數(shù)據(jù)庫生命周期

1、數(shù)據(jù)庫生命周期數(shù)據(jù)庫的生命周期主要分為四個(gè)階段：需求分析、邏輯設(shè)計(jì)、物理設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)維護(hù)。數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計(jì)， 包括索引的選擇與優(yōu)化、 數(shù)據(jù)分區(qū)等內(nèi)容。這些內(nèi)容也非常豐富，而且可以自成體系，園子里也有很多好文章，故在本系列中不作主要關(guān)注。 本文最后將給出一些鏈接供大家參考。數(shù)據(jù)庫生命周期的四個(gè)階段又能細(xì)分為多個(gè)小步驟，我們配合圖（1）來看看每一小步包含的內(nèi)容。階段1需求分析數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)一樣首先需要進(jìn)行需求分析。我們需要與數(shù)據(jù)的創(chuàng)造者和使用者進(jìn)行訪談。對訪談獲得的信息進(jìn)行整理、分析，并撰寫正式的需求文檔。需求文檔中需包含： 需要處理的數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)的自然關(guān)系；數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)的硬件環(huán)境、 軟件平臺(tái)階段

2、2邏輯設(shè)計(jì)使用ER或UML建模技術(shù)，創(chuàng)建概念數(shù)據(jù)模型圖，展示所有數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)間關(guān)系。最終概 念數(shù)據(jù)模型必須被轉(zhuǎn)化為范式化的表。數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)主要步驟包括：學(xué)習(xí)參考a)概念數(shù)據(jù)建模在需求分析完成后，使用 ER圖或UML圖對數(shù)據(jù)進(jìn)行建模。使用 ER圖或UML圖描述需求中 的語義，即得到了數(shù)據(jù)概念模型( Conceptual Data Model ),例如：三元關(guān)系(ternary relat ionships )、超類(supertypes )、子類(subtypes )等。eg：零售商視角，產(chǎn)品/客戶數(shù)據(jù)庫的ER模型簡圖注：ER圖的含義，以及詳細(xì)標(biāo)記方法將在該系列的下一篇博文中進(jìn)行討論(3)階段

3、 2(a)b)多視圖集成概念數(shù)據(jù)建當(dāng)在大型項(xiàng)目設(shè)計(jì)或多人參與設(shè)計(jì)的情況下，會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)和關(guān)系的多個(gè)視圖。這些視圖必須進(jìn)行化簡與集成，消除模型中的冗余與不一致，最終形成一個(gè)全局的模型。多視圖集成可以使用ER建模語義中的同義詞 (synonyms)、聚合(aggregation)、泛化(generalization) 等方法。多視圖集 成在整合多個(gè)應(yīng)用的場景中也非常重要。eg:集成零售商ER圖與客戶ER圖零售商ER圖如圖(3)所示?？蛻粢暯?，產(chǎn)品/客戶數(shù)據(jù)庫的ER模型簡圖如下：(4)以客戶為關(guān)注點(diǎn)繪制的E注：現(xiàn)在市面上有許多輔助建模工具可以繪制(4)相同語義的 ER圖如下：ER圖。使用 Sybase

4、的PowerDesigner 繪制與圖placesorder其標(biāo)記法與圖(4)中略有不同，這將在今后的博文中加以說明。這里需要指出的是輔助軟件的使用不是設(shè)計(jì)的核心，大家不要被這些工具迷惑。所以后文中我們將主要使用手繪。只要掌握了ER圖的語義，使用這些軟件都不會(huì)是件難事。學(xué)習(xí)參考集成零售商ER圖與客戶ER圖多視圖集成圖（5）階段2（b）c）轉(zhuǎn)化概念數(shù)據(jù)模型為 SQL表根據(jù)映射規(guī)則，把ER圖中的實(shí)體與關(guān)系轉(zhuǎn)化為SQL表結(jié)構(gòu)。在這一過程中我們將識(shí)別冗余的表，并去除這些表。eg：把圖（5）中的 customer, product, salesperson 實(shí)體轉(zhuǎn)化為 SQL 表Customercust

5、-noProductprod-noprod-nameqtn-stock階段2（c）轉(zhuǎn)化概念數(shù)據(jù)模型為SQL表圖（6）create table customer (cust_no integerT cust_name char(15). cust_addr char(30)fd）范式化范式化是數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)中的重要一步。范式化的目標(biāo)是盡可能去除模型中的冗余信息，從而消除關(guān)系模型更新、插入、刪除異常（ anomalies ）。講到范式化就會(huì)引出函數(shù)依賴（Functional Dependency ）這一概念。函數(shù)依賴 （FDs）源自于概念數(shù)據(jù)模型圖，反映了需求分析中的數(shù)據(jù)關(guān)系語義。不同實(shí)體之間的函

6、數(shù)依賴表示各個(gè)實(shí)體唯一鍵之間的依賴。實(shí)體內(nèi)部也有函數(shù)依賴，反映了實(shí)體中鍵屬性與非鍵屬性之間的依賴。在保證數(shù)據(jù)完整性約束的前提下，基于函數(shù)依賴對候選表進(jìn)行范式化（分解、降低數(shù)據(jù)冗余）。eg:對圖（6）中的 Salesperson表進(jìn)行范式化，消除更新異常（ update anomalies ）學(xué)習(xí)參考Salespersonsales-nameaddrdeptjob-levelSales-vacation圖（7）階段2（d）范式化階段3物理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計(jì)包括選擇索引，數(shù)據(jù)分區(qū)與分組等。邏輯設(shè)計(jì)方法學(xué)通過減少需要分析的數(shù)據(jù)依賴，簡化了大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)，這也減輕了數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計(jì)階段的壓力。1

7、.概念數(shù)據(jù)建模和多視圖集成準(zhǔn)確地反映了現(xiàn)實(shí)需求場景2 .范式化在模型轉(zhuǎn)化為 SQL表的過程中保留了數(shù)據(jù)完整性數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計(jì)的目標(biāo)是盡可能優(yōu)化性能。物理設(shè)計(jì)階段，全局表結(jié)構(gòu)可能需要進(jìn)行重構(gòu)來滿足性能上的需求，這被稱為反范式化。反范式化的步驟包括：1 .辨別關(guān)鍵性流程，如頻繁運(yùn)行、大容量、高優(yōu)先級的處理操作2 .通過增加冗余來提高關(guān)鍵性流程的性能3 .評估所造成的代價(jià)（對查詢、修改、存儲(chǔ)的影響）和可能損失的數(shù)據(jù)一致性階段4數(shù)據(jù)庫的實(shí)現(xiàn)維護(hù)當(dāng)設(shè)計(jì)完成之后，使用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS ）中的數(shù)據(jù)定義語言（DDL ）來創(chuàng)建數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建完成后，應(yīng)用程序或用戶可以使用數(shù)據(jù)操作語言（ DML ）來使

8、用（查詢、修改 等）該數(shù)據(jù)庫。一旦數(shù)據(jù)庫開始運(yùn)行， 就需要對其性能進(jìn)行監(jiān)視。當(dāng)數(shù)據(jù)庫性能無法滿足要求或用戶提出新的功能需求時(shí)，就需要對該數(shù)據(jù)庫進(jìn)行再設(shè)計(jì)與修改。這形成了一個(gè)循環(huán)：監(jiān)視-> 再設(shè)計(jì)-> 修改-> 監(jiān)視。學(xué)習(xí)參考在進(jìn)行數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)之前，我們先回顧一下關(guān)系數(shù)據(jù)庫的相關(guān)基本概念。這里只做一個(gè)提綱挈領(lǐng)的簡介，大家可以根據(jù)相應(yīng)的線索進(jìn)行擴(kuò)展。表、行、列關(guān)系數(shù)據(jù)庫可以想象成表的集合，每個(gè)表包含行與列。(可以想象成一個(gè) Excel workbook ,包含多個(gè)worksheet )。表在關(guān)系代數(shù)中被稱為關(guān)系，這也是關(guān)系數(shù)據(jù)庫名稱的起源(不要與表之間的外鍵關(guān)系混淆)。列在關(guān)系代數(shù)

9、中被稱為屬性(attribute )。列中允許存放的值的集合稱為列的域(域與數(shù)據(jù) 類型密切相關(guān)，但并不完全相同)。行在關(guān)系代數(shù)中的學(xué)名是元組(tuple )。關(guān)系數(shù)據(jù)庫的理論基礎(chǔ)來自于關(guān)系代數(shù)但在關(guān)系代數(shù)中，一個(gè)集合的各個(gè)元組沒有次序的概念，在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中為了方便使用，定義了行的次序。鍵、索引鍵是一種約束，目的是保證數(shù)據(jù)完整性1 .復(fù)合鍵(Compound key):由多個(gè)數(shù)據(jù)列組成的鍵2 .超鍵(Superkey ):列的集合，其中任何兩行都不會(huì)完全相同3 .候選鍵(Candidate key):首先是一個(gè)超鍵，同時(shí)這個(gè)超鍵中的任何列的缺失都會(huì)破壞行的 唯一性4 .主鍵(Primary ke

10、y):指定的某個(gè)候選鍵索引是數(shù)據(jù)的物理組織形式，目的是提高查詢的性能約束基本約束not null constraint, domain constraint檢查約束(Check Constraints )eg: Salary > 0主鍵約束(Primary Key Constraints )實(shí)體完整性(entity integrity ),沒有兩條記錄是完全相同的，組成主鍵的字段不能為null學(xué)習(xí)參考唯一性約束(Unique Constraints )外鍵約束(Foreign Key Constraints )也被稱為引用完整性約束，eg:Major IDMajor NameComputerSccencefeycholog/關(guān)系數(shù)據(jù)庫操作1 .選擇(Selection )2 .映射 P Projection )3