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数据库设计---范式

原创 Linux操作系统 作者:tolywang 时间:2005-01-26 00:00:00 0 删除 编辑
数据库设计第一范式
在动态网站的设计中,数据库设计的重要性不言而喻。如果设计不当,查询起来就非常吃力,程序的性能也会受到影响。无论你使用的是mySQL 或者Oracle 数据库,通过进行正规化的表格设计,可以令你的PHP 代码更具可读性,更容易扩展,从而也会提升应用的性能。

简单说来,正规化就是在表格设计时,消除冗余性和不协调的从属关系。在本文中,我将通过五个渐进的过程来告诉你在设计中应该了解的正规化技巧。从而建立一个可行而且效率高的数据库。本文也会详细分析一下可以利用的关系类型。

这里假定我们要建立一个用户信息的表格,其中要存储用户的名字、公司、公司地址和一些个人的收藏夹或url 。在开始时,你可能定义一个如下的表格结构:

零状态形式


users

name  company    company_address    url1    url2
Joe  ABC    1 Work Lane    abc.com    xyz.com
Jill  XYZ    1 Job Street    abc.com    xyz.com


由于没有进行任何的正规化处理,我们将这种形式的表称为零状态形式的表。留意其中的url1 和url2 字段---如果我们在应用中需要第三个url 呢?这样你就要在表格中多加一列,很明显,这不是一个好办法。如果你要创建一个富有扩展性的系统,你就要考虑使用第一个正规化的形式,并且应用到该表格中。

第一级正规化形式
1. 消除每个表格中重复的组
2. 为每套相关的数据建立一个独立的表格
3. 使用一个主键来标识每套相关的数据

以上的表格明显违反了上面第一条的规定,那么第三条的主键又是什么意思呢?很简单,它只是在每个记录中加入一个唯一的、自动增加的整型值。通过这个值,就可以将两个姓名一样的记录区分开来。通过应用第一级正规化形式,我们得到了以下的表格:

users
userId  name  company    company_address    url
1  Joe  ABC    1 Work Lane    abc.com
1  Joe  ABC    1 Work Lane    xyz.com
2  Jill  XYZ    1 Job Street    abc.com
2  Jill  XYZ    1 Job Street    xyz.com


现在我们的表格可以说已经处在第一级正规化的形式了,它已经解决了url 字段的限制问题,不过这样的处理后又带来了一个新的问题。每次在users 表中插入一条记录的时候,我们都必须重复所有的公司和用户数据。这样不仅令数据库比以前大了,而且很容易出错。因此还要经过第二级正规化处理

数据库设计二三范式
1. 为应用在多条记录的字段建立独立的表格
2. 通过一个foreign key 来关联这些表格的值

我们将url 的值放在一个独立的表格中,这样我们就可以在以后加入更多的数据,而无需担心产生重复的值。我们还通过主键值来关联这些字段:


users

userId  name  company    company_address
1  Joe  ABC    1 Work Lane
2  Jill  XYZ    1 Job Street


urls

urlId  relUserId  url
1  1    abc.com
2  1    xyz.com
3  2    abc.com
4  2    xyz.com


如上所示,我们创建了独立的表格,users 表中的主键userid 现在与urls 表中的foreign key relUserId 关联。现在的情况好象已经得到了明显的改善。不过,如果我们要为ABC 公司加入一个员工记录呢?或者更多,200 个?这样我们就必须重复使用公司名和地址,这明显不够冗余。因此我们将应用第三级正规化方法:

第三级正规化形式

1. 消除不依赖于该键的字段
公司名及地址与User Id都是没有关系的,因此它们应用拥有自己的公司Id:

users

userId  name  relCompId
1  Joe  1
2  Jill  2


companies

compId  company    company_address
1  ABC    1 Work Lane
2  XYZ    1 Job Street


urls

urlId  relUserId  url

1  1    abc.com
2  1    xyz.com
3  2    abc.com
4  2    xyz.com


这样我们就将companies 表中的主键comId 和users 表中名字为relCompId 的foreign key 关联起来,就算为ABC 公司加入200 个员工,在companies 中也只有一条记录。我们的users 和urls 表可以不断地扩大,而无需担心插入不必要的数据。大部分的开发者都认为经过三步的正规化就足够了,这个数据库的设计已经可以很方便地处理整个企业的负担,此看法在大多数的情况下是正确的。

我们可以留意一下URL 的字段--你注意到数据的冗余了吗?如果给用户用户输入这些url 数据的HTML 页面是一个文本框,可任意输入的话,这并没有问题,两个用户输入同样收藏夹的概率较少,不过,如果是通过一个下拉式的菜单,只让用户选择两个url 输入,或者更多一点。这种情况下,我们的数据库还可以进行下一级别的优化--第四步,对于大多数的开发者来说,这一步都是忽略的,因为它要依赖一个很特别的关系--一个多对多的关系,这在我们的应用中是还没有遇到过的.

数据库设计四范式,五范式
在定义第四个正规化的形式前,我想首先提一下三种基本的数据关系:一对一,一对多和多对多。我们回头看一下经过第一个正规化的users 表。要是我们将url 的字段放在一个独立的表中,每次在users 表中插入一个记录,我们就会在urls 表中插入一行。我们将得到一个一对一的关系:用户表中的每一行,都将在urls 表中找到相应的一行。对于我们的应用来说,这既不实用也不标准。

然后看看第二个正规化的例子。对于每个用户记录,我们的表格允许有多个urls 的记录与之关联。这是一个一对多的关系,这是一个很常见的关系。

对于多对多的关系来说,就有点复杂了。在我们的第三个正规化形式的例子中,我们的一个用户与很多的url 有关,而我们想将该结构变为允许多个用户与多个的urls 有关,这样我们就可以得到一个多对多的结构。在讨论前,我们先看看表格结构会有些什么变化


users

userId  name  relCompId
1  Joe  1
2  Jill  2


companies

compId  company    company_address
1  ABC    1 Work Lane
2  XYZ    1 Job Street


urls

urlId  url
1  abc.com
2  xyz.com


url_relations
relationId  relatedUrlId  relatedUserId
1    1    1
2    1    2
3    2    1
4    2    2


为了进一步减低数据的冗余,我们运用第四级正规化形式。我们创建了一个颇奇怪的url_relations 表,里面的字段均为主键或者foreign key 。通过这个表,我们就可以消除urls 表中的重复项目。以下是第四个正规化形式的具体要求:

第四个正规化形式

1. 在一个多对多的关系中,独立的实体不能存放在同一个表格中
由于它仅应用于多对多的关系,因此大多数的开发者可以忽略这条规定。不过在某些情况下,它是非常实用的,这个例子就是这样,我们通过将相同的实体分离出来,并且将关系移到它们自己的表格中,从而改进了urls 表格。

为了令你更容易明白,我们举个具体的例子,以下将用一个SQL 语句选择出所有属于joe 的urls :

SELECT name, url
FROM users, urls, url_relations
Where url_relations.relatedUserId = 1 AND users.userId = 1 AND urls.urlId = url_relations.relatedUrlId


如果我们想要遍历每个人的个人信息和url 信息,我们可以这样做:

SELECT name, url
FROM users, urls, url_relations
Where users.userId = url_relations.relatedUserId AND urls.urlId = url_relations.relatedUrlId


第五级正规化形式

还有一级正规化的形式,它并不常见,有点深奥,并且在大部分的情况下都是不必要的。它的原则是:
1. 原来的表格必须可以通过由它分离出去的表格重新构建
使用这个规定的好处是,你可以确保不会在分离的表格中引入多余的列,所有你创建的表格结构都与它们的实际需要一样大。应用这条规定是一个好习惯,不过除非你要处理一个非常大型的数据,否则你将不需要用到它。

希望这篇文章对你有用,并且可以帮助你在所有的项目中应用这些正规化的规定。你可能想知道这些方法是从哪来的,我可以告诉你,前面三个正规化的规定是1972 年,Dr. E.F. Codd 在他的论文“进一步正规化数据库的关系模型中”提出的,其余的规定是经过后来的集合理论和关系数学家理论化的。

评论:正所谓物级必反,将表格分得过细有时并不好,因为这样需要将各表进行各种的关联,这会令查询时变得复杂,而且效率也可能降低,这些正规化的规定可以参考,在实际应用时,要根据项目的大小,必要时可以进行一些测试,以设计出更合理的表格结构。

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