数据库设计范式

什么是范式：范式， 英文名称是 Normal Form，它是英国人 E.F.Codd（关系数据库的老祖宗）在上个世纪70年代提出关系数据库模型后总结出来的，范式是关系数据库理论的基础，也是我们在设计数据库结构过程中所要遵循的规则和指导方法，简言之就是，数据库设计对数据的存储性能，还有开发人员对数据的操作都有莫大的关系。所以建立科学的，规范的的数据库是需要满足一些规范的来优化数据数据存储方式。在关系型数据库中这些规范就可以称为范式。

什么是三大范式：

第一范式：当关系模式R的所有属性都不能在分解为更基本的数据单位时，称R是满足第一范式的，简记为1NF。满足第一范式是关系模式规范化的最低要

求，否则，将有很多基本操作在这样的关系模式中实现不了。

第二范式：如果关系模式R满足第一范式，并且R得所有非主属性都完全依赖于R的每一个候选关键属性，称R满足第二范式，简记为2NF。

第三范式：设R是一个满足第一范式条件的关系模式，X是R的任意属性集，如果X非传递依赖于R的任意一个候选关键字，称R满足第三范式，简记为3NF.

注：关系实质上是一张二维表，其中每一行是一个元组，每一列是一个属性

理解三大范式

第一范式

   1、每一列属性都是不可再分的属性值，确保每一列的原子性

   2、两列的属性相近或相似或一样，尽量合并属性一样的列，确保不产生冗余数据。

如果需求知道那个省那个市并按其分类，那么显然第一个表格是不容易满足需求的，也不符合第一范式。

显然第一个表结构不但不能满足足够多物品的要求，还会在物品少时产生冗余。也是不符合第一范式的。

第一范式是最基本的范式。如果数据库表中的所有字段值都是不可分解的原子值，就说明该数据库表满足了第一范式。

第一范式的合理遵循需要根据系统的实际需求来定。比如某些数据库系统中需要用到“地址”这个属性，本来直接将“地址”属性设计成一个数据库表的字段就行。但是如果系统经常会访问“地址”属性中的“城市”部分，那么就非要将“地址”这个属性重新拆分为省份、城市、详细地址等多个部分进行存储，这样在对地址中某一部分操作的时候将非常方便。这样设计才算满足了数据库的第一范式，如下表所示。

上表所示的用户信息遵循了第一范式的要求，这样在对用户使用城市进行分类的时候就非常方便，也提高了数据库的性能。

第二范式

每一行的数据只能与其中一列相关，即一行数据只做一件事。只要数据列中出现数据重复，就要把表拆分开来。

一个人同时订几个房间，就会出来一个订单号多条数据，这样子联系人都是重复的，就会造成数据冗余。我们应该把他拆开来。

这样便实现啦一条数据做一件事，不掺杂复杂的关系逻辑。同时对表数据的更新维护也更易操作。

第二范式在第一范式的基础之上更进一层。第二范式需要确保数据库表中的每一列都和主键相关，而不能只与主键的某一部分相关（主要针对联合主键而言）。也就是说在一个数据库表中，一个表中只能保存一种数据，不可以把多种数据保存在同一张数据库表中。

比如要设计一个订单信息表，因为订单中可能会有多种商品，所以要将订单编号和商品编号作为数据库表的联合主键，如下表所示。

 订单信息表

这样就产生一个问题：这个表中是以订单编号和商品编号作为联合主键。这样在该表中商品名称、单位、商品价格等信息不与该表的主键相关，而仅仅是与商品编号相关。所以在这里违反了第二范式的设计原则。

而如果把这个订单信息表进行拆分，把商品信息分离到另一个表中，把订单项目表也分离到另一个表中，就非常完美了。如下所示。

这样设计，在很大程度上减小了数据库的冗余。如果要获取订单的商品信息，使用商品编号到商品信息表中查询即可。

第三范式

 数据不能存在传递关系，即没个属性都跟主键有直接关系而不是间接关系。像：a-->b-->c  属性之间含有这样的关系，是不符合第三范式的。

比如Student表（学号，姓名，年龄，性别，所在院校，院校地址，院校电话）

这样一个表结构，就存在上述关系。 学号--> 所在院校 --> (院校地址，院校电话)

这样的表结构，我们应该拆开来，如下。

（学号，姓名，年龄，性别，所在院校）--（所在院校，院校地址，院校电话）

第三范式需要确保数据表中的每一列数据都和主键直接相关，而不能间接相关。

比如在设计一个订单数据表的时候，可以将客户编号作为一个外键和订单表建立相应的关系。而不可以在订单表中添加关于客户其它信息（比如姓名、所属公司等）的字段。如下面这两个表所示的设计就是一个满足第三范式的数据库表。

这样在查询订单信息的时候，就可以使用客户编号来引用客户信息表中的记录，也不必在订单信息表中多次输入客户信息的内容，减小了数据冗余。

最后：

三大范式只是一般设计数据库的基本理念，可以建立冗余较小、结构合理的数据库。如果有特殊情况，当然要特殊对待，数据库设计最重要的是看需求跟性能，需求>性能>表结构。所以不能一味的去追求范式建立数据库。

注意事项：

1.第二范式与第三范式的本质区别：在于有没有分出两张表。

第二范式是说一张表中包含了多种不同实体的属性，那么必须要分成多张表，第三范式是要求已经分好了多张表的话，一张表中只能有另一张标的ID，而不能有其他任何信息，（其他任何信息，一律用主键在另一张表中查询）。

2.必须先满足第一范式才能满足第二范式，必须同时满足第一第二范式才能满足第三范式。

二：数据库中的五大约束：

数据库中的五大约束包括：

1.主键约束（Primay Key Coustraint） 唯一性，非空性；

2.唯一约束 （Unique Counstraint）唯一性，可以空，但只能有一个；

3.默认约束 (Default Counstraint) 该数据的默认值；

4.外键约束 (Foreign Key Counstraint) 需要建立两表间的关系；

5.非空约束（Not Null Counstraint）:设置非空约束，该字段不能为空。

详细介绍：

（1）[外键约束 (Foreign Key Counstraint) ]
1.设置外键的注意事项：
　　①：只有INNODB的数据库引擎支持外键，修改my.ini文件设置default-storage-engine=INNODB；
　　②：外键与参照列的数据类型必须相同。（数值型要求长度和无符号都相同，字符串要求类型相同，长度可以不同）；
　　③：设置外键的字段必须要有索引，如果没有索引，设置外键时会自动生成一个索引；

2.设置外键的语法：
[CONSTRAINT 外键名] FOREIGN KEY(外键字段) REFERENCES 参照表(参照字段)；
[ON DELETE SET NULL ON UPDATE CASCADE] -- 设置操作完整。

3、外键约束的参照操作：
当对参照表的参照字段进行删除或更新时，外键表中的外键如何应对。
参照操作可选值：
　　RESTRICT: 拒绝对参照字段的删除或修改（默认）；
　　NO ACTION:与RESTRICT相同，但这个指令只在MySql生效；
　　CASCADE:  删除或更新参照表的参照字段时，外键表的记录同步删除或更新；
　　SET NULL: 删除删除或更新参照表的参照字段时，外键表的外键设为NULL (此时外键不能设置为NOT NULL)。

（2）[主键约束]（Primay Key Coustraint） 
1.主键的注意事项：主键默认非空，默认唯一性约束，只有主键可以设置自动增长（主键不一定自增，自增一定是主键）。
2.设置主键的方式：

　　①：在定义列时设置：id     INT UNSIGNED PRIMARY KEY。
　　②：在列定义完成后设置：PRIMARY KEY(id)。

其他约束没有特殊要求因此不做解释。

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