数据库表设计（⼀）——基本原则和概念
1. 原始单据与实体之间的关系
  可以是⼀对⼀、⼀对多、多对多的关系。在⼀般情况下，它们是⼀对⼀的关系：即⼀张原始单据对
应且只对应⼀个实体。在特殊情况下，它们可能是⼀对多或多对⼀的关系，即⼀张原始单证对应多个实
体，或多张原始单证对应⼀个实体。这⾥的实体可以理解为基本表。明确这种对应关系后，对我们设计
录⼊界⾯⼤有好处。
  〖例1〗：⼀份员⼯履历资料，在⼈⼒资源信息系统中，就对应三个基本表：员⼯基本情况表、社会
关系表、⼯作简历表。这就是“⼀张原始单证对应多个实体”的典型例⼦。
  2. 主键与外键
  ⼀般⽽⾔，⼀个实体不能既⽆主键⼜⽆外键。在E—R 图中, 处于叶⼦部位的实体, 可以定义主键，
也可以不定义主键(因为它⽆⼦孙), 但必须要有外键(因为它有⽗亲)。
  主键与外键的设计，在全局数据库的设计中，占有重要地位。当全局数据库的设计完成以后，有个
美国数据库设计专家说：“键，到处都是键，除了键之外，什么也没有”，这就是他的数据库设计经验
之谈，也反映了他对信息系统核⼼(数据模型)的⾼度抽象思想。因为：主键是实体的⾼度抽象，主键与
外键的配对，表⽰实体之间的连接。
  3. 基本表的性质
  基本表与中间表、临时表不同，因为它具有如下四个特性：
  (1) 原⼦性。基本表中的字段是不可再分解的。
  (2) 原始性。基本表中的记录是原始数据（基础数据）的记录。
数据库属性的概念  (3) 演绎性。由基本表与代码表中的数据，可以派⽣出所有的输出数据。
  (4) 稳定性。基本表的结构是相对稳定的，表中的记录是要长期保存的。
  理解基本表的性质后，在设计数据库时，就能将基本表与中间表、临时表区分开来。
  4. 范式标准
  基本表及其字段之间的关系, 应尽量满⾜第三范式。但是，满⾜第三范式的数据库设计，往往不是
最好的设计。为了提⾼数据库的运⾏效率，常常需要降低范式标准：适当增加冗余，达到以空间换时间
的⽬的。
  〖例2〗：有⼀张存放商品的基本表，如表1所⽰。“⾦额”这个字段的存在，表明该表的设计不满
⾜第三范式，因为“⾦额”可以由“单价”乘以“数量”得到，说明“⾦额”是冗余字段。但是，增加
“⾦额”这个冗余字段，可以提⾼查询统计的速度，这就是以空间换时间的作法。
  在Rose 2002中，规定列有两种类型：数据列和计算列。“⾦额”这样的列被称为“计算列”，⽽“
单价”和“数量”这样的列被称为“数据列”。
  表1 商品表的表结构
  商品名称 商品型号 单价 数量 ⾦额
  电视机 29吋 2,500 40 100,000
  5. 通俗地理解三个范式
  通俗地理解三个范式，对于数据库设计⼤有好处。在数据库设计中，为了更好地应⽤三个范式，就
必须通俗地理解三个范式(通俗地理解是够⽤的理解，并不是最科学最准确的理解)：
  第⼀范式：1NF是对属性的原⼦性约束，要求属性具有原⼦性，不可再分解；
  第⼆范式：2NF是对记录的惟⼀性约束，要求记录有惟⼀标识，即实体的惟⼀性；
  第三范式：3NF是对字段冗余性的约束，即任何字段不能由其他字段派⽣出来，它要求字段没有冗余
。
  没有冗余的数据库设计可以做到。但是，没有冗余的数据库未必是最好的数据库，有时为了提⾼运⾏效率，就必须降低范式标准，适当保留冗余数据。具体做法是：在概念数据模型设计时遵守第三范式，降低范式标准的⼯作放到物理数据模型设计时考虑。降低范式就是增加字段，允许冗余。
  6. 要善于识别与正确处理多对多的关系
  若两个实体之间存在多对多的关系，则应消除这种关系。消除的办法是，在两者之间增加第三个实体。这样，原来⼀个多对多的关系，现在变为两个⼀对多的关系。要将原来两个实体的属性合理地分配到三个实体中去。这⾥的第三个实体，实质上是⼀个较复杂的关系，它对应⼀张基本表。⼀般来讲，数据库设计⼯具不能识别多对多的关系，但能处理多对多的关系。
  〖例3〗：在“图书馆信息系统”中，“图书”是⼀个实体，“读者”也是⼀个实体。这两个实体之间的关系，是⼀个典型的多对多关系：⼀本图书在不同时间可以被多个读者借阅，⼀个读者⼜可以借多本图书。为此，要在⼆者之间增加第三个实体，该实体取名为“借还书”，它的属性为：借还时间、借还标志(0表⽰借书，1表⽰还书)，另外，它还应该有两个外键(“图书”的主键，“读者”的主键)，使它能与“图书”和“读者”连接。
  7. 主键PK的取值⽅法
  PK是供程序员使⽤的表间连接⼯具，可以是⼀⽆物理意义的数字串, 由程序⾃动加1来实现。也可以是有物理意义的字段名或字段名的组合。不过前者⽐后者好。当PK是字段名的组合时，建议字段的个数不要太多，多了不但索引占⽤空间⼤，⽽且速度也慢。
  8. 正确认识数据冗余
  主键与外键在多表中的重复出现, 不属于数据冗余，这个概念必须清楚，事实上有许多⼈还不清楚
。⾮键字段的重复出现, 才是数据冗余！⽽且是⼀种低级冗余，即重复性的冗余。⾼级冗余不是字段的
重复出现，⽽是字段的派⽣出现。
  〖例4〗：商品中的“单价、数量、⾦额”三个字段，“⾦额”就是由“单价”乘以“数量”派⽣出来的，它就是冗余，⽽且是⼀种⾼级冗余。冗余的⽬的是为了提⾼处理速度。只有低级冗余才会增加数据的不⼀致性，因为同⼀数据，可能从不同时间、地点、⾓⾊上多次录⼊。因此，我们提倡⾼级冗余(派⽣性冗余)，反对低级冗余(重复性冗余)。
  9. E--R图没有标准答案
  信息系统的E--R图没有标准答案，因为它的设计与画法不是惟⼀的，只要它覆盖了系统需求的业务范围和功能内容，就是可⾏的。反之要修改E--R图。尽管它没有惟⼀的标准答案，并不意味着可以随意设计。好的E—R图的标准是：结构清晰、关联简洁、实体个数适中、属性分配合理、没有低级冗余。
  10. 视图技术在数据库设计中很有⽤
  与基本表、代码表、中间表不同，视图是⼀种虚表，它依赖数据源的实表⽽存在。视图是供程序员使⽤数据库的⼀个窗⼝，是基表数据综合的⼀种形式, 是数据处理的⼀种⽅法，是⽤户数据保密的⼀种
⼿段。为了进⾏复杂处理、提⾼运算速度和节省存储空间, 视图的定义深度⼀般不得超过三层。 若三层视图仍不够⽤, 则应在视图上定义临时表, 在临时表上再定义视图。这样反复交迭定义, 视图的深度就
不受限制了。
  对于某些与国家政治、经济、技术、军事和安全利益有关的信息系统，视图的作⽤更加重要。这些
系统的基本表完成物理设计之后，⽴即在基本表上建⽴第⼀层视图，这层视图的个数和结构，与基本表
的个数和结构是完全相同。并且规定，所有的程序员，⼀律只准在视图上操作。只有数据库管理员，带
着多个⼈员共同掌握的“安全钥匙”，才能直接在基本表上操作。请读者想想：这是为什么？
  11. 中间表、报表和临时表
  中间表是存放统计数据的表，它是为数据仓库、输出报表或查询结果⽽设计的，有时它没有主键与
外键(数据仓库除外)。临时表是程序员个⼈设计的，存放临时记录，为个⼈所⽤。基表和中间表由DBA维护，临时表由程序员⾃⼰⽤程序⾃动维护。
  12. 完整性约束表现在三个⽅⾯
  域的完整性：⽤Check来实现约束，在数据库设计⼯具中，对字段的取值范围进⾏定义时，有⼀个Ch
eck按钮，通过它定义字段的值城。
  参照完整性：⽤PK、FK、表级触发器来实现。
  ⽤户定义完整性：它是⼀些业务规则，⽤存储过程和触发器来实现。
  13. 防⽌数据库设计打补丁的⽅法是“三少原则”
  (1) ⼀个数据库中表的个数越少越好。只有表的个数少了，才能说明系统的E--R图少⽽精，去掉了
重复的多余的实体，形成了对客观世界的⾼度抽象，进⾏了系统的数据集成，防⽌了打补丁式的设计；
  (2) ⼀个表中组合主键的字段个数越少越好。因为主键的作⽤，⼀是建主键索引，⼆是做为⼦表的
外键，所以组合主键的字段个数少了，不仅节省了运⾏时间，⽽且节省了索引存储空间；
  (3) ⼀个表中的字段个数越少越好。只有字段的个数少了，才能说明在系统中不存在数据重复，且
很少有数据冗余，更重要的是督促读者学会“列变⾏”，这样就防⽌了将⼦表中的字段拉⼊到主表中去
，在主表中留下许多空余的字段。所谓“列变⾏”，就是将主表中的⼀部分内容拉出去，另外单独建⼀
个⼦表。这个⽅法很简单，有的⼈就是不习惯、不采纳、不执⾏。
  数据库设计的实⽤原则是：在数据冗余和处理速度之间到合适的平衡点。“三少”是⼀个整体概念，综合观点，不能孤⽴某⼀个原则。该原则是相对的，不是绝对的。“三多”原则肯定是错误的。试想：若覆盖系统同样的功能，⼀百个实体(共⼀千个属性) 的E--R图，肯定⽐⼆百个实体(共⼆千个属性)
的E--R图，要好得多。
  提倡“三少”原则，是叫读者学会利⽤数据库设计技术进⾏系统的数据集成。数据集成的步骤是将
⽂件系统集成为应⽤数据库，将应⽤数据库集成为主题数据库，将主题数据库集成为全局综合数据库。
集成的程度越⾼，数据共享性就越强，信息孤岛现象就越少，整个企业信息系统的全局E—R图中实体的
个数、主键的个数、属性的个数就会越少。
  提倡“三少”原则的⽬的，是防⽌读者利⽤打补丁技术，不断地对数据库进⾏增删改，使企业数据
库变成了随意设计数据库表的“垃圾堆”，或数据库表的“⼤杂院”，最后造成数据库中的基本表、代
码表、中间表、临时表杂乱⽆章，不计其数，导致企事业单位的信息系统⽆法维护⽽瘫痪。
  “三多”原则任何⼈都可以做到，该原则是“打补丁⽅法”设计数据库的歪理学说。“三少”原则是少⽽精的原则，它要求有较⾼的数据库设计技巧与艺术，不是任何⼈都能做到的，因为该原则是杜绝
⽤“打补丁⽅法”设计数据库的理论依据。
  14. 提⾼数据库运⾏效率的办法
  在给定的系统硬件和系统软件条件下，提⾼数据库系统的运⾏效率的办法是：
  (1) 在数据库物理设计时，降低范式，增加冗余, 少⽤触发器, 多⽤存储过程。
  (2) 当计算⾮常复杂、⽽且记录条数⾮常巨⼤时(例如⼀千万条)，复杂计算要先在数据库外⾯，以
⽂件系统⽅式⽤C++语⾔计算处理完成之后，最后才⼊库追加到表中去。这是电信计费系统设计的经验。
  (3) 发现某个表的记录太多，例如超过⼀千万条，则要对该表进⾏⽔平分割。⽔平分割的做法是，以该表主键PK的某个值为界线，将该表的记录⽔平分割为两个表。若发现某个表的字段太多，例如超过
⼋⼗个，则垂直分割该表，将原来的⼀个表分解为两个表。
  (4) 对数据库管理系统DBMS进⾏系统优化，即优化各种系统参数，如缓冲区个数。
  (5) 在使⽤⾯向数据的SQL语⾔进⾏程序设计时，尽量采取优化算法。
  总之，要提⾼数据库的运⾏效率，
必须从
数据库系统级优化、
数据库设计级优化、
程序实现级优化
，这三个层次上同时下功夫。
  上述⼗四个技巧，是许多⼈在⼤量的数据库分析与设计实践中，逐步总结出来的。对于这些经验的运⽤，读者不能⽣帮硬套，死记硬背，⽽要消化理解，实事求是，灵活掌握。并逐步做到：在应⽤中发展，在发展中应⽤。

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