数据库范式与数据库设计

1、数据库范式：
第1范式：属性必须是原子的，不可分的。从实体的角度看就是实体属性的类型只能是基本数据类型，不能是复合数据类型。这一条对于关系数据库来说很容易满足，但对于面向对象数据库来说就不一定了。而且需要特别注意的是数据库范式的考察必须与具体的需求相关，也就是属性的原子性不是绝对的，而是相对于需求的。比如对于学生表（学号，姓名，学校），对于学校这个属性而言，如果我们不需要更进一步的考察，那么学校属性就是原子的，如果需要进一步分解学校这个属性，比如为学校（学校编号，校名，成立日期），那么学校属性就是非原子的。

第2范式：非主属性a不能部分依赖于侯选键R。如果非主属性a部分依赖于侯选键R，则说明这个非主属性和其依赖的主属性集合A(A是R的真子集)在这张表中存在行上的数据重复。比如用户角色关系表(用户ID,角色ID，角色名称),其中(用户ID,角色ID)为侯选键,角色名称依赖于角色ID,就是一种部分依赖,这种设计有4个问题：
1) 是数据存储冗余:在这张表中角色ID和角色姓名存在大量的存储冗余（比如一个角色对应N个用户，则角色名称需要重复存N次).
2)是更新异常：如果某一行的角色姓名被修改，就必须同时更新所有对应角色ID的角色姓名，不能仅仅只更新侯选键所在的行；
3)插入异常：如果新增加一个角色，由于没有选课，则无法录入;
4)删除异常：同样的，如果用户角色关系删除后就可能导致角色信息业被删除；
为了避免上述问题，则可以增加一张表2(角色ID,角色姓名),将用户角色关系表改为(用户ID,角色ID)，就可以消除用户角色关系表中的部分依赖，从而减少数据冗余和异常操作问题。虽然增加一个主键列关系ID,可以消除这种部分依赖，但并不能解决问题的实质：存储冗余和操作异常.
第3范式：在第二范式的基础上，属性不能依赖于其它非主属性。如果一个属性依赖于其它非主属性，一样会存在范式2中所说的几个问题，解决办法同范式2。
BCNF(鲍依斯-科得范式)：若关系模式是第一范式，且每个属性都不传递依赖于关系模式的候选键.很容易证明该范式满足第2范式，因为如果有非主属性a部分依赖于侯选键R1(候选键R)，则很容易得出R->R1->a,即a传递依赖于R，与定义不符合。 同样也可以证明BCNF满足第3范式，因为一个属性如果依赖于其它非主属性，则必然传递依赖于其候选键。其实BCNF表达的是一个关系模式中，任何属性都只能直接依赖于候选键，从消除了主属性对候选键的传递依赖，在第3范式并没有限制主属性不能能依赖于其它主属性。

从上面的范式可以看出，提出范式的根本目的是消除冗余和各种操作异常。但在实际中，并不能会完全满足上述范式，一是出于性能的考虑，通过冗余一定的数据来换取性能上优势或者程序编写上的便利。这种例子比较多，但需要注意的是，冗余的这些数据一般是不需要改动，或者改动非常少的，或者一致性要求可以忽略，而且不会带来操作异常中的插入和删除异常问题，比如订单明细表（订单号，明细序号，产品编码，产品名称）和产品信息表（产品编码，产品名称)还是会有两张表，这种冗余就不会产生插入和删除异常，而且一般产品信息表中的产品名称修改的可能性比较小，订单明细中的产品名称不会修改，更新异常不会太严重，因此这种冗余是可以的，影响就非常小；另外一种情况是根据业务必须冗余的，非常典型的就是带有法律意义的有价证券的设计上，比如合同如果涉及到产品，为了电子版和纸质版一致，那么产品名称和产品ID就都需要保存（当然，在产品一旦使用就不能修改名称的情况下，这种保存就没必要，这里只是为了举例）.还有一种情况就是看起来是不符合范式，但实际上并不违背范式，这主要是一些模板性基础表和业务表之间的冗余。（以上举例中的表设计仅仅是为了举例，不是必然的，在不同的要求下，情况会不一样）。