数据库表结构设计

1. 原始单据与实体之间的关系ITPUB个人空间R~}%c_M}T2}
  可以是一对一、一对多、多对多的关系。在一般情况下,它们是一对一的关系:即一张原始单据对
cH1Tf6w0应且只对应一个实体。在特殊情况下,它们可能是一对多或多对一的关系,即一张原始单证对应多个实ITPUB个人空间,eM3OO{y
体,或多张原始单证对应一个实体。这里的实体可以理解为基本表。明确这种对应关系后,对我们设计ITPUB个人空间HP gH$D:e B
录入界面大有好处。ITPUB个人空间(Vri(D!k:Th
  〖例1〗:一份员工履历资料,在人力资源信息系统中,就对应三个基本表:员工基本情况表、社会ITPUB个人空间&Q#d VGxQ
关系表、工作简历表。这就是“一张原始单证对应多个实体”的典型例子。ITPUB个人空间G-/-O$NHp
ITPUB个人空间[W)Ept@x+Oi
   2. 主键与外键
,Ty%_6f3ajI4_pol0  一般而言,一个实体不能既无主键又无外键。在E—R 图中, 处于叶子部位的实体, 可以定义主键,ITPUB个人空间,}/C.`$pD&[K4] D$h
也可以不定义主键(因为它无子孙), 但必须要有外键(因为它有父亲)。ITPUB个人空间2MA1XGg3_n/} oy
  主键与外键的设计,在全局数据库的设计中,占有重要地位。当全局数据库的设计完成以后,有个
n&?T2xi0美国数据库设计专家说:“键,到处都是键,除了键之外,什么也没有”,这就是他的数据库设计经验ITPUB个人空间 o;}9Z p5a }
之谈,也反映了他对信息系统核心(数据模型)的高度抽象思想。因为:主键是实体的高度抽象,主键与
~"Fn$nc*jI0外键的配对,表示实体之间的连接。ITPUB个人空间~9A1_T"k

1UXhR,[J0   3. 基本表的性质
H G*F7?*D8LC3?w7_0  基本表与中间表、临时表不同,因为它具有如下四个特性:ITPUB个人空间y5Nx5@x n+kn(S
   (1) 原子性。基本表中的字段是不可再分解的。ITPUB个人空间rv y6M%vT
   (2) 原始性。基本表中的记录是原始数据(基础数据)的记录。ITPUB个人空间v;CAq0KN|3E9p'T
   (3) 演绎性。由基本表与代码表中的数据,可以派生出所有的输出数据。ITPUB个人空间(o km[L9f z)akME3O
   (4) 稳定性。基本表的结构是相对稳定的,表中的记录是要长期保存的。ITPUB个人空间A4B8BG:o |F
  理解基本表的性质后,在设计数据库时,就能将基本表与中间表、临时表区分开来。
*i"e+BA$I0
-~Bd{L7W*d0   4. 范式标准ITPUB个人空间"MND"c%Bf^g h&_
  基本表及其字段之间的关系, 应尽量满足第三范式。但是,满足第三范式的数据库设计,往往不是
1?7q,D"C!z? {9KbvS0最好的设计。为了提高数据库的运行效率,常常需要降低范式标准:适当增加冗余,达到以空间换时间
5yUQ,Z,}'QH#}0的目的。
:XCl7uw/O&t?0  〖例2〗:有一张存放商品的基本表,如表1所示。“金额”这个字段的存在,表明该表的设计不满
$^|m]0F g/0足第三范式,因为“金额”可以由“单价”乘以“数量”得到,说明“金额”是冗余字段。但是,增加ITPUB个人空间 G"Jb5u+v ^9gq)^t
“金额”这个冗余字段,可以提高查询统计的速度,这就是以空间换时间的作法。
N!GXR&No0  在Rose 2002中,规定列有两种类型:数据列和计算列。“金额”这样的列被称为“计算列”,而“ITPUB个人空间4d)xb A^,}u
单价”和“数量”这样的列被称为“数据列”。
ErM2]0P0  表1 商品表的表结构
UF5jnF ?0  商品名称 商品型号 单价 数量 金额ITPUB个人空间-Y2lr,R2VpTA
  电视机 29吋 2,500 40 100,000
/W[:X3dI0  ITPUB个人空间 ^7N!J:X0k+wF
   5. 通俗地理解三个范式ITPUB个人空间/o]6r e3_3Z
  通俗地理解三个范式,对于数据库设计大有好处。在数据库设计中,为了更好地应用三个范式,就ITPUB个人空间/U RK3}t9V*W;e
必须通俗地理解三个范式(通俗地理解是够用的理解,并不是最科学最准确的理解):
1C"jLgH+jAI0  第一范式:1NF是对属性的原子性约束,要求属性具有原子性,不可再分解;
%C6wSw`#C;lc0  第二范式:2NF是对记录的惟一性约束,要求记录有惟一标识,即实体的惟一性;ITPUB个人空间 T4CD NUh
  第三范式:3NF是对字段冗余性的约束,即任何字段不能由其他字段派生出来,它要求字段没有冗余。ITPUB个人空间+T*^ P9]_ t`;s
  没有冗余的数据库设计可以做到。但是,没有冗余的数据库未必是最好的数据库,有时为了提高运
K~}7F(S'WZ0行效率,就必须降低范式标准,适当保留冗余数据。具体做法是:在概念数据模型设计时遵守第三范式
S^z(yT:cPR8m0,降低范式标准的工作放到物理数据模型设计时考虑。降低范式就是增加字段,允许冗余。ITPUB个人空间@V K5A9P
ITPUB个人空间0Y/SZc2j s T8o
   6. 要善于识别与正确处理多对多的关系ITPUB个人空间,o3[~9D6CU:N
  若两个实体之间存在多对多的关系,则应消除这种关系。消除的办法是,在两者之间增加第三个实
'NqeEf-h aM0体。这样,原来一个多对多的关系,现在变为两个一对多的关系。要将原来两个实体的属性合理地分配ITPUB个人空间OHky3dO,f%dt:G
到三个实体中去。这里的第三个实体,实质上是一个较复杂的关系,它对应一张基本表。一般来讲,数
T/3[2iK/w9W y0据库设计工具不能识别多对多的关系,但能处理多对多的关系。ITPUB个人空间 W4`!SY5Q/V^c
  〖例3〗:在“图书馆信息系统”中,“图书”是一个实体,“读者”也是一个实体。这两个实体之
jU7N-/%lo"h/{_0间的关系,是一个典型的多对多关系:一本图书在不同时间可以被多个读者借阅,一个读者又可以借多
p F7r"[W8b6g!s0本图书。为此,要在二者之间增加第三个实体,该实体取名为“借还书”,它的属性为:借还时间、借ITPUB个人空间w!qE8b:xz/x
还标志(0表示借书,1表示还书),另外,它还应该有两个外键(“图书”的主键,“读者”的主键),使
pW/xm5Ap bC0它能与“图书”和“读者”连接。
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v1Lb1zb"@$@NDc0   7. 主键PK的取值方法ITPUB个人空间?4QwO-U8{d
   PK是供程序员使用的表间连接工具,可以是一无物理意义的数字串, 由程序自动加1来实现。也可
&T;e1RlPAA w B0以是有物理意义的字段名或字段名的组合。不过前者比后者好。当PK是字段名的组合时,建议字段的个ITPUB个人空间yk rt'B e
数不要太多,多了不但索引占用空间大,而且速度也慢。
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   8. 正确认识数据冗余
9Uga KWo0  主键与外键在多表中的重复出现, 不属于数据冗余,这个概念必须清楚,事实上有许多人还不清楚ITPUB个人空间Qw(Y&|6N6L1t
。非键字段的重复出现, 才是数据冗余!而且是一种低级冗余,即重复性的冗余。高级冗余不是字段的
I(P:D-H8B4j0重复出现,而是字段的派生出现。
(L-l{z/?|-ux*Y0  〖例4〗:商品中的“单价、数量、金额”三个字段,“金额”就是由“单价”乘以“数量”派生出ITPUB个人空间 vqyk [
来的,它就是冗余,而且是一种高级冗余。冗余的目的是为了提高处理速度。只有低级冗余才会增加数
+^,i#^V&h)S7S [0据的不一致性,因为同一数据,可能从不同时间、地点、角色上多次录入。因此,我们提倡高级冗余(派
'Nkg;O.^)O0生性冗余),反对低级冗余(重复性冗余)。ITPUB个人空间DO m)/fRJ
ITPUB个人空间 ^6R;^O W;}9dY
   9. E--R图没有标准答案ITPUB个人空间&{&{$h^`#|
  信息系统的E--R图没有标准答案,因为它的设计与画法不是惟一的,只要它覆盖了系统需求的业务
4J6Sz0E.@6Onl g0范围和功能内容,就是可行的。反之要修改E--R图。尽管它没有惟一的标准答案,并不意味着可以随意
!X4@-n0K%gp5u8N7H0设计。好的E—R图的标准是:结构清晰、关联简洁、实体个数适中、属性分配合理、没有低级冗余。
2e|*DD6n!kQ s?0ITPUB个人空间4c2v"Y Zg,b+Nb'F
   10. 视图技术在数据库设计中很有用
U&uS `-]e0  与基本表、代码表、中间表不同,视图是一种虚表,它依赖数据源的实表而存在。视图是供程序员
]*P;lj*GH&CzhB0使用数据库的一个窗口,是基表数据综合的一种形式, 是数据处理的一种方法,是用户数据保密的一种ITPUB个人空间$/*OqUC
手段。为了进行复杂处理、提高运算速度和节省存储空间, 视图的定义深度一般不得超过三层。 若三层
8M vPa$S#l+HzzJ d0Z0视图仍不够用, 则应在视图上定义临时表, 在临时表上再定义视图。这样反复交迭定义, 视图的深度就
lI7w"@+i.FEWZ:}0不受限制了。ITPUB个人空间G1l/4g4sX!t1g
  对于某些与国家政治、经济、技术、军事和安全利益有关的信息系统,视图的作用更加重要。这些ITPUB个人空间AXoAz2I
系统的基本表完成物理设计之后,立即在基本表上建立第一层视图,这层视图的个数和结构,与基本表ITPUB个人空间kS2TS%~Z
的个数和结构是完全相同。并且规定,所有的程序员,一律只准在视图上操作。只有数据库管理员,带ITPUB个人空间%X5m;^6L,k
着多个人员共同掌握的“安全钥匙”,才能直接在基本表上操作。请读者想想:这是为什么?ITPUB个人空间/G)@ KKmJ8g

4e(_vT0?Kwb0   11. 中间表、报表和临时表ITPUB个人空间$P6a`'{6@#I:a
  中间表是存放统计数据的表,它是为数据仓库、输出报表或查询结果而设计的,有时它没有主键与
p#wVO0ps0外键(数据仓库除外)。临时表是程序员个人设计的,存放临时记录,为个人所用。基表和中间表由DBA维
yY0Sk(_nH-cC$p0护,临时表由程序员自己用程序自动维护。
D0M+b/X3J-Z{G0
$fY#xHP//xu.fb0   12. 完整性约束表现在三个方面ITPUB个人空间|{py(AfJ
  域的完整性:用Check来实现约束,在数据库设计工具中,对字段的取值范围进行定义时,有一个ChITPUB个人空间6c Ey$l;Lq6|Y*Bh
eck按钮,通过它定义字段的值城。ITPUB个人空间+~N+G7~,g
  参照完整性:用PK、FK、表级触发器来实现。ITPUB个人空间rm8A:iI
  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。ITPUB个人空间+s)]7h$n;AAz
ITPUB个人空间 P`|/k+e.~6Q0H x
   13. 防止数据库设计打补丁的方法是“三少原则”
7EgT+B{I'@6l0   (1) 一个数据库中表的个数越少越好。只有表的个数少了,才能说明系统的E--R图少而精,去掉了
-{dK4yPs#nz0重复的多余的实体,形成了对客观世界的高度抽象,进行了系统的数据集成,防止了打补丁式的设计;ITPUB个人空间-a,/4XTeeZ
   (2) 一个表中组合主键的字段个数越少越好。因为主键的作用,一是建主键索引,二是做为子表的ITPUB个人空间-u Ax3?[F+P
外键,所以组合主键的字段个数少了,不仅节省了运行时间,而且节省了索引存储空间;
f(s%n9v.CH!Ms0   (3) 一个表中的字段个数越少越好。只有字段的个数少了,才能说明在系统中不存在数据重复,且
vMy.TUJD'z0很少有数据冗余,更重要的是督促读者学会“列变行”,这样就防止了将子表中的字段拉入到主表中去ITPUB个人空间3yN$VS l9`
,在主表中留下许多空余的字段。所谓“列变行”,就是将主表中的一部分内容拉出去,另外单独建一ITPUB个人空间}#W._2Q+t&s
个子表。这个方法很简单,有的人就是不习惯、不采纳、不执行。
WoX2x#_gSuqL0  数据库设计的实用原则是:在数据冗余和处理速度之间找到合适的平衡点。“三少”是一个整体概ITPUB个人空间H#}6T1uIi J3@;zk
念,综合观点,不能孤立某一个原则。该原则是相对的,不是绝对的。“三多”原则肯定是错误的。试
C&i3M |O*rJ0想:若覆盖系统同样的功能,一百个实体(共一千个属性) 的E--R图,肯定比二百个实体(共二千个属性)
3R8J$GoE1E;ST$v0的E--R图,要好得多。ITPUB个人空间K-]_v(f0},a)|c
  提倡“三少”原则,是叫读者学会利用数据库设计技术进行系统的数据集成。数据集成的步骤是将ITPUB个人空间'd0tt/z/w2ak0N
文件系统集成为应用数据库,将应用数据库集成为主题数据库,将主题数据库集成为全局综合数据库。ITPUB个人空间Q+n|[#HW0bH'}
集成的程度越高,数据共享性就越强,信息孤岛现象就越少,整个企业信息系统的全局E—R图中实体的
#} fR#kl?/O:k(_DP&r?0个数、主键的个数、属性的个数就会越少。
]/(b` u w3?.G0h8L%X0  提倡“三少”原则的目的,是防止读者利用打补丁技术,不断地对数据库进行增删改,使企业数据ITPUB个人空间3hAIJ"n
库变成了随意设计数据库表的“垃圾堆”,或数据库表的“大杂院”,最后造成数据库中的基本表、代
9AVB6]3zN;/0码表、中间表、临时表杂乱无章,不计其数,导致企事业单位的信息系统无法维护而瘫痪。
%my8? ~l+T9s0?0   “三多”原则任何人都可以做到,该原则是“打补丁方法”设计数据库的歪理学说。“三少”原则ITPUB个人空间F&?5|4x.rqS @
是少而精的原则,它要求有较高的数据库设计技巧与艺术,不是任何人都能做到的,因为该原则是杜绝
nY P1t'o"M0用“打补丁方法”设计数据库的理论依据。ITPUB个人空间f @8l5fc!D/['_l
ITPUB个人空间 akeDN2C]
   14. 提高数据库运行效率的办法
6F pE b'O0  在给定的系统硬件和系统软件条件下,提高数据库系统的运行效率的办法是:ITPUB个人空间5qi.D3qZ*Dja C8j2|'f
   (1) 在数据库物理设计时,降低范式,增加冗余, 少用触发器, 多用存储过程。
C){NR:Y a~!y3v0   (2) 当计算非常复杂、而且记录条数非常巨大时(例如一千万条),复杂计算要先在数据库外面,以ITPUB个人空间I0u%b*y]"zlZ&w6`*s
文件系统方式用C++语言计算处理完成之后,最后才入库追加到表中去。这是电信计费系统设计的经验。ITPUB个人空间 W*V+}l,Xa ok0YEnyHv
   (3) 发现某个表的记录太多,例如超过一千万条,则要对该表进行水平分割。水平分割的做法是,ITPUB个人空间Y5WGB8Ba~
以该表主键PK的某个值为界线,将该表的记录水平分割为两个表。若发现某个表的字段太多,例如超过
C {S0psWJ gjk!nI0八十个,则垂直分割该表,将原来的一个表分解为两个表。
7x+t:~Lx;fs0   (4) 对数据库管理系统DBMS进行系统优化,即优化各种系统参数,如缓冲区个数。ITPUB个人空间)U9YJ5{Y&m
   (5) 在使用面向数据的SQL语言进行程序设计时,尽量采取优化算法。ITPUB个人空间js1sJL8er
  总之,要提高数据库的运行效率,必须从数据库系统级优化、数据库设计级优化、程序实现级优化ITPUB个人空间+l/I| t$zP{S
ITPUB个人空间N!x9K4Z[:f3K
,这三个层次上同时下功夫。
'b6]:P AS3U /G$^ Q0
'C}FeJ/(c2F}4[Z-P0  上述十四个技巧,是许多人在大量的数据库分析与设计实践中,逐步总结出来的。对于这些经验的
VEP;sB#n2k[v0运用,读者不能生帮硬套,死记硬背,而要消化理解,实事求是,灵活掌握。并逐步做到:在应用中发
P Er/E6P;@(E0展,在发展中应用。

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