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數(shù)據(jù)庫設(shè)計的「三大原則」
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隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，數(shù)據(jù)庫成為了企業(yè)重要的數(shù)據(jù)存儲和管理工具。良好的數(shù)據(jù)庫設(shè)計不僅能提高數(shù)據(jù)處理效率，還能保證數(shù)據(jù)的安全和完整性。在數(shù)據(jù)庫設(shè)計中，存在著三大原則，它們分別是：范式設(shè)計原則、完整性約束原則和數(shù)據(jù)訪問控制原則。
一、范式設(shè)計原則
范式是一種數(shù)據(jù)庫設(shè)計規(guī)范，旨在避免數(shù)據(jù)的冗余和不一致性，以保證數(shù)據(jù)的正確性和可靠性，同時提高數(shù)據(jù)查詢和維護的效率。范式設(shè)計分為之一范式、第二范式、第三范式以及更高級的范式。
1. 之一范式
之一范式（1NF）是指數(shù)據(jù)庫表中的每個列都應該是原子性的，即不可再分的數(shù)據(jù)項。這意味著，在設(shè)計數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)時，要盡量避免將多個數(shù)據(jù)到一個表列中。
例如，一個旅游網(wǎng)站的訂單表中，如果將出發(fā)日期和到達日期合并成一個日期列，數(shù)據(jù)就會呈現(xiàn)出不規(guī)則的形式，難以進行查詢和統(tǒng)計分析。而將出發(fā)日期和到達日期分別作為兩個列，則可避免這種情況的發(fā)生。
2. 第二范式
第二范式（2NF）要求數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)中的每個列都要和主鍵相關(guān)，即每個非主鍵列必須完全依賴于同一張表的主鍵。如果表中存在非主鍵列與主鍵關(guān)聯(lián)不緊密，就可能會出現(xiàn)數(shù)據(jù)冗余。
例如，一個醫(yī)院的病人信息表中，主鍵是病人編號，其中包含病人姓名、性別、出生日期等信息。如果將病人地址也放到這張表中，就可能存在同一個病人有多個地址的情況，導致數(shù)據(jù)冗余。此時，將病人地址作為獨立的表，與病人信息表通過病人編號建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，就能避免這種情況產(chǎn)生。
3. 第三范式
第三范式（3NF）是基于第二范式的基礎(chǔ)上，進一步排除了非主鍵列之間的傳遞依賴性，使得數(shù)據(jù)更加緊湊和簡潔。也就是說，每個非主鍵列都必須直接依賴于主鍵，而不是間接依賴于其他非主鍵列。
例如，一個超市的訂單表中，主鍵是訂單號，包含了商品編號、商品名稱、單價、數(shù)量、金額等列，其中單價列與數(shù)量列之間存在傳遞依賴關(guān)系，即單價列的值直接依賴于商品編號，而數(shù)量列的值又依賴于商品編號和訂單號。此時，將單價列和商品名稱獨立成一個表，與訂單表通過商品編號建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，就能消除這種傳遞依賴關(guān)系，提高數(shù)據(jù)的規(guī)范性和可讀性。
二、完整性約束原則
完整性約束是指向數(shù)據(jù)庫中插入、更新和刪除數(shù)據(jù)時，保證數(shù)據(jù)的合法性和一致性的機制，包括實體完整性、參照完整性和域完整性。
1. 實體完整性
實體完整性是指表中每個記錄都必須有主鍵，同時保證主鍵的唯一性和不為空。
2. 參照完整性
參照完整性是指表中外鍵列必須參照到主表的主鍵列上，并保證其一致性和合法性。例如，一個圖書館的借閱信息表中，要求借閱者編號必須是讀者信息表中的合法編號。
3. 域完整性
域完整性是指表中的列必須符合特定的數(shù)據(jù)類型和取值范圍要求，例如限制年齡必須為正整數(shù)，號碼必須符合特定格式等。
三、數(shù)據(jù)訪問控制原則
數(shù)據(jù)訪問控制是指通過安全認證、授權(quán)和審計等機制，保證只有合法用戶能夠訪問數(shù)據(jù)庫，同時記錄所有的使用記錄和操作行為。
1. 安全認證
安全認證是指通過用戶名和密碼等方式，確認用戶的身份和權(quán)限，以保護數(shù)據(jù)庫的安全性。
2. 授權(quán)
授權(quán)是指分配用戶的訪問權(quán)限和操作權(quán)限，嚴格限制用戶行為的范圍，防止數(shù)據(jù)被誤用或篡改。例如，對于一個商城的訂單信息表，普通用戶只能查詢自己的訂單，而管理員有權(quán)進行刪除或修改。
3. 審計
審計是指記錄用戶的所有訪問和操作行為，以及相關(guān)的日期和時間等信息，以確保數(shù)據(jù)的完整和可追溯性，同時對違規(guī)操作和攻擊進行及時報告和處罰。
以上是數(shù)據(jù)庫設(shè)計的三大原則，它們分別是范式設(shè)計原則、完整性約束原則和數(shù)據(jù)訪問控制原則。良好的數(shù)據(jù)庫設(shè)計不僅能提高數(shù)據(jù)的規(guī)范性和一致性，還能保證數(shù)據(jù)的安全和可靠性，為企業(yè)決策提供有力的保障。
相關(guān)問題拓展閱讀：
- 關(guān)于數(shù)據(jù)庫三大設(shè)計范式淺析
- 數(shù)據(jù)庫設(shè)計的內(nèi)容原則及其方法
關(guān)于數(shù)據(jù)庫三大設(shè)計范式淺析
為了建立冗余較小、結(jié)構(gòu)合理的數(shù)據(jù)庫，設(shè)計數(shù)據(jù)庫時必須遵循一定的規(guī)則。在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中這種規(guī)則就稱為范式。范式是符合某一種設(shè)計要求的總結(jié)。要想設(shè)計一個結(jié)構(gòu)合理的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，必須滿足一定的范式。
真斗扒拆正要明白”范式（NF）”是什么意思，首先看下教材中的定義，范式是“符合某一種級別的關(guān)系模式的，表示一個關(guān)系內(nèi)部各屬性之間的聯(lián)系的合理化程度”。實際上可以把它粗略地理解為一張數(shù)據(jù)表的表結(jié)構(gòu)所符合的某種設(shè)計標準的級別。就像家里裝修買建材，最環(huán)保的是E0級，其次是E1級，還有E2級等等。數(shù)據(jù)庫范式也分為1NF，2NF，3NF，BCNF，4NF，5NF。一般在我們設(shè)計關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的時候，最多考慮到BCNF就夠。符合高一級范式的設(shè)計，必定符合低一級范式，例如符合2NF的關(guān)系模式，必定符合1NF。
在實際開發(fā)中最為常見的設(shè)計范式有三個：
首先是之一范式（1NF）。
符合1NF的關(guān)系（你可以理解為數(shù)據(jù)表?！瓣P(guān)系”和“關(guān)系模式”的區(qū)別，類似于面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計中”類“與”對象“的區(qū)別?！标P(guān)系“是”關(guān)系模式“的一個實例，你可以把”關(guān)系”理解為此和一張帶數(shù)據(jù)的表，而“關(guān)系模式”是這張數(shù)據(jù)表的表結(jié)構(gòu)。1NF的定義為：符合1NF的關(guān)系中的每個屬性都不可再分。表1所示的情況，就不符合1NF的要求。
表1
實際上，1NF是所有關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的最基本要求，你在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（RDBMS），例如SQL Server，Oracle，MySQL中創(chuàng)建數(shù)據(jù)表的時候，如果數(shù)據(jù)表的設(shè)計不符合這個最基本的要求，那么操作一定是不能成功的。也就是說，只要在RDBMS中已經(jīng)存在的數(shù)據(jù)表，一定是符合1NF的。如果我們要在RDBMS中表現(xiàn)表中的數(shù)據(jù)，就得設(shè)計為表2的形式：表2
表2
但是僅僅符合1NF的設(shè)計，仍然會存在數(shù)據(jù)冗余過大，插入異常，刪除異常，修改異常的問題，例如對于表3中的設(shè)計：
每一名學生的學號、姓名、系名、系主任這些數(shù)據(jù)重復多次。每個系與對應的系主任的數(shù)據(jù)也重復多次——數(shù)據(jù)冗余過大
假如學校新建了一個系，但是暫時還沒有招收任何學生（比如3月份就新建了，但要等到8月份才招生），那么是無法將系名與系主任的數(shù)據(jù)單獨地添加到數(shù)據(jù)表中去的 —-—插入異常
假如將某個系中所有學生相關(guān)的記錄都刪除，那么所有系與系主任的數(shù)據(jù)也就隨之消失了（一個系所有學生都沒有了，并不表示這個系就沒有了）?！獎h除異常
假如李小明轉(zhuǎn)系到法律系，那么為了保證數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的一致性，需要修改三條記錄中系與系主任的數(shù)據(jù)?！薷漠惓！?/p>
正因為僅符合1NF的數(shù)據(jù)庫設(shè)計存在著這樣空棗那樣的問題，我們需要提高設(shè)計標準，去掉導致上述四種問題的因素，使其符合更高一級的范式（2NF），這就是所謂的“規(guī)范化”。
第二范式
第二范式在之一范式的基礎(chǔ)之上更進一層。是指2NF在1NF的基礎(chǔ)之上，消除了非主屬性對于碼的部分函數(shù)依賴。
函數(shù)依賴：若在一張表中，在屬性（或?qū)傩越M）X的值確定的情況下，必定能確定屬性Y的值，那么就可以說Y函數(shù)依賴于X，寫作 X → Y。
表中的函數(shù)依賴關(guān)系例如：
系名 → 系主任
學號 → 系主任
（學號，課名） → 分數(shù)
但以下函數(shù)依賴關(guān)系則不成立：
學號 → 課名
學號 → 分數(shù)
課名 → 系主任
（學號，課名） → 姓名
碼:假如當 K 確定的情況下，該表除 K 之外的所有屬性的值也就隨之確定，那么 K 就是碼。碼也可以理解為主鍵。
第二范式需要確保數(shù)據(jù)庫表中的每一列都和主鍵相關(guān)，而不能只與主鍵的某一部分相關(guān)（主要針對聯(lián)合主鍵而言）。也就是說在一個數(shù)據(jù)庫表中，一個表中只能保存一種數(shù)據(jù)，不可以把多種數(shù)據(jù)保存在同一張數(shù)據(jù)庫表中。
比如要設(shè)計一個訂單信息表，因為訂單中可能會有多種商品，所以要將訂單編號和商品編號作為數(shù)據(jù)庫表的聯(lián)合主鍵，如下表所示。
訂單信息表
這樣就產(chǎn)生一個問題：這個表中是以訂單編號和商品編號作為聯(lián)合主鍵。這樣在該表中商品名稱、單位、商品價格等信息不與該表的主鍵相關(guān)，而僅僅是與商品編號相關(guān)。所以在這里違反了第二范式的設(shè)計原則。
而如果把這個訂單信息表進行拆分，把商品信息分離到另一個表中，把訂單項目表也分離到另一個表中，就非常完美了。如下所示。
訂單信息表
訂單項目表
商品信息表
這樣設(shè)計，在很大程度上減小了數(shù)據(jù)庫的冗余。如果要獲取訂單的商品信息，使用商品編號到商品信息表中查詢即可。
因此可以總結(jié)判斷的方法是：
之一步：找出數(shù)據(jù)表中所有的碼。
第二步：根據(jù)之一步所得到的碼，找出所有的主屬性。
第三步：數(shù)據(jù)表中，除去所有的主屬性，剩下的就都是非主屬性了。
第四步：查看是否存在非主屬性對碼的部分函數(shù)依賴。
第三范式
3NF在2NF的基礎(chǔ)之上，消除了非主屬性對于碼的傳遞函數(shù)依賴。也就是說， 如果存在非主屬性對于碼的傳遞函數(shù)依賴，則不符合3NF的要求。
則就是第三范式需要確保數(shù)據(jù)表中的每一列數(shù)據(jù)都和主鍵直接相關(guān)，而不能間接相關(guān)。
比如在設(shè)計一個訂單數(shù)據(jù)表的時候，可以將客戶編號作為一個外鍵和訂單表建立相應的關(guān)系。而不可以在訂單表中添加關(guān)于客戶其它信息（比如姓名、所屬公司等）的字段。如下面這兩個表所示的設(shè)計就是一個滿足第三范式的數(shù)據(jù)庫表。
訂單信息表
客戶信息表
這樣在查詢訂單信息的時候，就可以使用客戶編號來引用客戶信息表中的記錄，也不必在訂單信息表中多次輸入客戶信息的內(nèi)容，減小了數(shù)據(jù)冗余。
由此可見，符合3NF要求的數(shù)據(jù)庫設(shè)計，基本上解決了數(shù)據(jù)冗余過大，插入異常，修改異常，刪除異常的問題。當然，在實際中，往往為了性能上或者應對擴展的需要，經(jīng)常 做到2NF或者1NF，但是作為數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員，至少應該知道，3NF的要求是怎樣的。
數(shù)據(jù)庫設(shè)計的內(nèi)容原則及其方法
數(shù)雹斗據(jù)庫三范式詳解
數(shù)據(jù)庫三范式
?8?5 1NF－之一范式
每個字段都不可再分。
?8?5 2NF－第二范式
所有字段都完全依賴而不是部分依賴于聯(lián)合主鍵。
3NF－第三范式
不存在非主鍵字段對主鍵字段的傳遞依賴。
雖知拿然三范式是這樣寫，但是現(xiàn)實中不一定都要遵從3范式，而且第三范式基本上很少用到，至于數(shù)據(jù)庫搭肆搭設(shè)計的方法就多種多樣咯，主要是根據(jù)需求來看的
數(shù)據(jù)庫設(shè)計三大原則的介紹就聊到這里吧，感謝你花時間閱讀本站內(nèi)容，更多關(guān)于數(shù)據(jù)庫設(shè)計三大原則,「數(shù)據(jù)庫」設(shè)計的「三大原則」,關(guān)于數(shù)據(jù)庫三大設(shè)計范式淺析,數(shù)據(jù)庫設(shè)計的內(nèi)容原則及其方法的信息別忘了在本站進行查找喔。
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