效的手段。数据库设计是建立数据库及其应用系统的核心和基础，它要求对于指定的应用环境，构造出较远的数据模式，建立起数据库应用系统，并使系统能有效地存储数据，满足用户的各种应用需求。

理解用户需求，询问用户如何看待未来需求变化，而且随着开发的继续，还要经常询问客户以保证其需求仍然在开发的目的之中。

了解企业业务，在以后的开发阶段可以节约大量时间。

2. 开发符合规范的数据库

开发符合规范的数据库主要包括以下几个方面。

（1）命名要规范。

（2）明确现实中实体与数据表的关系，创建数据字典和E-R图，SQL表达式的介绍要文档化。

（3）使用键和索引，一张数据表不能既没有主键也没有外键。

（4）键的设计4原则：所有的键都必须唯一，为关联字段创建外键；避免使用复合键；外键总是关联唯一的字段。

（5）键的选择原则：使用系统生成的主键，控制数据库的索引完整性，并且当拥有一致的键结构时，找到逻辑缺陷很容易，不要用用户的键，通常情况下不要选择用户可编辑的字段作为键。

（6）索引使用原则：索引是从数据库中获取数据的最高效方式之一，绝大多数的数据库性能问题都可以采用索引技术得到解决。

（7）基本表的特征：具有原子性、原始性、演绎性和稳定性。原子性是指表中字段不可以再分：原始性是指表中的记录是原始数据的记录，演绎性是指由表中的数据可以支持所有的输入/输出，稳定性是指表的结构是相对稳定的，记录要长期保存的。结合雇员表，部门表和薪水级别表来了解这4个原则。

（8）必须满足第一范式和第二范式，尽量满足第三范式。

（9）简洁的E-R图。

（10）符合完整性约束。用约束而非商务规则强制数据完整性；使用查找控制数据完整性，控制数据完整性的最佳方式就是限制用户的选择。

（11）采用视图。可以为应用程序建立专门的视图而不必非要应用程序直接访问数据表，这样做等于在处理数据库变更时给你提供了更多的自由。

3. 审核数据库设计

成立审核小组，审核数据库设计。审核组除了要审核数据库设计中的逻辑问题，还需要关注数据字典是否详细易懂，数据表结构是否冗余以及提出更改建议等。

本文作者及来源:Renderbus瑞云渲染农场https://www.renderbus.com