資料庫規范化

1. 理解什麼是資料庫規范化

規范化理論是將一個不合理的關系模式如何轉化為合理的關系模式理論，規范化理論是圍繞範式而建立的。規范化理論認為，一個關系型資料庫中所有的關系，都應滿足一定的規范。規范化理論把關系應滿足的規范要求分為幾級，滿足最低要求的一級叫做第一範式(1NF)，在第一範式的基礎上提出了第二範式(2NF)，在第二範式的基礎上又提出了第三範式(3NF)，以後又提出了BCNF範式，4NF，5NF。範式的等級越高，應滿足的約束條件也越嚴格。規范的每一級別都依賴於它的前一級別，例如若一個關系模式滿足2NF，則一定滿足1NF。
對以上最簡單的理解就是：資料庫裡面的數據存在多種異常、冗餘或其他有矛盾的地方，而規范化就是消除其中不合適的數據依賴，以解決插入異常、刪除異常、更新異常和數據冗餘問題。為了消除這些問題於是就有了以上幾個範式。

2. 資料庫中為什麼要對關系模式進行規范化

關系模式進行規范化的目地：規范化目的是使結構更合理，消除存儲異常，使數據冗餘盡量小，便於插入、刪除和更新
關系模式進行規范化的原則：遵從概念單一化 "一事一地"原則，即一個關系模式描述一個實體或實體間的一種聯系。規范的實質就是概念的單一化。
關系模式進行規范化的方法：將關系模式投影分解成兩個或兩個以上的關系模式。
要求：分解後的關系模式集合應當與原關系模式"等價"，即經過自然聯接可以恢復原關系而不丟失信息，並保持屬性間合理的聯系。
注意：一個關系模式結這分解可以得到不同關系模式集合，也就是說分解方法不是唯一的。最小冗餘的要求必須以分解後的資料庫能夠表達原來資料庫所有信息為前提來實現。其根本目標是節省存儲空間，避免數據不一致性，提高對關系的操作效率，同時滿足應用需求。實際上，並不一定要求全部模式都達到BCNF不可。有時故意保留部分冗餘可能更方便數據查詢。尤其對於那些更新頻度不高，查詢頻度極高的資料庫系統更是如此。

3. 為什麼資料庫規范化處理

通常情況下，可以從兩個方面來判斷資料庫是否設計的比較規范。一是看看是否擁有大量的窄表，二是寬表的數量是否足夠的少。若符合這兩個條件，則可以說明這個資料庫的規范化水平還是比較高的。當然這是兩個泛泛而談的指標。為了達到資料庫設計規范化的要求，一般來說，需要符合以下五個要求。
要求一：表中應該避免可為空的列。
雖然表中允許空列，但是，空欄位是一種比較特殊的數據類型。資料庫在處理的時候，需要進行特殊的處理。如此的話，就會增加資料庫處理記錄的復雜性。當表中有比較多的空欄位時，在同等條件下，資料庫處理的性能會降低許多。
所以，雖然在資料庫表設計的時候，允許表中具有空欄位，但是，我們應該盡量避免。若確實需要的話，我們可以通過一些折中的方式，來處理這些空欄位，讓其對資料庫性能的影響降低到最少。
一是通過設置默認值的形式，來避免空欄位的產生。如在一個人事管理系統中，有時候身份證號碼欄位可能允許為空。因為不是每個人都可以記住自己的身份證號碼。而在員工報到的時候，可能身份證沒有帶在身邊。所以，身份證號碼欄位往往不能及時提供。為此，身份證號碼欄位可以允許為空，以滿足這些特殊情況的需要。但是，在資料庫設計的時候，則可以做一些處理。如當用戶沒有輸入內容的時候，則把這個欄位的默認值設置為0或者為N/A。以避免空欄位的產生。
二是若一張表中，允許為空的列比較多，接近表全部列數的三分之一。而且，這些列在大部分情況下，都是可有可無的。若資料庫管理員遇到這種情況，筆者建議另外建立一張副表，以保存這些列。然後通過關鍵字把主表跟這張副表關聯起來。將數據存儲在兩個獨立的表中使得主表的設計更為簡單，同時也能夠滿足存儲空值信息的需要。
要求二：表不應該有重復的值或者列。
為了解決這個問題，有多種實現方式。但是，若設計不合理的話在，則會導致重復的值或者列。如我們也可以這么設計，把客戶信息、聯系人都放入同一張表中。為了解決多個聯系人的問題，可以設置第一聯系人、第一聯系人電話、第二聯系人、第二聯系人電話等等。若還有第三聯系人、第四聯系人等等，則往往還需要加入更多的欄位。
所以，在資料庫設計的時候要盡量避免這種重復的值或者列的產生。筆者建議，若資料庫管理員遇到這種情況，可以改變一下策略。如把客戶聯系人另外設置一張表。然後通過客戶ID把供應商信息表跟客戶聯系人信息表連接起來。也就是說，盡量將重復的值放置到一張獨立的表中進行管理。然後通過視圖或者其他手段把這些獨立的表聯系起來。
要求三：表中記錄應該有一個唯一的標識符。
在資料庫表設計的時候，資料庫管理員應該養成一個好習慣，用一個ID號來唯一的標識行記錄，而不要通過名字、編號等欄位來對紀錄進行區分。每個表都應該有一個ID列，任何兩個記錄都不可以共享同一個ID值。另外，這個ID值最好有資料庫來進行自動管理，而不要把這個任務給前台應用程序。否則的話，很容易產生ID值不統一的情況。
要求四：資料庫對象要有統一的前綴名。
一個比較復雜的應用系統，其對應的資料庫表往往以千計。若讓資料庫管理員看到對象名就了解這個資料庫對象所起的作用，恐怕會比較困難。而且在資料庫對象引用的時候，資料庫管理員也會為不能迅速找到所需要的資料庫對象而頭疼。
其次，表、視圖、函數等最好也有統一的前綴。如視圖可以用V為前綴，而函數則可以利用F為前綴。如此資料庫管理員無論是在日常管理還是對象引用的時候，都能夠在最短的時間內找到自己所需要的對象。
要求五：盡量只存儲單一實體類型的數據。
這里將的實體類型跟數據類型不是一回事，要注意區分。這里講的實體類型是指所需要描述對象的本身。筆者舉一個例子，估計大家就可以明白其中的內容了。如現在有一個圖書館里系統，有圖書基本信息、作者信息兩個實體對象。若用戶要把這兩個實體對象信息放在同一張表中也是可以的。如可以把表設計成圖書名字、圖書作者等等。可是如此設計的話，會給後續的維護帶來不少的麻煩。
遇到這種情況時，筆者建議可以把上面這張表分解成三種獨立的表，分別為圖書基本信息表、作者基本信息表、圖書與作者對應表等等。如此設計以後，以上遇到的所有問題就都引刃而解了。
以上五條是在資料庫設計時達到規范化水平的基本要求。除了這些另外還有很多細節方面的要求，如數據類型、存儲過程等等。而且，資料庫規范往往沒有技術方面的嚴格限制，主要依靠資料庫管理員日常工作經驗的累積。