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數(shù)據(jù)庫設(shè)計(Database Design)的概念：數(shù)據(jù)庫設(shè)計是指對于一個給定的應(yīng)用環(huán)境，構(gòu)造最優(yōu)的數(shù)據(jù)庫模式，建立數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng)，使之能夠有效地存儲數(shù)據(jù)，滿足各種用戶的應(yīng)用需求(信息要求和處理要求)。

(在數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域內(nèi)，經(jīng)常把使用數(shù)據(jù)庫的各類系統(tǒng)統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng))。

一、數(shù)據(jù)庫和信息系統(tǒng)

(1)數(shù)據(jù)庫是信息系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)，把信息系統(tǒng)中大量的數(shù)據(jù)按一定的模型組織起來，提供存儲、維護(hù)、檢索數(shù)據(jù)的

功能，使信息系統(tǒng)可以方便、及時、準(zhǔn)確地從數(shù)據(jù)庫中獲得所需的信息。

(2)數(shù)據(jù)庫是信息系統(tǒng)的各個部分能否緊密地結(jié)合在一起以及如何結(jié)合的關(guān)鍵所在。

(3)數(shù)據(jù)庫設(shè)計是信息系統(tǒng)開發(fā)和建設(shè)的重要組成部分。

(4)數(shù)據(jù)庫設(shè)計人員應(yīng)該具備的技術(shù)和知識：

數(shù)據(jù)庫的基本知識和數(shù)據(jù)庫設(shè)計技術(shù)

計算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)知識和程序設(shè)計的方法和技巧

軟件工程的原理和方法

應(yīng)用領(lǐng)域的知識

二、數(shù)據(jù)庫設(shè)計的特點

數(shù)據(jù)庫建設(shè)是硬件、軟件和干件的結(jié)合

三分技術(shù)，七分管理，十二分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

技術(shù)與管理的界面稱之為“干件”

數(shù)據(jù)庫設(shè)計應(yīng)該與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計相結(jié)合

結(jié)構(gòu)(數(shù)據(jù))設(shè)計：設(shè)計數(shù)據(jù)庫框架或數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

行為(處理)設(shè)計：設(shè)計應(yīng)用程序、事務(wù)處理等

結(jié)構(gòu)和行為分離的設(shè)計

傳統(tǒng)的軟件工程忽視對應(yīng)用中數(shù)據(jù)語義的分析和抽象，只要有可能就盡量推遲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計的決策早期的數(shù)據(jù)庫設(shè)計致力于數(shù)據(jù)模型和建模方法研究，忽視了對行為的設(shè)計。

 

三、數(shù)據(jù)庫設(shè)計方法簡述

手工試湊法

設(shè)計質(zhì)量與設(shè)計人員的經(jīng)驗和水平有直接關(guān)系

缺乏科學(xué)理論和工程方法的支持，工程的質(zhì)量難以保證

數(shù)據(jù)庫運(yùn)行一段時間后常常又不同程度地發(fā)現(xiàn)各種問題，增加了維護(hù)代價

規(guī)范設(shè)計法

手工設(shè)計方法

基本思想

過程迭代和逐步求精

規(guī)范設(shè)計法

典型方法：

(1)新奧爾良(New Orleans)方法：將數(shù)據(jù)庫設(shè)計分為四個階段

S.B.Yao方法：將數(shù)據(jù)庫設(shè)計分為五個步驟

I.R.Palmer方法：把數(shù)據(jù)庫設(shè)計當(dāng)成一步接一步的過程

(2)計算機(jī)輔助設(shè)計

ORACLE Designer 2000

SYBASE PowerDesigner

四、數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本步驟

數(shù)據(jù)庫設(shè)計的過程(六個階段)

1.需求分析階段

準(zhǔn)確了解與分析用戶需求(包括數(shù)據(jù)與處理)

是整個設(shè)計過程的基礎(chǔ)，是最困難、最耗費時間的一步

2.概念結(jié)構(gòu)設(shè)計階段

是整個數(shù)據(jù)庫設(shè)計的關(guān)鍵

通過對用戶需求進(jìn)行綜合、歸納與抽象，形成一個獨立于具體DBMS的概念模型

3.邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計階段

將概念結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為某個DBMS所支持的數(shù)據(jù)模型

對其進(jìn)行優(yōu)化

4.數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計階段

為邏輯數(shù)據(jù)模型選取一個最適合應(yīng)用環(huán)境的物理結(jié)構(gòu)(包括存儲結(jié)構(gòu)和存取方法)

5.數(shù)據(jù)庫實施階段

運(yùn)用DBMS提供的數(shù)據(jù)語言、工具及宿主語言，根據(jù)邏輯設(shè)計和物理設(shè)計的結(jié)果

建立數(shù)據(jù)庫，編制與調(diào)試應(yīng)用程序，組織數(shù)據(jù)入庫，并進(jìn)行試運(yùn)行

6.數(shù)據(jù)庫運(yùn)行和維護(hù)階段

數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)經(jīng)過試運(yùn)行后即可投入正式運(yùn)行。

在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運(yùn)行過程中必須不斷地對其進(jìn)行評價、調(diào)整與修改

設(shè)計特點:

在設(shè)計過程中把數(shù)據(jù)庫的設(shè)計和對數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)處理的設(shè)計緊密結(jié)合起來將這兩個方面的需求分析、抽象、設(shè)計、實現(xiàn)在各個階段同時進(jìn)行，相互參照，相互補(bǔ)充，以完善兩方面的設(shè)計。

五、數(shù)據(jù)庫各級模式的形成過程

1.需求分析階段：綜合各個用戶的應(yīng)用需求

2.概念設(shè)計階段：形成獨立于機(jī)器特點，獨立于各個DBMS產(chǎn)品的概念模式(E-R圖)

3.邏輯設(shè)計階段：首先將E-R圖轉(zhuǎn)換成具體的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品支持的數(shù)據(jù)模型，如關(guān)系模型，形成數(shù)據(jù)庫邏輯模式;然后根據(jù)用戶處理的要求、安全性的考慮，在基本表的基礎(chǔ)上再建立必要的視圖(View)，形成數(shù)據(jù)的外模式。

4.物理設(shè)計階段：根據(jù)DBMS特點和處理的需要，進(jìn)行物理存儲安排，建立索引，形成數(shù)據(jù)庫內(nèi)模式

六、數(shù)據(jù)庫設(shè)計技巧

1. 設(shè)計數(shù)據(jù)庫之前(需求分析階段)

1) 理解客戶需求，詢問用戶如何看待未來需求變化。讓客戶解釋其需求，而且隨著開發(fā)的繼續(xù)，還要經(jīng)常詢問客戶保證其需求仍然在開發(fā)的目的之中。

2) 了解企業(yè)業(yè)務(wù)可以在以后的開發(fā)階段節(jié)約大量的時間。

3) 重視輸入輸出。

在定義數(shù)據(jù)庫表和字段需求(輸入)時，首先應(yīng)檢查現(xiàn)有的或者已經(jīng)設(shè)計出的報表、查詢和視圖(輸出)以決定為了支持這些輸出哪些是必要的表和字段。

舉例：假如客戶需要一個報表按照郵政編碼排序、分段和求和，你要保證其中包括了單獨的郵政編碼字段而不要把郵政編碼糅進(jìn)地址字段里。

4) 創(chuàng)建數(shù)據(jù)字典和ER 圖表

ER 圖表和數(shù)據(jù)字典可以讓任何了解數(shù)據(jù)庫的人都明確如何從數(shù)據(jù)庫中獲得數(shù)據(jù)。ER圖對表明表之間關(guān)系很有用，而數(shù)據(jù)字典則說明了每個字段的用途以及任何可能存在的別名。對SQL 表達(dá)式的文檔化來說這是完全必要的。

5) 定義標(biāo)準(zhǔn)的對象命名規(guī)范

數(shù)據(jù)庫各種對象的命名必須規(guī)范。

2. 表和字段的設(shè)計(數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計)

表設(shè)計原則

1) 標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化

數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化有助于消除數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)冗余。標(biāo)準(zhǔn)化有好幾種形式，但Third Normal Form(3NF)通常被認(rèn)為在性能、擴(kuò)展性和數(shù)據(jù)完整性方面達(dá)到了最好平衡。簡單來說，遵守3NF 標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫的表設(shè)計原則是：“One Fact in One Place”即某個表只包括其本身基本的屬性，當(dāng)不是它們本身所具有的屬性時需進(jìn)行分解。表之間的關(guān)系通過外鍵相連接。它具有以下特點：有一組表專門存放通過鍵連接起來的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)。

舉例：某個存放客戶及其有關(guān)定單的3NF 數(shù)據(jù)庫就可能有兩個表：Customer 和Order。Order 表不包含定單關(guān)聯(lián)客戶的任何信息，但表內(nèi)會存放一個鍵值，該鍵指向Customer 表里包含該客戶信息的那一行。

事實上，為了效率的緣故，對表不進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化有時也是必要的。

2) 數(shù)據(jù)驅(qū)動

采用數(shù)據(jù)驅(qū)動而非硬編碼的方式，許多策略變更和維護(hù)都會方便得多，大大增強(qiáng)系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性。

舉例，假如用戶界面要訪問外部數(shù)據(jù)源(文件、XML 文檔、其他數(shù)據(jù)庫等)，不妨把相應(yīng)的連接和路徑信息存儲在用戶界面支持表里。還有，如果用戶界面執(zhí)行工作流之類的任務(wù)(發(fā)送郵件、打印信箋、修改記錄狀態(tài)等)，那么產(chǎn)生工作流的數(shù)據(jù)也可以存放在數(shù)據(jù)庫里。角色權(quán)限管理也可以通過數(shù)據(jù)驅(qū)動來完成。事實上，如果過程是數(shù)據(jù)驅(qū)動的，你就可以把相當(dāng)大的責(zé)任推給用戶，由用戶來維護(hù)自己的工作流過程。

3) 考慮各種變化

在設(shè)計數(shù)據(jù)庫的時候考慮到哪些數(shù)據(jù)字段將來可能會發(fā)生變更。

舉例，姓氏就是如此(注意是西方人的姓氏，比如女性結(jié)婚后從夫姓等)。所以，在建立系統(tǒng)存儲客戶信息時，在單獨的一個數(shù)據(jù)表里存儲姓氏字段，而且還附加起始日和終止日等字段，這樣就可以跟蹤這一數(shù)據(jù)條目的變化。

字段設(shè)計原則

4) 每個表中都應(yīng)該添加的3 個有用的字段

dRecordCreationDate，在VB 下默認(rèn)是Now()，而在SQL Server 下默認(rèn)為GETDATE()

sRecordCreator，在SQL Server 下默認(rèn)為NOT NULL DEFAULT USER

nRecordVersion，記錄的版本標(biāo)記;有助于準(zhǔn)確說明記錄中出現(xiàn)null 數(shù)據(jù)或者丟失數(shù)據(jù)的原因

5) 對地址和電話采用多個字段

描述街道地址就短短一行記錄是不夠的。Address_Line1、Address_Line2 和Address_Line3 可以提供更大的靈活性。還有，電話號碼和郵件地址最好擁有自己的數(shù)據(jù)表，其間具有自身的類型和標(biāo)記類別。

6) 使用角色實體定義屬于某類別的列

在需要對屬于特定類別或者具有特定角色的事物做定義時，可以用角色實體來創(chuàng)建特定的時間關(guān)聯(lián)關(guān)系，從而可以實現(xiàn)自我文檔化。

舉例：用PERSON 實體和PERSON_TYPE 實體來描述人員。比方說，當(dāng)John Smith, Engineer 提升為John Smith, Director 乃至最后爬到John Smith, CIO 的高位，而所有你要做的不過是改變兩個表PERSON 和PERSON_TYPE 之間關(guān)系的鍵值，同時增加一個日期/時間字段來知道變化是何時發(fā)生的。這樣，你的PERSON_TYPE 表就包含了所有PERSON 的可能類型，比如Associate、Engineer、Director、CIO 或者CEO 等。還有個替代辦法就是改變PERSON 記錄來反映新頭銜的變化，不過這樣一來在時間上無法跟蹤個人所處位置的具體時間。

7) 選擇數(shù)字類型和文本類型盡量充足

在SQL 中使用smallint 和tinyint 類型要特別小心。比如，假如想看看月銷售總額，總額字段類型是smallint，那么，如果總額超過了$32,767 就不能進(jìn)行計算操作了。

而ID 類型的文本字段，比如客戶ID 或定單號等等都應(yīng)該設(shè)置得比一般想象更大。假設(shè)客戶ID 為10 位數(shù)長。那你應(yīng)該把數(shù)據(jù)庫表字段的長度設(shè)為12 或者13 個字符長。但這額外占據(jù)的空間卻無需將來重構(gòu)整個數(shù)據(jù)庫就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫規(guī)模的增長了。

8) 增加刪除標(biāo)記字段

在表中包含一個“刪除標(biāo)記”字段，這樣就可以把行標(biāo)記為刪除。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫里不要單獨刪除某一行;最好采用清除數(shù)據(jù)程序而且要仔細(xì)維護(hù)索引整體性。

3. 選擇鍵和索引(數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計)

鍵選擇原則：

1) 鍵設(shè)計4 原則

為關(guān)聯(lián)字段創(chuàng)建外鍵。

所有的鍵都必須唯一。

避免使用復(fù)合鍵。

外鍵總是關(guān)聯(lián)唯一的鍵字段。

2) 使用系統(tǒng)生成的主鍵

設(shè)計數(shù)據(jù)庫的時候采用系統(tǒng)生成的鍵作為主鍵，那么實際控制了數(shù)據(jù)庫的索引完整性。這樣，數(shù)據(jù)庫和非人工機(jī)制就有效地控制了對存儲數(shù)據(jù)中每一行的訪問。采用系統(tǒng)生成鍵作為主鍵還有一個優(yōu)點：當(dāng)擁有一致的鍵結(jié)構(gòu)時，找到邏輯缺陷很容易。

3) 不要用用戶的鍵(不讓主鍵具有可更新性)

在確定采用什么字段作為表的鍵的時候，可一定要小心用戶將要編輯的字段。通常的情況下不要選擇用戶可編輯的字段作為鍵。

4) 可選鍵有時可做主鍵

把可選鍵進(jìn)一步用做主鍵，可以擁有建立強(qiáng)大索引的能力。

索引使用原則：

索引是從數(shù)據(jù)庫中獲取數(shù)據(jù)的最高效方式之一。95%的數(shù)據(jù)庫性能問題都可以采用索引技術(shù)得到解決。

1) 邏輯主鍵使用唯一的成組索引，對系統(tǒng)鍵(作為存儲過程)采用唯一的非成組索引，對任何外鍵列采用非成組索引。考慮數(shù)據(jù)庫的空間有多大，表如何進(jìn)行訪問，還有這些訪問是否主要用作讀寫。

2) 大多數(shù)數(shù)據(jù)庫都索引自動創(chuàng)建的主鍵字段，但是可別忘了索引外鍵，它們也是經(jīng)常使用的鍵，比如運(yùn)行查詢顯示主表和所有關(guān)聯(lián)表的某條記錄就用得上。

3) 不要索引memo/note 字段，不要索引大型字段(有很多字符)，這樣作會讓索引占用太多的存儲空間。

4) 不要索引常用的小型表

不要為小型數(shù)據(jù)表設(shè)置任何鍵，假如它們經(jīng)常有插入和刪除操作就更別這樣作了。對這些插入和刪除操作的索引維護(hù)可能比掃描表空間消耗更多的時間。

4. 數(shù)據(jù)完整性設(shè)計(數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計)

1) 完整性實現(xiàn)機(jī)制：

實體完整性：主鍵

參照完整性：

父表中刪除數(shù)據(jù)：級聯(lián)刪除;受限刪除;置空值

父表中插入數(shù)據(jù)：受限插入;遞歸插入

父表中更新數(shù)據(jù)：級聯(lián)更新;受限更新;置空值

DBMS對參照完整性可以有兩種方法實現(xiàn)：外鍵實現(xiàn)機(jī)制(約束規(guī)則)和觸發(fā)器實現(xiàn)機(jī)制

用戶定義完整性：

NOT NULL;CHECK;觸發(fā)器

2) 用約束而非商務(wù)規(guī)則強(qiáng)制數(shù)據(jù)完整性

采用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的完整性。這不但包括通過標(biāo)準(zhǔn)化實現(xiàn)的完整性而且還包括數(shù)據(jù)的功能性。在寫數(shù)據(jù)的時候還可以增加觸發(fā)器來保證數(shù)據(jù)的正確性。不要依賴于商務(wù)層保證數(shù)據(jù)完整性;它不能保證表之間(外鍵)的完整性所以不能強(qiáng)加于其他完整性規(guī)則之上。

3) 強(qiáng)制指示完整性

在有害數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)庫之前將其剔除。激活數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的指示完整性特性。這樣可以保持?jǐn)?shù)據(jù)的清潔而能迫使開發(fā)人員投入更多的時間處理錯誤條件。

4) 使用查找控制數(shù)據(jù)完整性

控制數(shù)據(jù)完整性的最佳方式就是限制用戶的選擇。只要有可能都應(yīng)該提供給用戶一個清晰的價值列表供其選擇。這樣將減少鍵入代碼的錯誤和誤解同時提供數(shù)據(jù)的一致性。某些公共數(shù)據(jù)特別適合查找：國家代碼、狀態(tài)代碼等。

5) 采用視圖

為了在數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用程序代碼之間提供另一層抽象，可以為應(yīng)用程序建立專門的視圖而不必非要應(yīng)用程序直接訪問數(shù)據(jù)表。這樣做還等于在處理數(shù)據(jù)庫變更時給你提供了更多的自由。

5. 其他設(shè)計技巧

1) 避免使用觸發(fā)器

觸發(fā)器的功能通常可以用其他方式實現(xiàn)。在調(diào)試程序時觸發(fā)器可能成為干擾。假如你確實需要采用觸發(fā)器，你最好集中對它文檔化。

2) 使用常用英語(或者其他任何語言)而不要使用編碼

在創(chuàng)建下拉菜單、列表、報表時最好按照英語名排序。假如需要編碼，可以在編碼旁附上用戶知道的英語。

3) 保存常用信息

讓一個表專門存放一般數(shù)據(jù)庫信息非常有用。在這個表里存放數(shù)據(jù)庫當(dāng)前版本、最近檢查/修復(fù)(對Access)、關(guān)聯(lián)設(shè)計文檔的名稱、客戶等信息。這樣可以實現(xiàn)一種簡單機(jī)制跟蹤數(shù)據(jù)庫，當(dāng)客戶抱怨他們的數(shù)據(jù)庫沒有達(dá)到希望的要求而與你聯(lián)系時，這樣做對非客戶機(jī)/服務(wù)器環(huán)境特別有用。

4) 包含版本機(jī)制

在數(shù)據(jù)庫中引入版本控制機(jī)制來確定使用中的數(shù)據(jù)庫的版本。時間一長，用戶的需求總是會改變的。最終可能會要求修改數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)。把版本信息直接存放到數(shù)據(jù)庫中更為方便。

5) 編制文檔

對所有的快捷方式、命名規(guī)范、限制和函數(shù)都要編制文檔。

采用給表、列、觸發(fā)器等加注釋的數(shù)據(jù)庫工具。對開發(fā)、支持和跟蹤修改非常有用。

對數(shù)據(jù)庫文檔化，或者在數(shù)據(jù)庫自身的內(nèi)部或者單獨建立文檔。這樣，當(dāng)過了一年多時間后再回過頭來做第2 個版本，犯錯的機(jī)會將大大減少。

6)測試、測試、反復(fù)測試

建立或者修訂數(shù)據(jù)庫之后，必須用用戶新輸入的數(shù)據(jù)測試數(shù)據(jù)字段。最重要的是，讓用戶進(jìn)行測試并且同用戶一道保證選擇的數(shù)據(jù)類型滿足商業(yè)要求。測試需要在把新數(shù)據(jù)庫投入實際服務(wù)之前完成。

7) 檢查設(shè)計

在開發(fā)期間檢查數(shù)據(jù)庫設(shè)計的常用技術(shù)是通過其所支持的應(yīng)用程序原型檢查數(shù)據(jù)庫。換句話說，針對每一種最終表達(dá)數(shù)據(jù)的原型應(yīng)用，保證你檢查了數(shù)據(jù)模型并且查看如何取出數(shù)據(jù)。

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4. Order by語句 ORDER BY語句決定了Oracle如何將返回的查詢結(jié)果排序。Order by語句對要排序的列沒有什么特別的限制，也可以將函數(shù)加入列中（象聯(lián)接或者附加等）。任何在Order by語句的非索引項或者有計算表達(dá)式都將降低查詢速度。 仔細(xì)檢查order by語句以找