輕松設(shè)計(jì)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)教程

本文討論關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)相關(guān)的一些內(nèi)容，涉及關(guān)系模型，表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等內(nèi)容，以學(xué)生選修課程講述設(shè)計(jì)過(guò)程，在盡量講清楚設(shè)計(jì)要領(lǐng)的前提下，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)內(nèi)容。

本文基于MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，適合有一定關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)的人閱讀。

實(shí)體-關(guān)系模型（E-R）首先搞清楚什么是E-R數(shù)據(jù)模型？它有什么用？

E-R模型在將現(xiàn)實(shí)世界中事實(shí)的含義和相互關(guān)聯(lián)映射到概念模式方面非常有用，因此，許多數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)工具都利用了E-R模型的概念。E-R模型所采用的三個(gè)主要概念是：實(shí)體集、關(guān)系集和屬性。

實(shí)體：實(shí)體是世界中可以區(qū)別于其他對(duì)象的“事件”或者“物體”，例如，學(xué)校里的每個(gè)學(xué)生、學(xué)生選修的每門課程等都是一個(gè)實(shí)體。

屬性：屬性是實(shí)體集中每個(gè)成員具有的描述性性質(zhì)。例如，學(xué)生的姓名，學(xué)號(hào)等。

實(shí)體集：實(shí)體集就是就有相同類型及屬性的實(shí)體集合，比如，學(xué)校里的所有學(xué)生，學(xué)生選修的所有課程等。

關(guān)系：關(guān)系是多個(gè)實(shí)體間的相互關(guān)聯(lián)。例如，小明選修語(yǔ)文課程。

關(guān)系集：關(guān)系集是同類關(guān)系的集合。例如，所用學(xué)生選修課程的集合。

其中，（學(xué)號(hào)，姓名，年齡，性別）為學(xué)生的屬性，（成績(jī)）為選修關(guān)系的屬性，（課程號(hào)，課程名，學(xué)分）為課程的屬性。學(xué)生和課程之間的關(guān)系是多對(duì)多，即一個(gè)學(xué)生可以選擇多門課程，一門課程可以被多個(gè)學(xué)生選修。

關(guān)系表設(shè)計(jì)從上面的E-R圖，我們一眼就能看出他們之間的聯(lián)系，那該如何設(shè)計(jì)關(guān)系模式呢？

我們要知道，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的目的是為了生成一組關(guān)系模式，使我們能夠既不必存儲(chǔ)不必要的冗余信息，又能方便地獲取信息。為了是我們方便的達(dá)到這個(gè)目的，范式設(shè)計(jì)應(yīng)運(yùn)而生。

Boyce-Codd范式

我們所知道的令人滿意的范式之一是Boyce-Codd范式（BCNF）。如果對(duì)F+中所有形如 α→β 的函數(shù)依賴，其中 α?R 且 β?R，下面的定義至少有一個(gè)成立：

α→β 是平凡函數(shù)依賴（即 β ? α）。（一般來(lái)說(shuō)，平凡函數(shù)依賴并沒有討論意義，討論的都是非平凡函數(shù)依賴，即 β ?? α 的情況）

α 是模式R的超碼。

考慮如下關(guān)系模式及其相應(yīng)的函數(shù)依賴：

學(xué)生 = （學(xué)號(hào)，姓名，年齡，性別）

學(xué)號(hào) → 姓名 年齡 性別

課程 = （課程號(hào)，課程名，學(xué)分）

課程號(hào) → 課程名 學(xué)分

選修 = （學(xué)號(hào)，課程號(hào)，成績(jī)）

學(xué)號(hào) 課程號(hào) → 成績(jī)

以上模式均屬于BCNF。就拿第一組關(guān)系模式來(lái)說(shuō)，學(xué)生上僅有的非平凡函數(shù)依賴，箭頭左側(cè)是學(xué)號(hào)，學(xué)號(hào)是該模式的一個(gè)候選碼（候選碼屬于超碼的子集），沒有破壞BCNF的定義。

其實(shí)并不是每個(gè)BCNF都能保持函數(shù)依賴的，例如：

Banker-schema = （branch-name，customer-name，banker-name）

它表示的是一個(gè)客戶在某一分支機(jī)構(gòu)有一個(gè)銀行賬戶負(fù)責(zé)人。它要求滿足的函數(shù)依賴集F為

banker-name → branch-name

branch-name customer-name → banker-name

顯然，Banker-schema不屬于BCNF，因?yàn)?banker-name 不是超碼。

我們可以將它分解得到如下的BCNF：

Banker-branch-schema = （banker-name，branch-name）

Customer-banker-schema = （customer-name，banker-name）

分解后的模式只保持了banker-name → branch-name，而branch-name customer-name → banker-name的依賴沒有保持。

第三范式

當(dāng)我們不能同時(shí)滿足以下三個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)：

BCNF。

無(wú)損連接。

保持函數(shù)依賴。

我們可以放棄BCNF而接受相對(duì)較弱的第三范式（3NF）。因?yàn)?NF總能找到無(wú)損連接并保持依賴的分解。

具有函數(shù)依賴即F的關(guān)系模式R屬于3NF，只要F+中所有形如 α→β 的函數(shù)依賴，其中 α?R 且 β?R，下面的定義至少有一個(gè)成立：

α→β 是平凡函數(shù)依賴（即 β ? α）。

α 是模式R的超碼。

β - α 中的每個(gè)屬性 A 都包含在R的候選碼中。

回到Banker-schema的例子中，我們已經(jīng)看到了沒能將該關(guān)系模式轉(zhuǎn)化成BCNF而又保持依賴和無(wú)損連接的分解，但改模式屬于3NF。在Banker-schema中，候選碼是{branch-name，customer-name}，所以Banker-schema上不包含候選碼的就只有banker-name。

而形如 α → banker-name 的非平凡函數(shù)依賴都是以{branch-name，customer-name}作為 α 的一部分。由于{branch-name，customer-name}是候選碼，所以符合3NF的定義。

每個(gè)BCNF都屬于3NF，因?yàn)锽CNF的約束比3NF更嚴(yán)格。

存儲(chǔ)引擎的選擇關(guān)系模式一但確定，基本的數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)就確定了，接下來(lái)就是表結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)了，這里先從存儲(chǔ)引擎開始，MySQL提供的各種存儲(chǔ)引擎都是根據(jù)不同的用例設(shè)計(jì)的。

最常用的兩種存儲(chǔ)引擎：MyISAM和InnoDB。

MyISAM：MySQL 5.5.5以前，MyISAM作為MySQL的默認(rèn)存儲(chǔ)引擎。

InnoDB：MySQL 5.5.5以后，InnoDB作為MySQL的默認(rèn)存儲(chǔ)引擎。

何如選擇？

選擇標(biāo)準(zhǔn)： 根據(jù)應(yīng)用特點(diǎn)選擇合適的存儲(chǔ)引擎，對(duì)于復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際情況選擇多種存儲(chǔ)引擎進(jìn)行組合。但是要知道組合使用的缺點(diǎn)：

InnoDB和非InnoDB存儲(chǔ)引擎的組合對(duì)比，僅使用InnoDB存儲(chǔ)引擎可以簡(jiǎn)化備份和恢復(fù)操作。MySQL Enterprise Backup對(duì)使用InnoDB存儲(chǔ)引擎的所有表進(jìn)行熱備份。對(duì)于使用MyISAM或其他非InnoDB存儲(chǔ)引擎的表，它會(huì)執(zhí)行“熱”備份，數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)繼續(xù)運(yùn)行，但這些表在備份時(shí)不能修改。

下面是常用存儲(chǔ)引擎的適用環(huán)境：

InnoDB：事務(wù)型業(yè)務(wù)場(chǎng)景首選。

MyISAM：非事務(wù)型的大多數(shù)業(yè)務(wù)場(chǎng)景。

Memory：數(shù)據(jù)保存到內(nèi)存中，能提供極速的訪問(wèn)速度。（個(gè)人覺得可以使用Redis等NoSQL數(shù)據(jù)庫(kù)代替）

字符集選擇存儲(chǔ)引擎之后就是確定字符集，字符集的選擇十分重要，不管是MySQL還是Oracle，如果在數(shù)據(jù)庫(kù)創(chuàng)建階段沒有正確選擇字符集，那么在后期需要更換字符集的時(shí)候?qū)⒁冻龈甙旱拇鷥r(jià)。

如何選擇？

建議在能夠完全滿足應(yīng)用當(dāng)下和未來(lái)幾年發(fā)展的前提下，盡量使用小的字符集。應(yīng)為更小的字符集意味著能夠節(jié)省空間、減少網(wǎng)絡(luò)傳輸字節(jié)數(shù)，同時(shí)由于存儲(chǔ)空間小間接的提升了系統(tǒng)的性能。

不同的數(shù)據(jù)庫(kù)有不同的字符集應(yīng)用級(jí)別，分別為服務(wù)器級(jí)別、庫(kù)級(jí)別、表級(jí)別、字段級(jí)別，通常推薦使用庫(kù)級(jí)別或者表級(jí)別。因?yàn)閹?kù)級(jí)別或者表級(jí)別在保有靈活性的同時(shí)，兼顧數(shù)據(jù)間字符集的統(tǒng)一，這可以給開發(fā)省去很多處理字符集的麻煩。

數(shù)據(jù)類型的選擇選擇原則

前提：使用合適的存儲(chǔ)引擎。

選擇原則：為了獲得最佳的存儲(chǔ)，您應(yīng)該在所有情況下嘗試使用最精確的類型。

固定長(zhǎng)度和可變長(zhǎng)度

char 與 varchar

請(qǐng)注意上表中最后一行的值只適用不使用嚴(yán)格模式時(shí)；如果 MySQL 運(yùn)行在嚴(yán)格模式，超過(guò)列 長(zhǎng)度的值不保存，并且會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。

從 CHAR（4）和 VARCHAR（4）列檢索的值并不總是相同，因?yàn)闄z索時(shí)從 CHAR 列刪除了尾部的空 格。通過(guò)下面的例子說(shuō)明該差別：

mysql》 CREATE TABLE vc （v VARCHAR（4）， c CHAR（4））;

Query OK， 0 rows affected （0.01 sec）

mysql》 INSERT INTO vc VALUES （‘a(chǎn)b ’， ‘a(chǎn)b ’）;

Query OK， 1 row affected （0.00 sec）

mysql》 SELECT CONCAT（‘（’， v， ‘）’）， CONCAT（‘（’， c， ‘）’） FROM vc;

+---------------------+---------------------+

| CONCAT（‘（’， v， ‘）’） | CONCAT（‘（’， c， ‘）’） |

+---------------------+---------------------+

| （ab ） | （ab） |

+---------------------+---------------------+

1 row in set （0.06 sec）

對(duì)于InnoDB數(shù)據(jù)表，內(nèi)部的行格式?jīng)]有區(qū)分固定長(zhǎng)度和可變長(zhǎng)度列，所有數(shù)據(jù)化行都使用指向數(shù)據(jù)列值的頭指針，因此在本質(zhì)上，使用固定長(zhǎng)度的CHAR列不一定比使用可變長(zhǎng)度的VARCHAR列要好。

因?yàn)?，主要的性能因?shù)是數(shù)據(jù)行使用的存儲(chǔ)總量。對(duì)于占用空間來(lái)說(shuō)，CHAR總是大于等于VARCHAR，所以，使用VARCHAR來(lái)最小化行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)總量，進(jìn)而減少磁盤I/O頻率。

text 和 blob

在使用text或者blob類型的字段是需要注意一下幾點(diǎn)，以便獲得更好的性能：

執(zhí)行大量的刪除和更新操作后，會(huì)留下很”空洞“，需要定期optimize table進(jìn)行碎片整理；

避免查詢大型的text和blob。查詢大型的text和blob會(huì)使一頁(yè)能裝下的數(shù)據(jù)量減少，增加磁盤I/O壓力。

把text和blob分離到單獨(dú)的表中。這會(huì)把原來(lái)表中的數(shù)據(jù)列轉(zhuǎn)變?yōu)楦痰墓潭ㄩL(zhǎng)度的數(shù)據(jù)行格式，這個(gè)十分有用。

浮點(diǎn)數(shù)和定點(diǎn)數(shù)

在MySQL中float、double是浮點(diǎn)數(shù)，decimal是定點(diǎn)數(shù)。

浮點(diǎn)數(shù)優(yōu)勢(shì)：在長(zhǎng)度一定的情況下，浮點(diǎn)數(shù)能表示更大的數(shù)據(jù)范圍。

浮點(diǎn)數(shù)缺點(diǎn)：精度問(wèn)題。

友情提醒：在有關(guān)金錢交易方面浮點(diǎn)數(shù)慎用?。?！

整數(shù)

MySQL支持SQL標(biāo)準(zhǔn)整數(shù)類型INTEGER（或INT）和SMALLINT。作為標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展，MySQL還支持整數(shù)類型TINYINT、MEDIUMINT和BIGINT。下表顯示了每個(gè)整數(shù)類型所需的存儲(chǔ)空間和范圍。

索引設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)原則

搜索的索引列，不一定是所要選擇的列。最適合索引的列是出現(xiàn)在 WHERE 子 句中的列，或連接子句中指定的列，而不是出現(xiàn)在 SELECT 關(guān)鍵字后的選擇列表中的列。

使用惟一索引。對(duì)于惟一值的列，索引的效果最好，而具有多個(gè) 重復(fù)值的列，其索引效果最差。

使用短索引。如果對(duì)字符串列進(jìn)行索引，應(yīng)該指定一個(gè)前綴長(zhǎng)度 。例如，如果有一個(gè) CHAR（200） 列，如果在前 10 個(gè)或 20 個(gè)字符內(nèi)，多數(shù)值是惟一的， 那么就不要對(duì)整個(gè)列進(jìn)行索引。

利用最左前綴。每個(gè)額外的索 引都要占用額外的磁盤空間，并降低寫操作的性能。

不要過(guò)度索引。

考慮在列上進(jìn)行的比較類型。如果是在列上做函數(shù)運(yùn)算，對(duì)其進(jìn)行索引將毫無(wú)意義。

Student中姓名的長(zhǎng)度是40，這里把外國(guó)人也考慮進(jìn)來(lái)了；

Student中性別定義成枚舉，主要是枚舉意義簡(jiǎn)明；

Student中沒有存年齡，而存儲(chǔ)的出生日期，是因?yàn)槟挲g并不是一成不變的，并且能夠通過(guò)出生日期正確計(jì)算。

SC中成績(jī)使用的是double而不采用decimal，主要是因?yàn)槌煽?jī)并不需要那么高的精確度。

SC中（sno，cno）作為聯(lián)合主鍵而不是獨(dú)立主鍵，由于現(xiàn)階段markdown無(wú)法合拼行，所以無(wú)法編輯。

參考（美）Abraham Silberschatz等。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概念。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012

MySQL 5.7 Reference Manual

［eimhe.com］網(wǎng)易技術(shù)部的MySQL中文資料。

（感謝閱讀，希望對(duì)你所有幫助）來(lái)源：blog.csdn.net/qq_36011946/article/details/105305063

編輯：jq