数据库建表设计六范式介绍

前言

数据库设计六范式

为了建立冗余较小、结构合理的数据库，设计数据库时必须遵循一定的规则。在关系型数据库中这种规则就称为范式。范式是符合某一种设计要求的总结。要想设计一个结构合理的关系型数据库，必须满足一定的范式。

在实际开发中最为常见的设计范式有三个：

1．第一范式（1NF）无重复的列(确保每列保持原子性)

第一范式是最基本的范式。如果数据库表中的所有字段值都是不可分解的原子值，就说明该数据库表满足了第一范式。不满足第一范式（1NF）的数据库就不是关系数据库。
第一范式的合理遵循需要根据系统的实际需求来定。比如某些数据库系统中需要用到“地址”这个属性，本来直接将“地址”属性设计成一个数据库表的字段就行。但是如果系统经常会访问“地址”属性中的“城市”部分，那么就非要将“地址”这个属性重新拆分为省份、城市、详细地址等多个部分进行存储，这样在对地址中某一部分操作的时候将非常方便。这样设计才算满足了数据库的第一范式，如下表所示。

上表所示的用户信息遵循了第一范式的要求，这样在对用户使用城市进行分类的时候就非常方便，也提高了数据库的性能。

2．第二范式（2NF）属性完全依赖于主键 (消除部分子函数依赖，确保表中的每列都和主键相关)

第二范式在第一范式的基础之上更进一层。第二范式需要确保数据库表中的每一列都和主键相关，而不能只与主键的某一部分相关（主要针对联合主键而言）。也就是说在一个数据库表中，一个表中只能保存一种数据，不可以把多种数据保存在同一张数据库表中。第二范式要求数据库表中的每个实例或行必须可以被惟一地区分。为实现区分通常需要为表加上一个列，以存储各个实例的惟一标识。这个惟一属性列被称为主关键字或主键、主码。

比如要设计一个订单信息表，因为订单中可能会有多种商品，所以要将订单编号和商品编号作为数据库表的联合主键，如下表所示。
订单信息表

这样就产生一个问题：这个表中是以订单编号和商品编号作为联合主键。这样在该表中商品名称、单位、商品价格等信息不与该表的主键相关，而仅仅是与商品编号相关。所以在这里违反了第二范式的设计原则。
不符合第二范式，会出现的问题：
(1) 数据冗余：同一个客户下的订单，所属单位和联系方式出现了冗余
(2) 更新异常：如果调整了某个商品的价格，表中所有下单该商品的价格表都需要调整，否则会出现同一商品价格不统一的情况
(3) 插入异常：如果商家新增了一个商品，由于还没有人买过没有订单号，导致表中无法插入这样的信息信息了
(4) 删除异常：如果客户已完成订单，或者客户退货取消订单，就需要删除订单编号，这样又会导致商品信息被删除，问题更大了。
如果把这个订单信息表进行拆分，把商品信息分离到另一个表中，把订单项目表也分离到另一个表中，就非常完美了。

这样设计，在很大程度上减小了数据库的冗余。如果要获取订单的商品信息，使用商品编号到商品信息表中查询即可。

3．第三范式（3NF）属性不依赖于其它非主属性 （消除传递依赖，确保每列都和主键列直接相关,而不是间接相关)

第三范式需要确保数据表中的每一列数据都和主键直接相关，而不能间接相关。数据表中如果不存在非关键字段对任一候选关键字段的传递函数依赖则符合第三范式。简而言之，第三范式就是属性不依赖于其它非主属性。所谓传递函数依赖，指的是如果存在"A → B → C"的决定关系，则C传递函数依赖于A。
因此，满足第三范式的数据库表应该不存在如下依赖关系：
关键字段 → 非关键字段x → 非关键字段y

比如在设计一个订单数据表的时候，可以将客户编号作为一个外键和订单表建立相应的关系。而不可以在订单表中添加关于客户其它信息（比如姓名、所属公司等）的字段。如下面这两个表所示的设计就是一个满足第三范式的数据库表。

这样在查询订单信息的时候，就可以使用客户编号来引用客户信息表中的记录，也不必在订单信息表中多次输入客户信息的内容，减小了数据冗余。
再找一张图，供大家参考一下：

4、BCNF 鲍依斯-科得范式 （针对某一列与复合主键中的某一列有关，而与其他主键无关）

所谓BCNF，是指在第三范式的基础上进一步消除主属性对于码的部分函数依赖和传递依赖。BCNF需要符合3NF，并且，主属性不依赖于主属性。

假设仓库管理关系表为StorehouseManage(仓库ID,存储物品ID,管理员ID,数量)，且有一个管理员只在一个仓库工作；一个仓库可以存储多种物品。这个数据库表中存在如下决定关系：

(仓库ID,存储物品ID) →(管理员ID,数量)

(管理员ID,存储物品ID) → (仓库ID,数量)

所以，(仓库ID,存储物品ID)和(管理员ID,存储物品ID)都是StorehouseManage的候选关键字，表中的唯一非关键字段为数量，它是符合第三范式的。但是，由于存在如下决定关系：

(仓库ID) → (管理员ID)

(管理员ID) → (仓库ID)

即存在关键字段决定关键字段的情况，所以其不符合BCNF范式。它会出现如下异常情况：

(1) 删除异常：

当仓库被清空后，所有"存储物品ID"和"数量"信息被删除的同时，"仓库ID"和"管理员ID"信息也被删除了。

(2) 插入异常：

当仓库没有存储任何物品时，无法给仓库分配管理员。

(3) 更新异常：

如果仓库换了管理员，则表中所有行的管理员ID都要修改。

把仓库管理关系表分解为二个关系表：

仓库管理：StorehouseManage(仓库ID,管理员ID)；

仓库：Storehouse(仓库ID,存储物品ID,数量)。

这样的数据库表是符合BCNF范式的，消除了删除异常、插入异常和更新异常。

又如，有这样一个配件管理表WPE(WNO,PNO,ENO,QNT),其中WNO表示仓库号，PNO表示配件号，ENO表示职工号，QNT表示数量。

有以下约束要求：

（1）一个仓库有多名职工；

（2）一个职工仅在一个仓库工作；

（3）每个仓库里一种型号的配件由专人负责，但一个人可以管理几种配件；

（4）同一种型号的配件可以分放在几个仓库中。

分析表中的函数依赖关系，可以得到：

（1）ENO->WNO;

（2）（WNO，PNO）->QNT

（3）（WNO，PNO）->ENO

（4）（ENO，PNO）->QNT

可以看到，候选键有：（ENO,PNO）;(WNO,PNO)。所以，ENO,PNO,WNO均为主属性，QNT为非主属性。显然，非主属性是直接依赖于候选键的。所以此表满足第三范式。

而我们观察一下主属性：（WNO,PNO）->ENO;ENO->WNO。显然WNO对于候选键（WNO,PNO）存在传递依赖，所以不符合BCNF.

解决这个问题的办法是分拆为两个表：管理表EP（ENO，PNO，QNT）；工作表EW（ENO，WNO）。但这样做会导致函数依赖（WNO,PNO）->ENO丢失。

虽然，不满足BCNF，也会导致一些冗余和一致性的问题。但是，将表分解成满足BCNF的表又可能丢失一些函数依赖。所以，一般情况下不会强制要求关系表要满足BCNF。

5、4NF（第四范式）

对于第四范式，从理论层面来讲是，关系模式R∈1NF,如果对于R对于R的每个非平凡多值依赖X→→Y(Y不属于X),X都含有候选码，则R∈4NF。4NF就是限制关系模式的属性之间不允许有非平凡且非函数依赖的多值依赖。显然一个关系模式是4NF，则必为BCNF。

也就是说，当一个表中的非主属性互相独立时（3NF），这些非主属性不应该有多值。若有多值就违反了第四范式。

有这样一个用户联系方式表TELEPHONE(CUSTOMERID,PHONE,CELL)。CUSTOMERID为用户ID,PHONE为用户的固定电话,CELL为用户的移动电话。

本来，这是一个非常简单的第3范式表。主键为CUSTOMERID，不存在传递依赖。但在某些情况下，这样的表还是不合理的。比如说，用户有两个固定电话，两个移动电话。这时，表的具体表示如下：

CUSTOMERID PHONE CELL

1000 8828-1234 149088888888

1000 8838-1234 149099999999

由于PHONE和CELL是互相独立的，而有些用户又有两个和多个值。这时此表就违反第四范式。

在这种情况下，此表的设计就会带来很多维护上的麻烦。例如，如果用户放弃第一行的固定电话和第二行的移动电话，那么这两行会合并吗？等等

解决问题的方法为，设计一个新表NEW_PHONE(CUSTOMERID,NUMBER,TYPE).这样就可以对每个用户处理不同类型的多个电话号码，而不会违反第四范式。

显然，第四范式的应用范围比较小，因为只有在某些特殊情况下，要考虑将表规范到第四范式。所以在实际应用中，一般不要求表满足第四范式。

6、5NF（第五范式）

第五范式（5NF）：是最终范式。消除了4NF中的连接依赖。

第五范式有以下要求：

（1）必须满足第四范式

（2）表必须可以分解为较小的表，除非那些表在逻辑上拥有与原始表相同的主键。

第五范式是在第四范式的基础上做的进一步规范化。第四范式处理的是相互独立的多值情况，而第五范式则处理相互依赖的多值情况。

有一个销售信息表SALES（SALEPERSON，VENDOR，PRODUCT）。SALEPERSON代表销售人员，VENDOR代表供和商，PRODUCT则代表产品。

在某些情况下，这个表中会产生一些冗余。可以将表分解为PERSON_VENDOR表（SALEPERSON，VENDOR）；PERSON_PRODUCT表（SALEPERSON，PRODUCT）；VENDOR?_PRODICT表（VENDOR，PRODUCT）