浅聊数据库设计的三大范式

写在最前

为了建立冗余较小、结构合理的数据库，设计数据库时必须遵循一定的规则。在关系型数据库中，这种规则就是范式。范式是符合某一种级别的关系模式的集合。关系型数据库中的关系必须满足一定的要求，即满足不同的范式。

目前关系型数据库有六种范式，分别为：第一范式（1NF）、第二范式（2NF）、第三范式（3NF）、第四范式（4NF）、第五范式（5NF）和第六范式（6NF）。要求最低的范式是第一范式。第二范式在第一范式的基础上又进一步的添加了要求，其余范式依次类推。

一般说来，数据库只需满足第三范式就行了，而通常我们用的最多的就是第一范式、第二范式、第三范式，也就是接下来要讲的“三大范式”。

第一范式

第一范式（1NF）用来确保每列的原子性，要求每列（或者每个属性值）都是不可再分的最小数据单元（也称为最小的原子单元）。

下表为“不满足第一范式”设计的表：

员工编号	姓名	性别	学历信息
101	张德华	女	本科，南京大学
102	李星驰	男	专科，北京大学
103	马润发	男	硕士，香港大学

在上面的表中，“学历信息”列不满足原子性的要求，即可再分，故不满足第一范式，调整如下：

员工编号	姓名	性别	学历	毕业院校
101	张德华	女	本科	南京大学
102	李星驰	男	专科	北京大学
103	马润发	男	硕士	香港大学

第二范式

第二范式（2NF）在 1NF 的基础上，要求表中的每列都和主键相关，而不能只与主键的某一部分相关（主要针对联合主键而言）。如果一个表满足第一范式，并且除了主键以外的其他列全部都依赖于该主键，那么该表满足第二范式。

下表为 “不满足第二范式” 设计的表：

员工编号	姓名	性别	技能	掌握程度
101	张德华	女	Java	90%
101	张德华	女	Oracle	80%
102	李星驰	男	Java	85%
103	马润发	男	Java	75%
103	马润发	男	Mysql	95%

在上图所示的情况中，同一个员工可能掌握不同技能，因此主键必须是“员工编号”和“技能”联合组成。

这样在该表中掌握程度字段不与该表的主键相关，而仅仅是与技能相关。故不满足第二范式，调整如下：

员工编号	姓名	性别
101	张德华	女
102	李星驰	男
103	马润发	男

员工编号	技能	掌握程度
101	Java	90%
101	Oracle	80%
102	Java	85%
103	Java	75%
103	Mysql	95%

第三范式

第三范式（3NF）在 2NF 的基础上，确保每列都和主键列直接相关，而不是间接相关，即限制列的冗余性。如果一个关系满足第二范式，并且除了主键以外的其他列都依赖于主键列，列和列之间不存在相互依赖关系，则满足第三范式。

下表为 “不满足第三范式” 设计的表：

员工编号	姓名	性别	学历	毕业院校	部门编号	部门名称	部门人数
101	张德华	女	本科	南京大学	d_1	研发一部	10
102	李星驰	男	专科	北京大学	d_2	研发二部	15
103	马润发	男	硕士	香港大学	d_2	研发二部	15

上表中，“部门名称”和“部门人数”是间接相关主键“员工编号”，故不满足第三范式，调整如下：

员工编号	姓名	性别	学历	毕业院校	部门编号
101	张德华	女	本科	南京大学	d_1
102	李星驰	男	专科	北京大学	d_2
103	马润发	男	硕士	香港大学	d_2

部门编号	部门名称	部门人数
d_1	研发一部	10
d_2	研发二部	15

范式化反范式化

在实际的数据库设计中，既要考虑三大范式，避免数据的冗余和各种数据操作异常，又要考虑数据访问性能。为了减少表连接，提高数据库的访问性能，也可以允许适当的数据冗余列，这也许就是最合适的数据库设计方案。

范式化

满足范式的数据库设计，就是范式化。

优点：
- 减少数据冗余；
- 范式化后的表中只有很少的重复数据，更新时只需要更新较少的数据，所以范式化的更新操作比反范式化更快；
- 范式化的表通常比反范式化更小；
缺点：
- 范式化的表在查询时经常需要很多的关联，这回导致性能降低；
- 增加了索引优化的难度；

反范式化

不满足范式的数据库设计，就是反范式化。

优点：
- 可以减少表的关联；
- 可以更好的进行索引优化；
缺点：
- 数据表存在数据冗余及数据维护异常；
- 对数据的修改需要更多的成本；