数据库必知必会系列：数据库设计范式与反范式

作者：禅与计算机程序设计艺术

1.背景介绍

在数据分析、信息系统建设等业务需求中，数据库往往承担着支撑其运行的基础性角色。不同的数据表之间存在的关系、数据的冗余程度、查询效率、复杂度等因素都影响着数据库的性能、存储空间和维护成本等指标。当面临数据量爆炸式增长时，如何有效地设计和优化数据库，成为企业面临的头号难题。而数据库设计范式正是为了解决这一难题而提出的一种方法论。 范式的概念源自于英国数学家Richard Harper。他认为复杂系统中的很多方面可以用一些简单的规则进行表达，这些规则称作范式。例如线性代数中的向量空间上的任一向量都可以表示为一组系数，那么任一线性方程组可以唯一确定其中任意一个向量的值。因此，线性代数中也就有了向量的“秩－1”范式（row-echelon form）。另一方面，对于关系型数据库而言，范式是一个非常重要的设计原则。它确保数据的一致性和完整性，并降低数据不一致、死锁和空间浪费的风险。 范式通常分为以下几类：

• 一对一范式(One-to-One Normal Form)：要求每一个属性都是不可分割的原子值。如客户表中不能有两个相同的姓名，订单表中不能出现多份相同的商品明细。如果违反了这个范式，会造成数据不一致、插入异常或更新异常等问题。
• 第一范式(First Normal Form)：要求所有主码都必须完全独立于其他列，即没有部分依赖。如学生表中的学号必须与姓名完全无关。如果违反了这个范式，会导致主键重复的问题。
• 第二范式(Second Normal Form)：要求实体的属性都完全依赖于主键，不得再有传递依赖。也就是说，任何非主关键字都不应该依赖于其它非主键关键字。如人员表中，每一条记录都依赖于职工编号，但是职工