数据库设计

引言

我们可能经常遇到“数据库”这个词。这个词承载着很高的重要性。它不仅仅与开发者的视角有关，还经常与非技术群体或社区一起使用。从技术上讲，数据库更像是一个存储术语，用于表示与各种形式数据在同一地方聚集的关系。因此，我们可以将数据库定义为一个有组织的、通常通过计算机系统以电子方式存储和访问的数据集合。本文主要关注数据库设计及其与常见引述术语和方法学的关联。我们将讨论数据库设计中的这些术语，以便理解其中的细节。让我们直接开始吧。

什么是数据库设计？

数据库设计通常可以定义为一组任务或过程，旨在增强企业数据管理系统的设计、开发、实现和维护。设计一个合适的数据库可以降低维护成本，从而提高数据一致性，并在磁盘存储空间方面对成本效益产生重大影响。因此，必须有一个出色的数据库设计理念。设计人员应遵循约束，并决定元素如何关联以及必须存储什么类型的数据。

数据库设计的主要目标是生成拟议数据库系统的物理和逻辑设计模型。具体来说，逻辑模型主要关注数据需求，并且必须在整体考虑的基础上进行，因此存储的物理数据必须独立于物理条件。另一方面，物理数据库设计模型包括对数据库逻辑设计模型的转换，通过数据库管理系统 (DBMS) 等硬件资源和软件系统来控制物理介质。

为什么数据库设计很重要？

在强调数据库设计的重要性时，可以考虑以下几点。

1. 数据库设计提供了数据如何在系统中存储的蓝图。数据库的适当设计极大地影响了任何应用程序的整体性能。
2. 为数据库定义的这些设计原则清楚地表明了应用程序的行为以及请求是如何处理的。
3. 另一个强调数据库设计的例子是，一个良好的数据库设计能够满足用户的所有需求。
4. 最后，如果正确实现了设计高效数据库的约束，应用程序的处理时间将大大缩短。

生命周期

尽管数据库的生命周期不是本文需要深入讨论的重要内容，因为我们专注于数据库设计。但是，在直接进入数据库设计模型之前，了解数据库的整体工作流程和生命周期非常重要。

需求分析

首先，需要规划项目有哪些基本需求，以便在此基础上进行数据库设计。因此，它们可以定义为：

规划 - 此阶段涉及整个 DDLC（数据库开发生命周期）的规划。在继续之前会考虑战略性考量。

系统定义 - 此阶段在规划之后涵盖了适当数据库的边界和范围。

数据库设计

下一步涉及根据用户需求设计数据库，并将它们分解为各种模型，以免对单一方面施加过大的负载或依赖。因此，存在一些以模型为中心的方法，这就是逻辑模型和物理模型发挥关键作用的地方。

物理模型 - 物理模型涉及逻辑模型的实践和实现。

逻辑模型 - 此阶段主要关注基于拟议需求开发模型。整个模型在纸上设计，没有任何实现或采用 DBMS 的考虑。

实施

最后一步涵盖了实现方法，并检查行为是否符合我们的要求。这通过对数据库与不同数据集的持续集成测试以及将数据转换为机器可理解的语言来确保。数据操作主要集中在这些步骤，其中运行查询以检查应用程序设计是否令人满意。

数据转换与加载 - 此部分用于将旧系统的数据导入和转换到新系统。

测试 - 此阶段涉及新实现系统中的错误识别。测试是一个关键步骤，因为它直接检查数据库并与需求规范进行比较。

数据库设计过程

数据库设计过程包含需要牢记的各种概念方法。一个理想的、结构良好的数据库设计必须能够

1. 通过消除冗余数据来节省磁盘空间。
2. 维护数据的完整性和准确性。
3. 以有用的方式提供数据访问。
4. 比较逻辑和物理数据模型。

逻辑

逻辑数据模型通常尽可能详细地描述数据，而无需担心数据库中的物理实现。逻辑数据模型的特征可能包括

1. 所有实体以及它们之间的关系。
2. 每个实体都有明确定义的属性。
3. 指定每个实体的主键。
4. 指定用于标识不同实体之间关系的外键。
5. 在此级别进行规范化。

可以使用以下方法设计逻辑模型

1. 指定所有具有主键的实体。
2. 指定不同实体之间的并发关系。
3. 确定每个实体的属性。
4. 解决多对多关系。
5. 执行规范化过程。

此外，遵循上述方法后，一个重要的因素是根据需求收集来批判性地检查设计。如果严格遵循上述步骤，则有可能创建一个遵循原生方法的、高效的数据库设计。

要理解这些要点，请参阅下图以获得更清晰的图像。

如果我们对照上图所示的逻辑数据模型和图中的一些示例数据进行比较，我们可以得出结论：在概念数据模型中，没有主键的存在，而在逻辑数据模型中，其所有属性都有主键。此外，逻辑数据模型涵盖了不同实体之间的关系，并为外键建立了它们之间的关系留有空间。

物理

物理数据模型通常代表设计数据库的方法或概念。物理数据模型的主要目的是显示所有表的结构，包括列名、列数据类型、约束、键（主键和外键）以及表之间的关系。以下是物理数据模型的特征

1. 指定所有列和表。
2. 指定通常定义表之间关系的外键。
3. 根据用户需求，可能会发生反规范化。
4. 由于考虑了物理因素，因此与逻辑模型相比，存在直接的差异。
5. 物理模型可能因不同的 RDBMS 而异。例如，MySQL 和 SQL Server 中的数据类型列可能不同。

在设计物理数据模型时，应考虑以下几点

1. 将实体转换为表。
2. 将定义的关系转换为外键。
3. 将数据属性转换为列。
4. 根据物理需求修改数据模型约束。

将此物理数据模型与之前的逻辑模型进行比较，我们可以得出差异：在物理数据库中，实体名称被视为表名称，属性被视为列名称。此外，物理模型中定义了每列的数据类型，具体取决于实际使用的数据库。

词汇表

实体 - 数据库中的实体可以定义为我们保存在数据库中的抽象数据。例如，客户、产品。

属性 - 属性是数据的详细形式，包含长度、名称、价格等实体。

关系 - 关系可以定义为两个实体或图形之间的连接。例如，一个人可以在家庭中与多个人相关。

外键 - 它充当另一个表的主键的引用。外键包含具有值仅存在于其引用的主键列中的值。

主键 - 主键是记录的指针，它是唯一的且非空，用于唯一标识表中的属性。

规范化 - 一个灵活的数据模型需要遵循一定的规则。应用这些规则称为规范化。

总结

数据库设计是一种识别设计适当利用方法的差距和机会的方法。它是系统的主要组成部分，提供了数据及其在系统内行为的蓝图。由于用户需求非常高，并且遵循数据库设计的约束实践，因此一个良好的数据库设计总是被优先考虑，这可能只有机会获得所需的效率。此外，我们还单独学习了不同的设计模型，它们展示了理想的数据库设计，以及对它们的属性进行无限的讨论以及如何使用它们。此外，我们还学习了数据库的生命周期如何决定数据库的设计，以及如何将设计概念融入生命周期方法中，以便根据用户需求设计出高效且高度复杂的数据库。