數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)06-設(shè)計數(shù)據(jù)完整性

第6講設(shè)計數(shù)據(jù)完整性

一、關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計要點1關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述2規(guī)劃關(guān)系數(shù)據(jù)庫3設(shè)計數(shù)據(jù)完整性概述二、數(shù)據(jù)庫表的規(guī)范化1概論2規(guī)范化的必要性3到第一范式的轉(zhuǎn)換4到其次范式的轉(zhuǎn)換5到第三范式的轉(zhuǎn)換本講參考書目：1[美]Rob,P.Coonel,C.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計、實現(xiàn)與管理（第5版）.陳立軍等譯.電子工業(yè)出版社，2004.32[美]Ramakrishnan,R.Gehrke,J.數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)原理與設(shè)計（第3版）.周立柱等譯.北京：清華高校出版社，2004.31關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計概述DBMS從產(chǎn)生直至發(fā)展到現(xiàn)在,出現(xiàn)了多種類型.按其數(shù)據(jù)模型來分，主要有層次數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫.前兩者在六七十年頭較為流行，然而他們表示數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系太過于困難，現(xiàn)在已經(jīng)很少運用，只是在講解數(shù)據(jù)庫的時候才有所提及.關(guān)系數(shù)據(jù)庫以關(guān)系的數(shù)學(xué)理論為基礎(chǔ)，是數(shù)據(jù)庫技術(shù)的一項重大突破.一、

關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計要點

關(guān)系數(shù)據(jù)庫簡潔嚴(yán)謹(jǐn)，二十多年來有了長足發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)成為事實上的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)今幾乎全部的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品都是基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫的.數(shù)據(jù)庫設(shè)計是數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的一個關(guān)鍵因素,設(shè)計結(jié)構(gòu)合理、功能齊全的數(shù)據(jù)庫對于提高數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序的開發(fā)效率和程序的性能都是非常重要的.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)模式，建立數(shù)據(jù)庫，使其能夠有效地存儲數(shù)據(jù)記錄，并能滿足各種應(yīng)用需求.對于一個數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用來說，數(shù)據(jù)庫設(shè)計是它的一個核心部分，但對于大型的軟件系統(tǒng)設(shè)計來說,它只是其中一個部分.數(shù)據(jù)庫設(shè)計的過程可以分為6步.(1)需求分析(2)概念數(shù)據(jù)庫設(shè)計(3)邏輯數(shù)據(jù)庫設(shè)計(4)模式的細(xì)化(5)物理數(shù)據(jù)庫設(shè)計(6)應(yīng)用與平安設(shè)計2規(guī)劃關(guān)系數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)庫規(guī)劃是全部數(shù)據(jù)庫編程的第一步,也是最重要的一步.首先，列出客戶所關(guān)切的全部數(shù)據(jù)和建立這個數(shù)據(jù)庫的主要目的.這可以通過收集各種相關(guān)的數(shù)據(jù)報表和表格來完成.需求分析是數(shù)據(jù)庫設(shè)計的第一階段，不斷的調(diào)查與探討，了解組織機(jī)構(gòu)的狀況，了解部門的業(yè)務(wù)流程等系統(tǒng)需求，對于設(shè)計好數(shù)據(jù)庫是特殊重要的.然后，數(shù)據(jù)表規(guī)劃是整個數(shù)據(jù)庫設(shè)計中技巧性最強(qiáng)的一個步驟.數(shù)據(jù)表要滿足第三范式.規(guī)劃數(shù)據(jù)庫有以下三條基本原則：●數(shù)據(jù)庫中的記錄個數(shù)應(yīng)當(dāng)反映現(xiàn)實世界對象的個數(shù).假如一個對象的實例在現(xiàn)實世界中存在，則在數(shù)據(jù)庫中有且只有一條記錄存在.●每行記錄的字段應(yīng)當(dāng)表達(dá)現(xiàn)實世界對象的屬性.●現(xiàn)實世界對象之間的關(guān)系應(yīng)當(dāng)反映在數(shù)據(jù)庫記錄之間的關(guān)系上.

3設(shè)計數(shù)據(jù)完整性概述

關(guān)系數(shù)據(jù)庫的目的是建立現(xiàn)實世界的模型.基于這一點,用來實施數(shù)據(jù)完整性的規(guī)則和方法無論對于理論和數(shù)據(jù)庫開發(fā)的實踐都很重要.數(shù)據(jù)完整性是指存儲在數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)的正確性和相容性.設(shè)計數(shù)據(jù)完整性的目的是為了防止數(shù)據(jù)庫中存在不符合語義的數(shù)據(jù),防止錯誤信息的輸入和輸出.數(shù)據(jù)完整性可以分為四類：●實體完整性每個實體都保持惟一性.●值域完整性如何限制向表中輸入值的范圍.●引用完整性(參照完整性)處理數(shù)據(jù)時維護(hù)表之間數(shù)據(jù)的一樣性.●用戶定義的完整性體現(xiàn)實際運用的業(yè)務(wù)規(guī)則.●實體完整性每一個實體都必需擁有一個主鍵或者其他的惟一標(biāo)識列.要求：全部的主鍵項都是唯一的，并且主鍵的任何部分都不能為空.目的：保證每個實體有惟一的標(biāo)識，確保外鍵值可以正確地引用主鍵值.例子：發(fā)貨單沒有重復(fù)的號碼，號碼也不能為空.●參照完整性要求：外鍵可能是空---只要它不是它自己所在的表的主鍵的一部分---每個非null外鍵值必需參照已經(jīng)存在的主鍵值.目的：不能有無效的項.例子：客戶可以沒有給定的代理商號碼，但是不能有無效的代理商號碼.SQLServer供應(yīng)的用來實施數(shù)據(jù)完整性的途徑主要是:約束(constraint)標(biāo)識列(identitycolumn)默認(rèn)值(default)規(guī)則(rule)觸發(fā)器(trigger)數(shù)據(jù)類型(datatype)索引(index)存儲過程(storedprocedure)●約束完整性約束完整性是指數(shù)據(jù)的正確性和完備性.在用INSERT、DELETE、UPDATE語句修改數(shù)據(jù)庫內(nèi)容時，數(shù)據(jù)的完整性可能會遭到破壞，有如下幾種狀況：---無效的數(shù)據(jù)被添加到數(shù)據(jù)庫中，如某訂單所指的產(chǎn)品不存在.---對數(shù)據(jù)庫的修改不一樣，如為某產(chǎn)品增加了訂單，但卻沒有調(diào)整產(chǎn)品的庫存信息.---將存在的數(shù)據(jù)修改為無效的數(shù)據(jù).在SQLServer中實現(xiàn)數(shù)據(jù)完整性的方法之一就是約束.運用這種方法簡潔且不簡潔出錯，它把完整性的要求定義在表和列上.所謂約束，是SQLServer強(qiáng)制實行的應(yīng)用規(guī)則，它能夠限制用戶存放到表中的數(shù)據(jù)的格式和范圍.約束是在CREATETABLE、ALTERTABLE語句中，通過CONSTRAINT和DEFAULT實現(xiàn).

1概論好的數(shù)據(jù)庫設(shè)計須要好的表結(jié)構(gòu).本節(jié)我們將學(xué)習(xí)如何評價和設(shè)計好的數(shù)據(jù)庫表，限制數(shù)據(jù)冗余，從而避開數(shù)據(jù)異樣，這就是規(guī)范化.為了識別和鑒賞好的表結(jié)構(gòu)的特性，考察一個不好的表結(jié)構(gòu)是很有用的.利用這種方法，我們將學(xué)會如何設(shè)計好的表結(jié)構(gòu)，如何修改已有的不好的表結(jié)構(gòu).二、數(shù)據(jù)庫表的規(guī)范化通過規(guī)范化不僅可以消退數(shù)據(jù)異樣，而且適當(dāng)規(guī)范化的表結(jié)構(gòu)事實上要比沒有規(guī)范化的來得簡潔，它還能反映出一個組織的實際運行狀況.擁有好的關(guān)系數(shù)據(jù)庫軟件，并不足以避開數(shù)據(jù)冗余.即使在一個好的數(shù)據(jù)庫設(shè)計中,也有可能生成不好的表結(jié)構(gòu).那么，如何識別不好的表結(jié)構(gòu)，如何創(chuàng)建好的表結(jié)構(gòu)呢？兩個問題的答案都是基于規(guī)范化的.規(guī)范化是給實體支配屬性的過程.它能夠削減但不能夠消退數(shù)據(jù)冗余；相反，它通過生成有限制的冗余來連接數(shù)據(jù)庫表.規(guī)范化通過一系列稱為范式的階段來完成.最前面的三個階段分別叫做第一范式(1NF)、其次范式(2NF)和第三范式(3NF).從結(jié)構(gòu)化的觀點來看，2NF比1NF好，3NF比2NF好.對于大多數(shù)的事物數(shù)據(jù)庫設(shè)計，我們只要能規(guī)范到3NF就已經(jīng)足夠了.雖然規(guī)范化是數(shù)據(jù)庫設(shè)計的一個重要組成部分，但是并不是規(guī)范化級別越高越好.通常,范式級別越高，產(chǎn)生制定輸出所要求的連接就越多，系統(tǒng)對終端用戶懇求的響應(yīng)就越慢.我們考察某建筑公司的一個簡潔數(shù)據(jù)庫行為.該公司管理幾個建筑項目，每個項目都有它自己的項目號、項目名、員工等屬性，每個員工有員工號、姓名和職位級別等屬性.公司依據(jù)每個合同須要花費的小時數(shù)來向客戶收費.每小時的酬勞由員工的職位確定.該應(yīng)用周期性地生成信息報表.由這個報表對應(yīng)地生成一個表.2

規(guī)范化的必要性這個表的結(jié)構(gòu)不符合完整性的要求，它也沒有很好的處理數(shù)據(jù).①項目號（PROJ_NUM）很明顯是希望作為一個主碼，或者至少是主碼的一部分，但是它包含空值.②表的數(shù)據(jù)輸入引起數(shù)據(jù)的不一樣.如，Elect.Engineer可能寫成Elect.Eng,El.Eng,EE.③該表中有數(shù)據(jù)冗余，會產(chǎn)生異樣：更新異樣:如修改105號的JOB_CLASS.插入異樣，刪除異樣.當(dāng)把某員工支配到某項目時,重復(fù)輸入數(shù)據(jù).●消退組重復(fù)在作為主碼的列中加入合適的項即可.●主碼應(yīng)能恰當(dāng)?shù)亍⑽┮坏卮_定任何屬性值取主碼為PROJ_NUM和EMP_NUM的組合.這樣得到了符合第一范式的表.3到第一范式的轉(zhuǎn)換PROJ_NUM

PROJ_NAME

EMP_NUMEMP_NAMEJOB_CLASSCHG_HOUR

HOUR部分依賴部分依賴傳遞依賴術(shù)語1NF描述了如下的表格式：●定義了全部的碼屬性.●表中沒有重復(fù)組.●全部的屬性都依靠于主碼.全部的關(guān)系表都屬于1NF.上圖所示的第一范式的表結(jié)構(gòu)的問題是它包含部分依靠,也就是說，基于部分主碼的依靠.雖然有時為了提高性能須要運用部分依靠,但要謹(jǐn)慎運用.因為這樣的表仍有數(shù)據(jù)冗余(由每行記錄都要求有數(shù)據(jù)副本而產(chǎn)生),重復(fù)輸入使效率很低，也會助長數(shù)據(jù)異樣的產(chǎn)生.一個表屬于其次范式是指：●它屬于1NF.●它不包含部分依靠，即，沒有屬性只依賴于主碼的一部分.到其次范式的轉(zhuǎn)換是，將原表分為三個表:PROJCT(PROJ_NUM,PROJ_NAME)EMPLOYEE(EMP_NUM,EMP_NAME,JOB_CLASS,CHG_HOUR)ASSIGN(PROJ_NUM,EMP_NUM,ASSIGN_HOUR)4到其次范式的轉(zhuǎn)換將三個表再分出一個表，消退傳遞依靠:EMPLOYEE(EMP_NUM,EMP_NAME,JOB_CLASS)JOB(JOB_CLASS,CHG_HOUR)表屬于第三范式是指：●它屬于2NF.●它不包含傳遞依靠.消退了表結(jié)構(gòu)中的部分依靠