数据库设计有什么好处

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豆瓜 图标 2022-01-15 10:23:13

这里我们思考两个问题:

修建茅屋需要设计吗?修建大厦需要设计吗?

结论是:当数据库比较复杂(如数据量大,表较多,业务关系复杂)时,我们需要先设计数据库;

因为,良好的数据库设计能够:

q       节省数据的存储空间

q       能够保证数据的完整性

q       方便进行数据库应用系统的开发

糟糕的数据库设计:

q       数据冗余、存储空间浪费

q       内存空间浪费

q       数据更新和插入的异常

软件项目开发周期

       我们再来看看软件项目的开发周期:

•          需求分析阶段:分析客户的业务和数据处理需求;

•          概要设计阶段:设计数据库的E-R模型图,确认需求信息的正确和完整;

•          详细设计阶段:将E-R图转换为多张表,进行逻辑设计,并应用数据库设计的三大范式进行审核;

•          代码编写阶段:选择具体数据库进行物理实现,并编写代码实现前端应用;

•          软件测试阶段:……

•          安装部署:……

设计数据库

•          在需求分析阶段,设计数据库的一般步骤为:

–         收集信息

–         标识对象

–         标识每个对象的属性

–         标识对象之间的关系

•          在概要设计阶段和详细设计阶段,设计数据库的步骤为:

–         绘制E-R图

–         将E-R图转换为表格

–         应用三大范式规范化表格

下面我们以一个BBS简易论坛的数据库设计为例来看看设计数据库的步骤:

•          收集信息:

   与该系统有关人员进行交流、坐谈,充分理解数据库需要完成的任务

BBS论坛的基本功能:

l        用户注册和登录,后台数据库需要存放用户的注册信息和在线状态信息;

l        用户发贴,后台数据库需要存放贴子相关信息,如贴子内容、标题等;

l        论坛版块管理:后台数据库需要存放各个版块信息,如版主、版块名称、贴子数等;

•          标识对象(实体-Entity)

    标识数据库要管理的关键对象或实体

实体一般是名词:

l        用户:论坛普通用户、各版块的版主。

l        用户发的主贴

l        用户发的跟贴(回贴)

l        版块:论坛的各个版块信息

•          标识每个实体的属性(Attribute)

 

 

•          标识对象之间的关系(Relationship)

l        跟贴和主贴有主从关系:我们需要在跟贴对象中表明它是谁的跟贴;

l        版块和用户有关系:从用户对象中可以根据版块对象查出对应的版主用户的情况;

l        主贴和版块有主从关系:需要表明发贴是属于哪个版块的;

l        跟贴和版块有主从关系:需要表明跟贴是属于哪个版块的;

•          绘制E-R图

 

 

•          将E-R图转化为表格

•          将各实体转换为对应的表,将各属性转换为各表对应的列

•          标识每个表的主键列,需要注意的是:没有主键的表添加ID编号列,它没有实际含义,用于做主键或外键,例如用户表中的“UID”列,版块表中添加“SID”列,发贴表和跟贴表中的“TID”列

•          在表之间建立主外键,体现实体之间的映射关系

 

 

 

 

这里我们绘制ER图可以使用微软的Word或VISIO以及Sybase公司的PowerDesigner,它主要用于和客户沟通交流意见,并反复修改,直到客户确认。客户确认后,再将E-R图转换为表。上面我们已经做好了这个工作。那接下来就是最后一步:应用三大范式对设计的多张表进行审核并规范化表的结构。

数据规范化

•          仅有好的RDBMS并不足以避免数据冗余,必须在数据库的设计中创建好的表结构。表设计后,很可能结构不合理,出现数据重复保存,简称数据的冗余,这对数据的增删改查带来很多后患,所以我们需要审核是否合理,就像施工图设计后,还需要其他机构进行审核图纸是否设计合理一样。

•          如何审核呢?需要一些有关数据库设计的理论指导规则,这些规则业界简称数据库的范式。Dr E.F.codd 最初定义了规范化的三个级别,范式是具有最小冗余的表结构。这些范式是:

–         第一范式(1st NF -First  Normal Fromate)

–         第二范式(2nd NF-Second  Normal Fromate)

–         第三范式(3rd NF- Third  Normal Fromate)

•          如果每列都是不可再分的最小数据单元(也称为最小的原子单元),则满足第一范式(1NF)。第一范式的目标是确保每列的原子性。

•          如果一个关系满足1NF,并且除了主键以外的其他列,都依赖于该主键,则满足第二范式(2NF)。第二范式要求每个表只描述一件事情,确保表中的每列,都和主键相关。

•          如果一个关系满足2NF,并且除了主键以外的其他列都不传递依赖于主键列,则满足第三范式(3NF)。第三范式确保每列都和主键列直接相关,而不是间接相关。

下面我们来看个形象的例子吧!假设某建筑公司要设计一个数据库。公司的业务规则概括说明如下:

•         公司承担多个工程项目,每一项工程有:工程号、工程名称、施工人员等

•         公司有多名职工,每一名职工有:职工号、姓名、性别、职务(工程师、技术员)等

•         公司按照工时和小时工资率支付工资,小时工资率由职工的职务决定(例如,技术员的小时工资率与工程师不同)

•         公司定期制定一个工资报表,如图-1所示

 

 

图-1 某公司打印的工资报表

 

 

图-2 某公司的项目工时表

大家都看到,上面这样设计的表会有很多问题:

1.表中包含大量的冗余,可能会导致数据异常:

•          更新异常 

    例如,修改职工号=1001的职务,则必须修改所有职工号=1001的行

•          添加异常 

    若要增加一个新的职工时,首先必须给这名职工分配一个工程。或者为了添加一名新职工的数据,先给这名职工分配一个虚拟的工程。(因为主关键字不能为空)

•          删除异常 

    例如,1001号职工要辞职,则必须删除所有职工号=1001的数据行。这样的删除操作,很可能丢失了其它有用的数据

2.采用这种方法设计表的结构,虽然很容易产生工资报表,但是每当一名职工分配一个工程时,都要重复输入大量的数据。这种重复的输入操作,很可能导致数据的不一致性。

 

 

我们用第二范式规范一下:

 

 

我们再用第三范式规范一下,是不是明晰了很多?!

 

 

规范化和性能的关系

•          为满足某种商业目标,数据库性能比规范化数据库更重要

–         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

–         通过在给定的表中插入计算列(如成绩总分),以方便查询

•          进行规范化的同时,还需要综合考虑数据库的性能。数据库的三大范式和数据库的性能有时是矛盾的。

打个比方:大家都知道,环境保护非常重要,西方总是拿环保问题和中国刁难,说中国为了发展不顾环境保护、生态自然等。可中国目前的经济实力不够强大,如果人都吃不饱,空谈环保还有什么用呢?所以我们只能是在保持地区经济发展的前提下,尽量注重环保问题。这就是一种折中处理问题的典型。本例同样如此:为了满足三大范式,我们在规范化表格时就会拆分出越来越明细的表格。但客户喜欢综合的信息,为了满足客户,我们又需要把这些表通过连接查询还原为客户喜欢的综合数据。这和从一张表中读出数据相比,大大影响了数据库的查询性能。所以有时为了性能,需要做适当折中,适当牺牲规范化的要求,来提高数据库的性能。再如:在成绩表中添加一列-“成绩总分”,属于数据冗余,因为总分在查询时可由各门成绩求出来。但频繁查询成绩总分,并希望保存下来,所以有时表中就干脆添加总分这一列。


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