32、数据库设计：规则与变通

数据库设计：规则与变通

数据库设计的基础理念

在处理数据库中的数据时，我们需要调整思考方式。相较于使用电子表格，将数据存储和使用在实际的数据库中具有更多优势。数据库能让我们更好地控制数据的完整性、一致性和有效性，还提供了几乎无限的数据检索方式，使我们能够获取各种各样的信息。

避免基于RDBMS软件进行设计

许多人在设计数据库时，会不知不觉地陷入仅基于RDBMS软件进行设计的陷阱。他们这么做往往是因为对特定的RDBMS软件比较熟悉且有一定的使用技能。然而，这种方法并不明智，原因如下：
1. 基于RDBMS能力的错误决策 ：可能会根据对RDBMS能做或不能做的感知来做出设计决策。例如，因为认为RDBMS无法实现，就决定不对给定关系施加参与度。
2. RDBMS主导设计 ：会让RDBMS无意中主导数据库的设计，而不是严格根据组织的信息需求来设计。当发现RDBMS对数据库的某些方面（如字段规格和关系特征）支持有限时，这种情况就容易发生。
3. 知识限制设计 ：设计会受到对RDBMS知识的限制。比如，因为不知道如何实现，就不实施关系特征。
4. 技能限制设计 ：设计会受到使用RDBMS技能水平的限制。技能水平会影响数据库各个方面（如字段规格和业务规则）的实施效率和效果。
5. 设计质量问题 ：这种设计方法通常会导致结构设计不当、数据完整性不足、数据不一致和信息不准确等问题。在RDBMS中定义数据库看似容易，但很可能在不知不觉中设计出糟糕的数据库。
6. 不适合组织需求 ：最后，你熟悉和喜爱的RDBMS可能并不适合组织的数据库需求。

正确的设计流程

我们应该始终在不考虑任何RDBMS的情况下设计数据库的逻辑结构。这样做能让我们专注于组织的信息需求，更有可能设计出合理的结构。设计完成后，再明确如何实现数据库（如单用户应用程序、客户端/服务器、基于Web等）以及使用哪种RDBMS来促进实现。

数据库设计知识的重要性

熟悉正确数据库设计基本原则的人，比那些对数据库设计知之甚少的人，能更好地理解RDBMS及其提供的工具。这是因为了解数据库设计的人能够理解RDBMS提供某些工具的原因，以及如何使用这些工具。因此，学习和掌握良好的数据库设计技术对我们非常有好处。

数据库设计规则的变通情况

虽然我们倡导遵循正确的数据库设计技术，但在某些特定情况下，可以考虑变通规则。

可变通规则的情况

1. 设计分析型数据库 ：分析型数据库用于存储和跟踪历史及与时间相关的数据。这种数据库的表结构中通常包含计算字段，这些字段的表达式用于记录特定时刻一组数据的状态，其他字段则存储聚合函数的结果。虽然这种设计违反了正常的数据库设计规则，但由于数据的使用方式，这种违反是可以接受的。不过，建议先正确设计数据库，然后经过慎重考虑后再打破规则，要明确打破规则的原因。
2. 提高处理性能 ：这是人们最常想要打破规则的原因。当RDBMS处理多表查询或复杂报告花费过长时间时，很多人会认为修改底层表结构是解决问题的方法。例如，修改表使其包含查询或报告所需的所有字段。虽然这样做确实能提高处理速度，但会引入新问题，如不必要的重复字段和冗余数据，违反了正确的数据库设计原则。

打破规则的代价

打破规则以提高性能实际上是关于数据完整性的问题。任何为了性能（或其他原因）而打破规则的行为，都会引入数据完整性问题。我们需要思考，处理性能的提升是否值得以降低数据完整性为代价。打破规则可能会带来以下问题：
1. 数据不一致 ：引入不必要的重复字段会导致数据不一致。需要确保这些字段中的数据同步，如果修改了某个重复字段的值，必须对其他重复字段进行相同的修改。
2. 数据冗余 ：重复字段也会导致数据冗余。编辑包含冗余数据的字段时，必须对每个实例进行相同的修改。
3. 数据完整性受损 ：打破规则通常会违反整体数据完整性的一个或多个组件，如表级完整性和关系级完整性。需要尽力弥补这种完整性的缺失。
4. 信息不准确 ：如果数据库存在上述问题，就无法提供准确的信息。

提高性能的其他方法

如果想通过打破规则来提高处理性能，应将其作为最后手段。在此之前，可以尝试以下方法：
1. 增强或升级计算机硬件 ：尽管成本较高，但这是提高处理性能最简单的方法。更快的CPU、更多的内存和更符合需求的打印机，都能大大减少RDBMS处理复杂查询或报告的时间。使用更大的硬盘也有助于提高磁盘密集型查询的检索速度。
2. 优化操作系统软件 ：确保计算机的操作系统针对性能进行了优化，这对于联网计算机尤为重要。通过调整网络配置选项的设置，可以显著提高整体处理性能。具体的修改类型取决于所使用的操作系统软件，需要参考软件文档来确定。
3. 审查数据库结构 ：确保数据库设计正确，设计不佳的数据库会导致处理性能下降。
4. 审查数据库实现 ：检查数据库在RDBMS中的当前实现方式，确保充分利用了RDBMS的功能，并尽可能高效、完整地定义数据库。
5. 审查应用程序 ：仔细检查用于处理数据库的应用程序。应用程序是否编写良好？是否充分利用了RDBMS提供的工具？组件是否定义明确？在某些情况下，报告打印缓慢可能是因为设计不佳，查询运行缓慢可能是因为定义不当。要确保每个查询都定义正确且高效。

记录打破规则的操作

如果经过全面考虑后，认为必须打破规则，那么必须记录每一个打破的规则和采取的每一个行动。记录这些信息很重要，因为它能让我们思考即将采取行动的后果，同时也为数据库结构的更改提供记录。如果后来发现修改没有显著提高处理性能，可以根据记录来恢复修改。需要记录的内容如下：
1. 打破规则的原因 ：如提高处理性能、减少复杂报告的打印时间等，要详细清晰地说明原因。
2. 违反的设计原则 ：记录对数据库设计的更改，以便在性能没有显著改善时能够恢复更改。例如，指出正在更改表的结构。
3. 修改的数据库方面 ：指明要修改的具体字段、表、关系或视图。这些信息在决定恢复修改时会很有价值。
4. 具体修改内容 ：确定要修改的项目后，记录对该项目所做的具体修改。例如，如果需要修改关系，记录对其特征所做的准确更改。
5. 对数据库和应用程序的预期影响 ：对数据库的任何修改都会影响所有相关的终端用户应用程序。例如，更改特定表的结构可能会影响数据完整性、视图结构、基于该表构建的数据输入表单和报告（部分或全部），以及引用该表的宏或编程代码。必须列出所有影响。

将这些记录添加到数据库文档中。即使后来恢复了更改，这些记录也能防止未来再次冲动地尝试相同类型的更改。

总之，数据库设计需要我们在遵循规则和变通规则之间找到平衡。在大多数情况下，遵循正确的设计技术是确保数据库完整性的关键，但在特定情况下，经过深思熟虑的变通也是可以接受的。同时，不断学习和掌握数据库设计技术，将有助于我们更好地应对各种数据库设计挑战。

数据库设计规则变通的决策流程

为了更清晰地展示在什么情况下可以变通数据库设计规则，我们可以通过一个流程图来进行说明。

graph TD
    A[遇到性能或设计问题] --> B{是否为分析型数据库设计}
    B -- 是 --> C[可考虑打破规则，但先正确设计]
    B -- 否 --> D{是否可通过其他方式提高性能}
    D -- 是 --> E[采用其他方式提高性能]
    D -- 否 --> F[慎重考虑打破规则]
    C --> G[记录打破规则的操作]
    F --> G
    E --> H[持续监测性能和数据完整性]
    G --> H
    H -- 性能未显著提升 --> I[根据记录恢复修改]
    H -- 性能提升且数据完整 --> J[维持修改]

这个流程图展示了一个决策过程，当我们在数据库设计或使用中遇到问题时，首先判断是否是分析型数据库设计，如果是，可以考虑打破规则，但要先正确设计数据库。如果不是分析型数据库设计，则考虑是否可以通过其他方式提高性能。如果可以，就采用其他方式；如果不行，则需要慎重考虑打破规则。无论哪种情况，只要打破规则，都需要记录操作。最后，持续监测性能和数据完整性，如果性能未显著提升，就根据记录恢复修改；如果性能提升且数据完整，则维持修改。

打破规则操作记录示例表格

记录项目	详细说明	示例
打破规则的原因	详细清晰地说明打破规则的原因	提高RDBMS处理多表查询的速度
违反的设计原则	记录对数据库设计的更改，便于后续恢复	修改表结构以包含冗余字段，违反了数据冗余控制原则
修改的数据库方面	指明要修改的具体字段、表、关系或视图	修改 Orders 表中的 CustomerID 字段和 OrderDate 字段
具体修改内容	记录对项目所做的准确修改	将 CustomerID 字段的数据类型从 INT 改为 VARCHAR(10) ，在 OrderDate 字段后添加 DeliveryDate 字段
对数据库和应用程序的预期影响	列出所有可能受到影响的方面	影响 Orders 表的数据完整性，可能需要修改相关的数据输入表单和查询语句

这个表格可以帮助我们更规范地记录打破规则的操作，确保在后续需要时能够准确地了解和恢复修改。

总结与展望

数据库设计是一个需要综合考虑多方面因素的过程。我们既要遵循正确的设计原则，确保数据库的结构合理、数据完整，又要在特定情况下灵活变通，以满足实际需求。在面对性能问题时，不能轻易打破规则，而应优先考虑其他可行的方法。如果确实需要打破规则，一定要做好记录，以便后续的调整和维护。

学习数据库设计是一个持续的过程，随着技术的不断发展和业务需求的不断变化，我们需要不断更新知识和技能。通过掌握良好的数据库设计技术，我们能够更好地应对各种挑战，设计出高效、可靠的数据库系统。希望大家在今后的数据库设计实践中，能够灵活运用所学知识，在规则与变通之间找到最佳的平衡点。