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MySQL 資料庫設計中的14個技巧

1、原始單據與物體之間的關係

可以是一對一、一對多、多對多的關係。在一般情況下,它們是一對一的關係:即一張原始單據對應且只對應一個物體。在特殊情況下,它們可能是一對多或多對一的關係,即一張原始單證對應多個物體,或多張原始單證對應一個物體。這裡的物體可以理解為基本表。明確這種對應關係後,對我們設計錄入界面大有好處。

 

〖例1〗:一份員工履歷資料,在人力資源信息系統中,就對應三個基本表:員工基本情況表、社會關係表、工作簡歷表。這就是“一張原始單證對應多個物體”的典型例子。

2.主鍵與外鍵

一般而言,一個物體不能既無主鍵又無外鍵。在E—R 圖中, 處於葉子部位的物體, 可以定義主鍵,也可以不定義主鍵(因為它無子孫), 但必須要有外鍵(因為它有父親)。

 

 主鍵與外鍵的設計,在全域性資料庫的設計中,占有重要地位。當全域性資料庫的設計完成以後,有個美國資料庫設計專家說:“鍵,到處都是鍵,除了鍵之外,什麼也沒有”,這就是他的資料庫設計經驗之談,也反映了他對信息系統核心(資料模型)的高度抽象思想。因為:主鍵是物體的高度抽象,主鍵與外鍵的配對,表示物體之間的連接。

 

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3.基本表的性質

基本表與中間表、臨時表不同,因為它具有如下四個特性:

 

 (1) 原子性。基本表中的欄位是不可再分解的。

 (2) 原始性。基本表中的記錄是原始資料(基礎資料)的記錄。

 (3) 演繹性。由基本表與代碼表中的資料,可以派生出所有的輸出資料。

 (4) 穩定性。基本表的結構是相對穩定的,表中的記錄是要長期儲存的。

 

理解基本表的性質後,在設計資料庫時,就能將基本表與中間表、臨時表區分開來。

4、範式標準

基本表及其欄位之間的關係, 應儘量滿足第三範式。但是,滿足第三範式的資料庫設計,往往不是最好的設計。為了提高資料庫的運行效率,常常需要降低範式標準:適當增加冗餘,達到以空間換時間的目的。

 

〖例2〗:有一張存放商品的基本表,如表1所示。“金額”這個欄位的存在,表明該表的設計不滿足第三範式,因為“金額”可以由“單價”乘以“數量”得到,說明“金額”是冗餘欄位。但是,增加“金額”這個冗餘欄位,可以提高查詢統計的速度,這就是以空間換時間的作法。

 

在Rose 2002中,規定列有兩種型別:資料列和計算列。“金額”這樣的列被稱為“計算列”,而“單價”和“數量”這樣的列被稱為“資料列”。

 

表1 商品表的表結構商品名稱 商品型號 單價 數量 金額 電視機 29吋 2,500 40 100,000

5、通俗地理解三個範式

通俗地理解三個範式,對於資料庫設計大有好處。在資料庫設計中,為了更好地應用三個範式,就必須通俗地理解三個範式(通俗地理解是夠用的理解,並不是最科學最準確的理解):

 

 第一範式:1NF是對屬性的原子性約束,要求屬性具有原子性,不可再分解;

 第二範式:2NF是對記錄的惟一性約束,要求記錄有惟一標識,即物體的惟一性;

 第三範式:3NF是對欄位冗餘性的約束,即任何欄位不能由其他欄位派生出來,它要求欄位沒有冗餘。

 

沒有冗餘的資料庫設計可以做到。但是,沒有冗餘的資料庫未必是最好的資料庫,有時為了提高運行效率,就必須降低範式標準,適當保留冗餘資料。具體做法是:在概念資料模型設計時遵守第三範式,降低範式標準的工作放到物理資料模型設計時考慮。降低範式就是增加欄位,允許冗餘。

6.要善於識別與正確處理多對多的關係

若兩個物體之間存在多對多的關係,則應消除這種關係。消除的辦法是,在兩者之間增加第三個物體。這樣,原來一個多對多的關係,現在變為兩個一對多的關係。要將原來兩個物體的屬性合理地分配到三個物體中去。這裡的第三個物體,實質上是一個較複雜的關係,它對應一張基本表。一般來講,資料庫設計工具不能識別多對多的關係,但能處理多對多的關係。

 

〖例3〗:在“圖書館信息系統”中,“圖書”是一個物體,“讀者”也是一個物體。這兩個物體之間的關係,是一個典型的多對多關係:一本圖書在不同時間可以被多個讀者借閱,一個讀者又可以借多本圖書。為此,要在二者之間增加第三個物體,該物體取名為“借還書”,它的屬性為:借還時間、借還標誌(0表示借書,1表示還書),另外,它還應該有兩個外鍵(“圖書”的主鍵,“讀者”的主鍵),使它能與“圖書”和“讀者”連接。

7、主鍵PK的取值方法

PK是供程式員使用的表間連接工具,可以是一無物理意義的數字串, 由程式自動加1來實現。也可以是有物理意義的欄位名或欄位名的組合。不過前者比後者好。當PK是欄位名的組合時,建議欄位的個數不要太多,多了不但索引占用空間大,而且速度也慢。

8.正確認識資料冗餘

主鍵與外鍵在多表中的重覆出現, 不屬於資料冗餘,這個概念必須清楚,事實上有許多人還不清楚。非鍵欄位的重覆出現, 才是資料冗餘!而且是一種低級冗餘,即重覆性的冗餘。高級冗餘不是欄位的重覆出現,而是欄位的派生出現。

 

〖例4〗:商品中的“單價、數量、金額”三個欄位,“金額”就是由“單價”乘以“數量”派生出來的,它就是冗餘,而且是一種高級冗餘。冗餘的目的是為了提高處理速度。只有低級冗餘才會增加資料的不一致性,因為同一資料,可能從不同時間、地點、角色上多次錄入。因此,我們提倡高級冗餘(派生性冗餘),反對低級冗餘(重覆性冗餘)。

9、E-R圖沒有標準答案

信息系統的E–R圖沒有標準答案,因為它的設計與畫法不是惟一的,只要它改寫了系統需求的業務範圍和功能內容,就是可行的。反之要修改E–R圖。儘管它沒有惟一的標準答案,並不意味著可以隨意設計。好的E—R圖的標準是:結構清晰、關聯簡潔、物體個數適中、屬性分配合理、沒有低級冗餘。

10、視圖技術在資料庫設計中很有用

與基本表、代碼表、中間表不同,視圖是一種虛表,它依賴資料源的實表而存在。視圖是供程式員使用資料庫的一個視窗,是基表資料綜合的一種形式, 是資料處理的一種方法,是用戶資料保密的一種手段。為了進行複雜處理、提高運算速度和節省儲存空間, 視圖的定義深度一般不得超過三層。 若三層視圖仍不夠用, 則應在視圖上定義臨時表, 在臨時表上再定義視圖。這樣反覆交迭定義, 視圖的深度就不受限制了。對於某些與國家政治、經濟、技術、軍事和安全利益有關的信息系統,視圖的作用更加重要。這些系統的基本表完成物理設計之後,立即在基本表上建立第一層視圖,這層視圖的個數和結構,與基本表的個數和結構是完全相同。並且規定,所有的程式員,一律只准在視圖上操作。只有資料庫管理員,帶著多個人員共同掌握的“安全鑰匙”,才能直接在基本表上操作。請讀者想想:這是為什麼?

11、中間表、報表和臨時表

中間表是存放統計資料的表,它是為資料倉庫、輸出報表或查詢結果而設計的,有時它沒有主鍵與外鍵(資料倉庫除外)。臨時表是程式員個人設計的,存放臨時記錄,為個人所用。基表和中間表由DBA維護,臨時表由程式員自己用程式自動維護。

12、完整性約束表現在三個方面

域的完整性:用Check來實現約束,在資料庫設計工具中,對欄位的取值範圍進行定義時,有一個Check按鈕,通過它定義欄位的值城。參照完整性:用PK、FK、表級觸發器來實現。用戶定義完整性:它是一些業務規則,用儲存過程和觸發器來實現。

13、防止資料庫設計打補丁的方法是“三少原則”

  (1) 一個資料庫中表的個數越少越好。只有表的個數少了,才能說明系統的E–R圖少而精,去掉了重覆的多餘的物體,形成了對客觀世界的高度抽象,進行了系統的資料集成,防止了打補丁式的設計;

  (2) 一個表中組合主鍵的欄位個數越少越好。因為主鍵的作用,一是建主鍵索引,二是做為子表的外鍵,所以組合主鍵的欄位個數少了,不僅節省了運行時間,而且節省了索引儲存空間;

  (3) 一個表中的欄位個數越少越好。只有欄位的個數少了,才能說明在系統中不存在資料重覆,且很少有資料冗餘,更重要的是督促讀者學會“列變行”,這樣就防止了將子表中的欄位拉入到主表中去,在主表中留下許多空餘的欄位。所謂“列變行”,就是將主表中的一部分內容拉出去,另外單獨建一個子表。這個方法很簡單,有的人就是不習慣、不採納、不執行。

 

資料庫設計的實用原則是:在資料冗餘和處理速度之間找到合適的平衡點。“三少”是一個整體概念,綜合觀點,不能孤立某一個原則。該原則是相對的,不是絕對的。“三多”原則肯定是錯誤的。試想:若改寫系統同樣的功能,一百個物體(共一千個屬性) 的E–R圖,肯定比二百個物體(共二千個屬性)的E–R圖,要好得多。

 

 提倡“三少”原則,是叫讀者學會利用資料庫設計技術進行系統的資料集成。資料集成的步驟是將檔案系統集成為應用資料庫,將應用資料庫集成為主題資料庫,將主題資料庫集成為全域性綜合資料庫。

 

集成的程度越高,資料共享性就越強,信息孤島現象就越少,整個企業信息系統的全域性E—R圖中物體的個數、主鍵的個數、屬性的個數就會越少。

 

 提倡“三少”原則的目的,是防止讀者利用打補丁技術,不斷地對資料庫進行增刪改,使企業資料庫變成了隨意設計資料庫表的“垃圾堆”,或資料庫表的“大雜院”,最後造成資料庫中的基本表、代碼表、中間表、臨時表雜亂無章,不計其數,導致企事業單位的信息系統無法維護而癱瘓。

 

  “三多”原則任何人都可以做到,該原則是“打補丁方法”設計資料庫的歪理學說。“三少”原則是少而精的原則,它要求有較高的資料庫設計技巧與藝術,不是任何人都能做到的,因為該原則是杜絕用“打補丁方法”設計資料庫的理論依據。

14、提高資料庫運行效率的辦法

在給定的系統硬體和系統軟體條件下,提高資料庫系統的運行效率的辦法是:

 

  (1) 在資料庫物理設計時,降低範式,增加冗餘, 少用觸發器, 多用儲存過程。

  (2) 當計算非常複雜、而且記錄條數非常巨大時(例如一千萬條),複雜計算要先在資料庫外面,以檔案系統方式用C++語言計算處理完成之後,最後才入庫追加到表中去。這是電信計費系統設計的經驗。

  (3) 發現某個表的記錄太多,例如超過一千萬條,則要對該表進行水平分割。水平分割的做法是,以該表主鍵PK的某個值為界線,將該表的記錄水平分割為兩個表。若發現某個表的欄位太多,例如超過八十個,則垂直分割該表,將原來的一個表分解為兩個表。

  (4) 對資料庫管理系統DBMS進行系統優化,即優化各種系統引數,如緩衝區個數。

  (5) 在使用面向資料的SQL語言進行程式設計時,儘量採取優化演算法。

 總之,要提高資料庫的運行效率,必須從資料庫系統級優化、資料庫設計級優化、程式實現級優化,這三個層次上同時下功夫。

 

上述十四個技巧,是許多人在大量的資料庫分析與設計實踐中,逐步總結出來的。對於這些經驗的運用,讀者不能生幫硬套,死記硬背,而要消化理解,實事求是,靈活掌握。並逐步做到:在應用中發展,在發展中應用。

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