摘要: 我們開發(fā)程序的目的是為了完成業(yè)務(wù)功能, 理想的情況下程序中的每一條語句都應(yīng)該是與業(yè)務(wù)直接相關(guān)的, 例如程序中不應(yīng)該出現(xiàn)連接數(shù)據(jù)庫(kù), 讀取某個(gè)字段等純技術(shù)性的操作, 而應(yīng)該是得到用戶A的基本信息等具有業(yè)務(wù)含義的操作. dao(data access object)層存在的意。。。。。
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數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的范式大綱
第一范式:
對(duì)于表中的每一行，必須且僅僅有唯一的行值.在一行中的每一列僅有唯一的值并且具有原子性.
第二范式:
第二范式要求非主鍵列是主鍵的子集，非主鍵列活動(dòng)必須完全依賴整個(gè)主鍵。主鍵必須有唯一性的元素,一個(gè)主鍵可以由一個(gè)或更多的組成唯一值的列組成。一旦創(chuàng)建，主鍵無法改變，外鍵關(guān)聯(lián)一個(gè)表的主鍵。主外鍵關(guān)聯(lián)意味著一對(duì)多的關(guān)系.
第三范式:
第三范式要求非主鍵列互不依賴.
第四范式:
第四范式禁止主鍵列和非主鍵列一對(duì)多關(guān)系不受約束
第五范式:
第五范式將表分割成盡可能小的塊，為了排除在表中所有的冗余.
下面先討論前3個(gè)范式：
引言
數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)范式是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)所需要滿足的規(guī)范，滿足這些規(guī)范的數(shù)據(jù)庫(kù)是簡(jiǎn)潔的、結(jié)構(gòu)明晰的，同時(shí)，不會(huì)發(fā)生插入
（insert）、刪除（delete）和更新（update）操作異常。反之則是亂七八糟，不僅給數(shù)據(jù)庫(kù)的編程人員制造麻煩，而且面目可憎，可能存儲(chǔ)了 大量不需要的冗余信息。
設(shè)計(jì)范式是不是很難懂呢？非也，大學(xué)教材上給我們一堆數(shù)學(xué)公式我們當(dāng)然看不懂，也記不住。所以我們很多人就根本不按照范式來設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)。
實(shí)質(zhì)上，設(shè)計(jì)范式用很形象、很簡(jiǎn)潔的話語就能說清楚，道明白。本文將對(duì)范式進(jìn)行通俗地說明，并以筆者曾經(jīng)設(shè)計(jì)的一個(gè)簡(jiǎn)單論壇的數(shù)據(jù)庫(kù)為例來講解怎樣將這些范式應(yīng)用于實(shí)際工程。
范式說明
第一范式（1NF）：數(shù)據(jù)庫(kù)表中的字段都是單一屬性的，不可再分。這個(gè)單一屬性由基本類型構(gòu)成，包括整型、實(shí)數(shù)、字符型、邏輯型、日期型等。
例如，如下的數(shù)據(jù)庫(kù)表是符合第一范式的：
而這樣的數(shù)據(jù)庫(kù)表是不符合第一范式的：
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字段1
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字段2
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字段3
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字段4
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字段3.1
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字段3.2
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很顯然，在當(dāng)前的任何關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）中，傻瓜也不可能做出不符合第一范式的數(shù)據(jù)庫(kù)，因?yàn)檫@些DBMS不允許你把數(shù)據(jù)庫(kù)表的一列再分成二列或多列。因此，你想在現(xiàn)有的DBMS中設(shè)計(jì)出不符合第一范式的數(shù)據(jù)庫(kù)都是不可能的。
第二范式（2NF）：數(shù)據(jù)庫(kù)表中不存在非關(guān)鍵字段對(duì)任一候選關(guān)鍵字段的部分函數(shù)依賴（部分函數(shù)依賴指的是存在組合關(guān)鍵字中的某些字段決定非關(guān)鍵字段的情況），也即所有非關(guān)鍵字段都完全依賴于任意一組候選關(guān)鍵字。
假定選課關(guān)系表為SelectCourse(學(xué)號(hào), 姓名, 年齡, 課程名稱, 成績(jī), 學(xué)分)，關(guān)鍵字為組合關(guān)鍵字(學(xué)號(hào), 課程名稱)，因?yàn)榇嬖谌缦聸Q定關(guān)系：
(學(xué)號(hào), 課程名稱) → (姓名, 年齡, 成績(jī), 學(xué)分)
這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)表不滿足第二范式，因?yàn)榇嬖谌缦聸Q定關(guān)系：
(課程名稱) → (學(xué)分)
(學(xué)號(hào)) → (姓名, 年齡)
即存在組合關(guān)鍵字中的字段決定非關(guān)鍵字的情況。
由于不符合2NF，這個(gè)選課關(guān)系表會(huì)存在如下問題：
(1) 數(shù)據(jù)冗余：
同一門課程由n個(gè)學(xué)生選修，"學(xué)分"就重復(fù)n-1次；同一個(gè)學(xué)生選修了m門課程，姓名和年齡就重復(fù)了m-1次。
(2) 更新異常：
若調(diào)整了某門課程的學(xué)分，數(shù)據(jù)表中所有行的"學(xué)分"值都要更新，否則會(huì)出現(xiàn)同一門課程學(xué)分不同的情況。
(3) 插入異常：
假設(shè)要開設(shè)一門新的課程，暫時(shí)還沒有人選修。這樣，由于還沒有"學(xué)號(hào)"關(guān)鍵字，課程名稱和學(xué)分也無法記錄入數(shù)據(jù)庫(kù)。
(4) 刪除異常：
假設(shè)一批學(xué)生已經(jīng)完成課程的選修，這些選修記錄就應(yīng)該從數(shù)據(jù)庫(kù)表中刪除。但是，與此同時(shí)，課程名稱和學(xué)分信息也被刪除了。很顯然，這也會(huì)導(dǎo)致插入異常。
把選課關(guān)系表SelectCourse改為如下三個(gè)表：
學(xué)生：Student(學(xué)號(hào), 姓名, 年齡)；
課程：Course(課程名稱, 學(xué)分)；
選課關(guān)系：SelectCourse(學(xué)號(hào), 課程名稱, 成績(jī))。
這樣的數(shù)據(jù)庫(kù)表是符合第二范式的，消除了數(shù)據(jù)冗余、更新異常、插入異常和刪除異常。
另外，所有單關(guān)鍵字的數(shù)據(jù)庫(kù)表都符合第二范式，因?yàn)椴豢赡艽嬖诮M合關(guān)鍵字。
第三范式（3NF）：在第二范式的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)表中如果不存在非關(guān)鍵字段對(duì)任一候選關(guān)鍵字段的傳遞函數(shù)依賴則符合第三范式。所謂傳遞函數(shù)依賴，指的是如
果存在"A → B → C"的決定關(guān)系，則C傳遞函數(shù)依賴于A。因此，滿足第三范式的數(shù)據(jù)庫(kù)表應(yīng)該不存在如下依賴關(guān)系：
關(guān)鍵字段 → 非關(guān)鍵字段x → 非關(guān)鍵字段y
假定學(xué)生關(guān)系表為Student(學(xué)號(hào), 姓名, 年齡, 所在學(xué)院, 學(xué)院地點(diǎn), 學(xué)院電話)，關(guān)鍵字為單一關(guān)鍵字"學(xué)號(hào)"，因?yàn)榇嬖谌缦聸Q定關(guān)系：
(學(xué)號(hào)) → (姓名, 年齡, 所在學(xué)院, 學(xué)院地點(diǎn), 學(xué)院電話)
這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)是符合2NF的，但是不符合3NF，因?yàn)榇嬖谌缦聸Q定關(guān)系：
(學(xué)號(hào)) → (所在學(xué)院) → (學(xué)院地點(diǎn), 學(xué)院電話)
即存在非關(guān)鍵字段"學(xué)院地點(diǎn)"、"學(xué)院電話"對(duì)關(guān)鍵字段"學(xué)號(hào)"的傳遞函數(shù)依賴。
它也會(huì)存在數(shù)據(jù)冗余、更新異常、插入異常和刪除異常的情況，讀者可自行分析得知。
把學(xué)生關(guān)系表分為如下兩個(gè)表：
學(xué)生：(學(xué)號(hào), 姓名, 年齡, 所在學(xué)院)；
學(xué)院：(學(xué)院, 地點(diǎn), 電話)。
這樣的數(shù)據(jù)庫(kù)表是符合第三范式的，消除了數(shù)據(jù)冗余、更新異常、插入異常和刪除異常。
鮑依斯-科得范式（BCNF）：在第三范式的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)庫(kù)表中如果不存在任何字段對(duì)任一候選關(guān)鍵字段的傳遞函數(shù)依賴則符合第三范式。
假設(shè)倉(cāng)庫(kù)管理關(guān)系表為StorehouseManage(倉(cāng)庫(kù)ID,
存儲(chǔ)物品ID, 管理員ID, 數(shù)量)，且有一個(gè)管理員只在一個(gè)倉(cāng)庫(kù)工作；一個(gè)倉(cāng)庫(kù)可以存儲(chǔ)多種物品。這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)表中存在如下決定關(guān)系：
(倉(cāng)庫(kù)ID, 存儲(chǔ)物品ID) →(管理員ID, 數(shù)量)
(管理員ID, 存儲(chǔ)物品ID) → (倉(cāng)庫(kù)ID, 數(shù)量)
所以，(倉(cāng)庫(kù)ID, 存儲(chǔ)物品ID)和(管理員ID, 存儲(chǔ)物品ID)都是StorehouseManage的候選關(guān)鍵字，表中的唯一非關(guān)鍵字段為數(shù)量，它是符合第三范式的。但是，由于存在如下決定關(guān)系：
(倉(cāng)庫(kù)ID) → (管理員ID)
(管理員ID) → (倉(cāng)庫(kù)ID)
即存在關(guān)鍵字段決定關(guān)鍵字段的情況，所以其不符合BCNF范式。它會(huì)出現(xiàn)如下異常情況：
(1) 刪除異常：
當(dāng)倉(cāng)庫(kù)被清空后，所有"存儲(chǔ)物品ID"和"數(shù)量"信息被刪除的同時(shí)，"倉(cāng)庫(kù)ID"和"管理員ID"信息也被刪除了。
(2) 插入異常：
當(dāng)倉(cāng)庫(kù)沒有存儲(chǔ)任何物品時(shí)，無法給倉(cāng)庫(kù)分配管理員。
(3) 更新異常：
如果倉(cāng)庫(kù)換了管理員，則表中所有行的管理員ID都要修改。
把倉(cāng)庫(kù)管理關(guān)系表分解為二個(gè)關(guān)系表：
倉(cāng)庫(kù)管理：StorehouseManage(倉(cāng)庫(kù)ID, 管理員ID)；
倉(cāng)庫(kù)：Storehouse(倉(cāng)庫(kù)ID, 存儲(chǔ)物品ID, 數(shù)量)。
這樣的數(shù)據(jù)庫(kù)表是符合BCNF范式的，消除了刪除異常、插入異常和更新異常。
范式應(yīng)用
我們來逐步搞定一個(gè)論壇的數(shù)據(jù)庫(kù)，有如下信息：
（1） 用戶：用戶名，email，主頁，電話，聯(lián)系地址
（2） 帖子：發(fā)帖標(biāo)題，發(fā)帖內(nèi)容，回復(fù)標(biāo)題，回復(fù)內(nèi)容
第一次我們將數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)為僅僅存在表：
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用戶名
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email
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主頁
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電話
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聯(lián)系地址
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發(fā)帖標(biāo)題
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發(fā)帖內(nèi)容
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回復(fù)標(biāo)題
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回復(fù)內(nèi)容
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這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)表符合第一范式，但是沒有任何一組候選關(guān)鍵字能決定數(shù)據(jù)庫(kù)表的整行，唯一的關(guān)鍵字段用戶名也不能完全決定整個(gè)元組。我們需要增加"發(fā)帖ID"、"回復(fù)ID"字段，即將表修改為：
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用戶名
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email
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主頁
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電話
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聯(lián)系地址
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發(fā)帖ID
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發(fā)帖標(biāo)題
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發(fā)帖內(nèi)容
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回復(fù)ID
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回復(fù)標(biāo)題
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回復(fù)內(nèi)容
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這樣數(shù)據(jù)表中的關(guān)鍵字(用戶名，發(fā)帖ID，回復(fù)ID)能決定整行：
(用戶名,發(fā)帖ID,回復(fù)ID) → (email,主頁,電話,聯(lián)系地址,發(fā)帖標(biāo)題,發(fā)帖內(nèi)容,回復(fù)標(biāo)題,回復(fù)內(nèi)容)
但是，這樣的設(shè)計(jì)不符合第二范式，因?yàn)榇嬖谌缦聸Q定關(guān)系：
(用戶名) → (email,主頁,電話,聯(lián)系地址)
(發(fā)帖ID) → (發(fā)帖標(biāo)題,發(fā)帖內(nèi)容)
(回復(fù)ID) → (回復(fù)標(biāo)題,回復(fù)內(nèi)容)
即非關(guān)鍵字段部分函數(shù)依賴于候選關(guān)鍵字段，很明顯，這個(gè)設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致大量的數(shù)據(jù)冗余和操作異常。
我們將數(shù)據(jù)庫(kù)表分解為（帶下劃線的為關(guān)鍵字）：
（1） 用戶信息：用戶名，email，主頁，電話，聯(lián)系地址
（2） 帖子信息：發(fā)帖ID，標(biāo)題，內(nèi)容
（3） 回復(fù)信息：回復(fù)ID，標(biāo)題，內(nèi)容
（4） 發(fā)貼：用戶名，發(fā)帖ID
（5） 回復(fù)：發(fā)帖ID，回復(fù)ID
這樣的設(shè)計(jì)是滿足第1、2、3范式和BCNF范式要求的，但是這樣的設(shè)計(jì)是不是最好的呢？
不一定。
觀察可知，第4項(xiàng)"發(fā)帖"中的"用戶名"和"發(fā)帖ID"之間是1：N的關(guān)系，因此我們可以把"發(fā)帖"合并到第2項(xiàng)的"帖子信息"中；第5項(xiàng)"回復(fù)"中的 "發(fā)帖ID"和"回復(fù)ID"之間也是1：N的關(guān)系，因此我們可以把"回復(fù)"合并到第3項(xiàng)的"回復(fù)信息"中。這樣可以一定量地減少數(shù)據(jù)冗余，新的設(shè)計(jì)為：
（1） 用戶信息：用戶名，email，主頁，電話，聯(lián)系地址
（2） 帖子信息：用戶名，發(fā)帖ID，標(biāo)題，內(nèi)容
（3） 回復(fù)信息：發(fā)帖ID，回復(fù)ID，標(biāo)題，內(nèi)容
數(shù)據(jù)庫(kù)表1顯然滿足所有范式的要求；
數(shù)據(jù)庫(kù)表2中存在非關(guān)鍵字段"標(biāo)題"、"內(nèi)容"對(duì)關(guān)鍵字段"發(fā)帖ID"的部分函數(shù)依賴，即不滿足第二范式的要求，但是這一設(shè)計(jì)并不會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)冗余和操作異常；
數(shù)據(jù)庫(kù)表3中也存在非關(guān)鍵字段"標(biāo)題"、"內(nèi)容"對(duì)關(guān)鍵字段"回復(fù)ID"的部分函數(shù)依賴，也不滿足第二范式的要求，但是與數(shù)據(jù)庫(kù)表2相似，這一設(shè)計(jì)也不會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)冗余和操作異常。
由此可以看出，并不一定要強(qiáng)行滿足范式的要求，對(duì)于1：N關(guān)系，當(dāng)1的一邊合并到N的那邊后，N的那邊就不再滿足第二范式了，但是這種設(shè)計(jì)反而比較好！
對(duì)于M：N的關(guān)系，不能將M一邊或N一邊合并到另一邊去，這樣會(huì)導(dǎo)致不符合范式要求，同時(shí)導(dǎo)致操作異常和數(shù)據(jù)冗余。
對(duì)于1：1的關(guān)系，我們可以將左邊的1或者右邊的1合并到另一邊去，設(shè)計(jì)導(dǎo)致不符合范式要求，但是并不會(huì)導(dǎo)致操作異常和數(shù)據(jù)冗余。
結(jié)論
滿足范式要求的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)清晰的，同時(shí)可避免數(shù)據(jù)冗余和操作異常。這并意味著不符合范式要求的設(shè)計(jì)一定是錯(cuò)誤的，在數(shù)據(jù)庫(kù)表中存在1：1或1：N關(guān)系這種較特殊的情況下，合并導(dǎo)致的不符合范式要求反而是合理的。
在我們?cè)O(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)的時(shí)候，一定要時(shí)刻考慮范式的要求。