教你在SQL Server數據庫中設計表和字段

1. 原始單據與實體之間的關系

可以是一對一、一對多、多對多的關系。在一般情況下,它們是一對一的關系:即一張原始單據對應且只對應一個實體。在特殊情況下,它們可能是一對多或多對一的關系,即一張原始單證對應多個實體,或多張原始單證對應一個實體。這裏的實體可以理解爲基本表。明確這種對應關系後,對我們設計錄入界面大有好處。

【例1】:一份員工履曆資料,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、社會關系表、工作簡曆表。這就是“一張原始單證對應多個實體”的典型例子。

2. 主鍵與外鍵

一般而言,一個實體不能既無主鍵又無外鍵。在E—R 圖中, 處于葉子部位的實體, 可以定義主鍵,也可以不定義主鍵(因爲它無子孫), 但必須要有外鍵(因爲它有父親)。

主鍵與外鍵的設計,在全局數據庫的設計中,占有重要地位。當全局數據庫的設計完成以後,有個美國數據庫設計專家說:“鍵,到處都是鍵,除了鍵之外,什麽也沒有”,這就是他的數據庫設計經驗之談,也反映了他對信息系統核心(數據模型)的高度抽象思想。因爲:主鍵是實體的高度抽象,主鍵與外鍵的配對,表示實體之間的連接。

3. 基本表的性質

基本表與中間表、臨時表不同,因爲它具有如下四個特性:

(1) 原子性。基本表中的字段是不可再分解的。

(2) 原始性。基本表中的記錄是原始數據(基礎數據)的記錄。

(3) 演繹性。由基本表與代碼表中的數據,可以派生出所有的輸出數據。

(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保存的。

理解基本表的性質後,在設計數據庫時,就能將基本表與中間表、臨時表區分開來。

4. 範式標准

基本表及其字段之間的關系, 應盡量滿足第三範式。但是,滿足第三範式的數據庫設計,往往不是最好的設計。爲了提高數據庫的運行效率,常常需要降低範式標准:適當增加冗余,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”這個字段的存在,表明該表的設計不滿足第三範式,因爲“金額”可以由“單價”乘以“數量”得到,說明“金額”是冗余字段。但是,增加“金額”這個冗余字段,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,規定列有兩種類型:數據列和計算列。“金額”這樣的列被稱爲“計算列”,而“單價”和“數量”這樣的列被稱爲“數據列”。

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,對于數據庫設計大有好處。在數據庫設計中,爲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,並不是最科學最准確的理解):

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,即實體的惟一性;

第三範式:3NF是對字段冗余性的約束,即任何字段不能由其他字段派生出來,它要求字段沒有冗余.

沒有冗余的數據庫設計可以做到。但是,沒有冗余的數據庫未必是最好的數據庫,有時爲了提高運行效率,就必須降低範式標准,適當保留冗余數據。具體做法是:在概念數據模型設計時遵守第三範式,降低範式標准的工作放到物理數據模型設計時考慮。降低範式就是增加字段,允許冗余。

6. 要善于識別與正確處理多對多的關系

若兩個實體之間存在多對多的關系,則應消除這種關系。消除的辦法是,在兩者之間增加第三個實體。這樣,原來一個多對多的關系,現在變爲兩個一對多的關系。要將原來兩個實體的屬性合理地分配到三個實體中去。這裏的第三個實體,實質上是一個較複雜的關系,它對應一張基本表。一般來講,數據庫設計工具不能識別多對多的關系,但能處理多對多的關系。

【例3】:在“圖書館信息系統”中,“圖書”是一個實體,“讀者”也是一個實體。這兩個實體之間的關系,是一個典型的多對多關系: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。爲此,要在二者之間增加第三個實體,該實體取名爲“借還書”,它的屬性爲:借還時間、借還標志(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是供程序員使用的表間連接工具,可以是一無物理意義的數字串, 由程序自動加1來實現。也可以是有物理意義的字段名或字段名的組合。不過前者比後者好。當PK是字段名的組合時,建議字段的個數不要太多,多了不但索引占用空間大,而且速度也慢。

8. 正確認識數據冗余

主鍵與外鍵在多表中的重複出現, 不屬于數據冗余,這個概念必須清楚,事實上有許多人還不清楚。非鍵字段的重複出現, 才是數據冗余!而且是一種低級冗余,即重複性的冗余。高級冗余不是字段的重複出現,而是字段的派生出現。

【例4】:商品中的“單價、數量、金額”三個字段,“金額”就是由“單價”乘以“數量”派生出來的,它就是冗余,而且是一種高級冗余。冗余的目的是爲了提高處理速度。只有低級冗余才會增加數據的不一致性,因爲同一數據,可能從不同時間、地點、角色上多次錄入。因此,我們提倡高級冗余(派生性冗余),反對低級冗余(重複性冗余)。

9. E–R圖沒有標准答案

信息系統的E–R圖沒有標准答案,因爲它的設計與畫法不是惟一的,只要它覆蓋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。盡管它沒有惟一的標准答案,並不意味著可以隨意設計。好的E—R圖的標准是:結構清晰、關聯簡潔、實體個數適中、屬性分配合理、沒有低級冗余。

10. 視圖技術在數據庫設計中很有用

與基本表、代碼表、中間表不同,視圖是一種虛表,它依賴數據源的實表而存在。視圖是供程序員使用數據庫的一個窗口,是基表數據綜合的一種形式, 是數據處理的一種方法,是用戶數據保密的一種手段。爲了進行複雜處理、提高運算速度和節省存儲空間, 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。這樣反複交叠定義, 視圖的深度就不受限制了。

對于某些與國家政治、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,所有的程序員,一律只准在視圖上操作。只有數據庫管理員,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:這是爲什麽?

11. 中間表、報表和臨時表

中間表是存放統計數據的表,它是爲數據倉庫、輸出報表或查詢結果而設計的,有時它沒有主鍵與外鍵(數據倉庫除外)。臨時表是程序員個人設計的,存放臨時記錄,爲個人所用。基表和中間表由DBA維護,臨時表由程序員自己用程序自動維護。

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,在數據庫設計工具中,對字段的取值範圍進行定義時,有一個Check按鈕,通過它定義字段的值城。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,用存儲過程和觸發器來實現。

13. 防止數據庫設計打補丁的方法是“三少原則”

(1) 一個數據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,去掉了重複的多余的實體,形成了對客觀世界的高度抽象,進行了系統的數據集成,防止了打補丁式的設計;

(2) 一個表中組合主鍵的字段個數越少越好。因爲主鍵的作用,一是建主鍵索引,二是做爲子表的外鍵,所以組合主鍵的字段個數少了,不僅節省了運行時間,而且節省了索引存儲空間;

(3) 一個表中的字段個數越少越好。只有字段的個數少了,才能說明在系統中不存在數據重複,且很少有數據冗余,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字段拉入到主表中去,在主表中留下許多空余的字段。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、不采納、不執行。

數據庫設計的實用原則是:在數據冗余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:若覆蓋系統同樣的功能,一百個實體(共一千個屬性) 的E–R圖,肯定比二百個實體(共二千個屬性) 的E–R圖,要好得多。

提倡“三少”原則,是叫讀者學會利用數據庫設計技術進行系統的數據集成。數據集成的步驟是將文件系統集成爲應用數據庫,將應用數據庫集成爲主題數據庫,將主題數據庫集成爲全局綜合數據庫。集成的程度越高,數據共享性就越強,信息孤島現象就越少,整個企業信息系統的全局E—R圖中實體的個數、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,不斷地對數據庫進行增刪改,使企業數據庫變成了隨意設計數據庫表的“垃圾堆”,或數據庫表的“大雜院”,最後造成數據庫中的基本表、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”設計數據庫的歪理學說。“三少”原則是少而精的原則,它要求有較高的數據庫設計技巧與藝術,不是任何人都能做到的,因爲該原則是杜絕用“打補丁方法”設計數據庫的理論依據。

14. 提高數據庫運行效率的辦法

在給定的系統硬件和系統軟件條件下,提高數據庫系統的運行效率的辦法是:

(1) 在數據庫物理設計時,降低範式,增加冗余, 少用觸發器, 多用存儲過程。

(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),複雜計算要先在數據庫外面,以文件系統方式用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的某個值爲界線,將該表的記錄水平分割爲兩個表。若發現某個表的字段太多,例如超過八十個,則垂直分割該表,將原來的一個表分解爲兩個表。

(4) 對數據庫管理系統DBMS進行系統優化,即優化各種系統參數,如緩沖區個數。

(5) 在使用面向數據的SQL語言進行程序設計時,盡量采取優化算法。

總之,要提高數據庫的運行效率,必須從數據庫系統級優化、數據庫設計級優化、程序實現級優化,這三個層次上同時下功夫。

上述十四個技巧,是許多人在大量的數據庫分析與設計實踐中,逐步總結出來的。對于這些經驗的運用,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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