理解Oracle数据库设计的三大范式

爱被打了一巴掌 2022-05-19 07:54 156阅读 0赞

**目录**

什么是数据库设计范式？

数据库设计范式的好处和不足

一、第一范式（1NF）

二、第二范式（2NF）

三、第三范式（3NF）

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### 什么是数据库设计范式？ ###

我们**设计数据库的目的**是什么？当然是为了我们**使用**起来**方便**，**管理**起来**方便**等等。这样，我们就需要一套**科学的**、**规则的规范**来满足它。

**范式**的英文名称是 Normal Form，它是英国人 E.F.Codd（关系数据库的老祖宗）在上个世纪70年代提出**关系数据库模型**后总结出来的，**范式**是**关系数据库理论**的**基础**，也是我们在设计数据库结构过程中所要遵循的**规则**和**指导方法**。目前有迹可寻的共有8种范式，依次是：1NF，2NF，3NF，BCNF，4NF，5NF，DKNF，6NF。通常所用到的只是前三个范式，即：第一范式（1NF），第二范式（2NF），第三范式（3NF）。

### 数据库设计范式的好处和不足 ###

**好处：**数据库的设计范式是**数据库设计**所需要满足的**规范**，刚刚也说过，它是为了满足我们**使用**和**管理**的需要，由此可见，它是对原先数据的优化，使我们处理数据更为便利。

**不足：**数据往往种类繁多，而且每种数据之间又**互相关联**，因此，在设计数据库时，所需要满足的范式越多，那表的层次及结构也就越复杂，最终造成数据的处理困难。这样，还不如不满足这些范式呢。所以在使用范式的时候也要细细斟酌，是否一定要使用该范式，必须根据实际情况做出选择。一般情况下，我们使用前三个范式已经够用了，不再使用更多范式，就能完成对数据的优化，达到最优效果。

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### 一、第一范式（1NF） ###

规范定义：第一范式是指数据库表中的每一列都是不可分割的基本数据项；同一列中不能有多个值，即实体中的某个属性不能有多个值**或者**不能有重复的属性。

有两个点：**实体的属性**的不可分割性（原子性）、**实体的属性**的不重复性 **/ **不能有多个值。

解释一下实体和属性：就好比一个客户（实体），他有姓名（属性），年龄（属性），电话（属性），地址（属性）等属性。说通俗点就是**表中的一行数据**。

1.**实体的属性**的不可分割性（原子性）

这个说的就是实体的属性不可再分，就好比一个人的电话号码分为三种：手机号码、家庭电话以及办公电话。这样，我们在设计表时，就不能这样设计：

<table style="width:500px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>Name</td> 
   <td>Class</td> 
   <td>Age</td> 
   <td>Sex</td> 
   <td>Tel</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>ZhangSan</td> 
   <td>1</td> 
   <td>20</td> 
   <td>man</td> 
   <td>111</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>LiSi</td> 
   <td>2</td> 
   <td>20</td> 
   <td>woman</td> 
   <td>222</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>WangWu</td> 
   <td>3</td> 
   <td>20</td> 
   <td>man</td> 
   <td>333</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

而应该这样设计：

<table style="width:500px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>Name</td> 
   <td>Class</td> 
   <td>Age</td> 
   <td>Sex</td> 
   <td>MobilePhone</td> 
   <td>HomeTel</td> 
   <td>WorkTel</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>ZhangSan</td> 
   <td>1</td> 
   <td>20</td> 
   <td>man</td> 
   <td>111</td> 
   <td>222</td> 
   <td>333</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>LiSi</td> 
   <td>2</td> 
   <td>20</td> 
   <td>woman</td> 
   <td>111</td> 
   <td>444</td> 
   <td>666</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>WangWu</td> 
   <td>3</td> 
   <td>20</td> 
   <td>man</td> 
   <td>222</td> 
   <td>111</td> 
   <td>555</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

2.**实体的属性**的不重复性 **/ **不能有多个值（其实就是一个属性栏里不能出现多个值，毕竟同一个属性栏中的值的属性也必然是一样的）

即不能出现多个或者是重复的实体的属性。注意，这里是**属性**的不重复或单一性，什么叫属性不重复？打个比方，如**手机号码、家庭电话以及办公电话三者都属于电话号码这一属性，**而当我们在设计表时，**在电话号码这一属性中就可能会出现这个人的三个号码，刚也说了，这三个号码都属于电话号码这一属性，因此属于相同属性，这样就违反了实体的属性的不重复性**这一特性。**又因为三个号码出现在了同一个属性中，因此也就同时违反了****实体的属性不能有多个值**这一特性。

例如：

<table style="width:500px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>Name</td> 
   <td>Class</td> 
   <td>Age</td> 
   <td>Sex</td> 
   <td>Tel</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>ZhangSan</td> 
   <td>1</td> 
   <td>20</td> 
   <td>man</td> 
   <td>111,222,333</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>LiSi</td> 
   <td>2</td> 
   <td>20</td> 
   <td>woman</td> 
   <td>111,444,666</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>WangWu</td> 
   <td>3</td> 
   <td>20</td> 
   <td>man</td> 
   <td>222,111,555</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

显然，我们可以看到，Tel这一栏存放的是客户的联系电话，但是对于每个客户而言，他们都具有三个电话（手机号码、家庭电话以及办公电话），这样，我们在设计时就不能将这三个相同的属性放在同一个属性列表当中，因此，上面这张表违反了数据库设计的第一范式。具体解决方案如下：

<table style="width:500px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>Name</td> 
   <td>Class</td> 
   <td>Age</td> 
   <td>Sex</td> 
   <td>TelNum</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>ZhangSan</td> 
   <td>1</td> 
   <td>20</td> 
   <td>man</td> 
   <td>1</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>LiSi</td> 
   <td>2</td> 
   <td>20</td> 
   <td>woman</td> 
   <td>2</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>WangWu</td> 
   <td>3</td> 
   <td>20</td> 
   <td>man</td> 
   <td>3</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

如果出现重复的属性，就可能需要定义一个新的实体，新的实体由重复的属性构成，新实体与原实体之间为一对多关系。第一范式的模式要求属性值不可再分裂成更小部分，即属性项不能是属性组合或是由一组属性构成。

<table style="width:500px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>TelNum</td> 
   <td>MobilePhone</td> 
   <td>HomeTel</td> 
   <td>WorkTel</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>1</td> 
   <td>111</td> 
   <td>222</td> 
   <td>333</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>2</td> 
   <td>111</td> 
   <td>444</td> 
   <td>666</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>3</td> 
   <td>222</td> 
   <td>111</td> 
   <td>555</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

1NF是关系模式应具备的**最起码的条件**，如果数据库设计不能满足第一范式，就不能被称为关系型数据库。也就是说，只要是关系型数据库，就一定要满足第一范式。

### 二、第二范式（2NF） ###

**是在第一范式（ 1NF） 的基础上建立起来的，即满足第二范式（ 2NF）必须先满足第一范式（ 1NF）。**

规范定义：如果关系模型R为第一范式，并且数据库表中不存在非关键字段对任一候选关键字段的**部分函数依赖**，即符合第二范式。R中的每一个非主属性**完全函数依赖**于R的某个候选键，则称R为第二范式(如果A是关系模式R的候选键的一个属性，则称A是R的主属性，否则称A是R的非主属性)。

主属性：存在于所有候选键中的属性，称之为主属性。

候选键（候选关键字段）：就是可以区别一个个实体的**最少**属性组合，是每个实体的**唯一标识**。一个表可能有**多个候选键**，从这些候选键中**选择一个作为主键**。

部分函数依赖：一个属性与另一个属性不完全相关。

完全函数依赖：一个属性与另一个属性完全相关。（下面会详细解释）

比如，一个学生信息表，其中每一个学生都拥有Id,Name,Age,Sex,Add等属性，我们假设Id存放的是学生的身份证号码，这样Id就可以作为每个学生的唯一标识，那么这个Id就可以被称为候选键。又因为它作为每个学生的唯一标识，那么我们可以理解为它与其他属性完全相关，这就是完全函数依赖。

这时，我们假设Id和Name作为学生的唯一标识，也就是候选键，这样做显然是不行的。因为即使去掉Name，我们也同样可以确定一个学生，也就是说，作为候选键的属性组合，必须都有自己的作用。而且，假设又出现了一个字段（属性）银行卡号，那么，这个银行卡号仅与Id有关，而不与Name相关，这样，就出现了非关键字段对候选关键字段的部分函数依赖，那么这个属性组合是不符合要求的，应当重新选择。

举个例子：

<table style="width:500px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>学号</td> 
   <td>课程号</td> 
   <td>姓名</td> 
   <td>课程名</td> 
   <td>专业</td> 
   <td>成绩</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>01</td> 
   <td>0001</td> 
   <td>ZhangSan</td> 
   <td>英语</td> 
   <td>计科</td> 
   <td>99</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>02</td> 
   <td>0002</td> 
   <td>LiSi</td> 
   <td>数学</td> 
   <td>软件</td> 
   <td>98</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>03</td> 
   <td>0002</td> 
   <td>WangWu</td> 
   <td>数学</td> 
   <td>化工</td> 
   <td>99</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

该表中一个学生可以选多门课，一门课有多个学生，学生姓名可能出现重名。因此学号和课程号可以唯一确定一条记录，因此用学号和课程号做主键。表中姓名、专业通过学号就能唯一确定，但是课程名却只与课程号有关，这样就形成了部分函数依赖，违背了第二范式。

违背第二范式将产生数据信息冗余和数据更新异常的问题。

1.数据信息冗余：出现了重复的课程号-课程名。

2.数据更新异常：假如现在有一门“计算机导论”要加入表中，但是由于没有学生考这一门课，那么这么课程就不能加入到表中（只有课程号和课程名而没有其他信息）。

解决办法：将其分为三种关系模式：学生表、课程表和成绩表

学生表：

<table style="width:329px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="width:79px;">学号</td> 
   <td style="width:164px;">姓名</td> 
   <td style="width:83px;">专业</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:79px;">01</td> 
   <td style="width:164px;">ZhangSan</td> 
   <td style="width:83px;">计科</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:79px;">02</td> 
   <td style="width:164px;">LiSi</td> 
   <td style="width:83px;">软件</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:79px;">03</td> 
   <td style="width:164px;">WangWu</td> 
   <td style="width:83px;">化工</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

课程表：

成绩表：

### 三、第三范式（3NF） ###

规范定义：在满足第二范式的基础上，在实体中不存在非主键属性**传递函数依赖**于主键属性。

**传递函数依赖**：A依赖于B，B依赖于C，就可以说A依赖C。

第三范式具有如下特征：

1. 每一列（属性）只有一个值。（1NF）

2. 每一行都能区分。（2NF）

3. 每一个表都不包含其他表已经包含的非主关键字信息。通俗的说：就是表中每一列都要与主键直接相关，而不是间接相关。

就比如上面的例子中，在成绩表中可以出现学号，但是不能出现与学号相关的其他信息，就是这个意思。