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规范与反规范设计数据库

第一是规范化。范式是符合某一级别的关系模式的集合,根据约束条件的不同,一般有1NF, 2NF, 3NF三种范式。规范化理论是围绕这些范式而建立的。规范化的基本思想是逐步消除数据依赖中不合适的部分,使模式中的各关系模式达到某种程度的“分离”,即采用“一事一地”的模式设计原则,因此,所谓规范化实质上就是概念的单一化。数据库中数据规范化的优点是减少了数据冗余,节约了存储空间,相应逻辑和物理的I/0次数减少,同时加快了增、删、改的速度。但是一个完全规范化的设计并不总能生成最优的性能,因为对数据库查询通常需要更多的连接操作,从而影响到查询的速度。故有时为了提高某些查询或应用的性能而有意破坏规范规则,即反规范化。

    第二是反规范化。是否规范化的程度越高越好呢?答案是否定的,应根据实际需要来决定,因为“分离”越深,产生的关系越多,结构越复杂。关系越多,连接操作越频繁,而连接操作是最费时间的,在数据库设计中特别对以查询为主的数据库设计来说,频繁的连接会严重影响查询速度。所以,在数据库的设计过程中有时故意保留非规范化约束,或者规范化以后又反规范,这样做通常是为了改进数据库的查询性能,加快数据库系统的响应速度。

    在进行反规范设计之前,要充分考虑数据的存取需求,常用表的大小、特殊的计算、数据的物理存储等。常用的反规范技术有合理增加冗余列、派生列,或重新组表几种。反规范化的好处是降低连接操作的需求、降低外码和索引数目,减少表的个数,从而提高查询速度,这对于性能要求相对较高的数据库系统来说,能有效地改善系统的性能,但相应的问题是可能影响数据的完整性,加快查询速度的同时降低修改速度。

    第三是数据库设计中的优化策略。数据应当按两种类别进行组织:频繁访问的数据和频繁修改的数据。对于频繁访问但是不频繁修改的数据,内部设计应当物理不规范化。对于频繁修改但并不频繁访问的数据,内部设计应当物理规范化。比较复杂的方法是将规范化的表作为逻辑数据库设计的基础,然后再根据整个应用系统的需要,物理地非规范化数据。

    规范与反规范都是建立在实际的操作基础之上的约束,脱离了实际两者都没有意义。只有把两者合理地结合在一起,才能相互补充,发挥各自的优点。首先、合理设计和管理表。分区将数据在物理上分隔开,不同分区的数据可以制定保存在处于不同磁盘上的数据文件里。这样,当对这个表进行查询时,只需要在表分区中进行扫描,而不必进行FTS (Full Table Scan,全表扫描),明显缩短了查询时间,另外处于不同磁盘的分区也将对这个表的数据传输分散在不同的磁盘I/0,一个精心设置的分区可以将数据传输对磁盘I/0竞争均匀地分散开。

    其次、避免出现行连接和行迁移。在建立表时,由于参数pctfreepctused不正确的设置,数据块中的数据会出现行链接和行迁移,也就是同一行的数据不保存在同一的数据块中。如果在进行数据查询时遇到了这些数据,那么为了读出这些数据,磁头必须重新定位,这样势必会大大降低数据库执行的速度。因此,在创建表时,就应该充分估计到将来可能出现的数据变化,正确地设置这两个参数,尽量减少数据库中出现行链接和行迁移。