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1. 前言

在面向?qū)ο笳Z(yǔ)言中涉及到諸多的設(shè)計(jì)模式，例如單例模式、適配器模式，設(shè)計(jì)模式的存在是為了讓系統(tǒng)中的代碼邏輯更加清晰，幫助開發(fā)者建立更加健壯的系統(tǒng)，同時(shí)滿足易修改特性和易擴(kuò)展特性。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)也存在類似設(shè)計(jì)模式的通用規(guī)范，被稱為數(shù)據(jù)庫(kù)范式。滿足范式的數(shù)據(jù)庫(kù)是簡(jiǎn)潔的，表與表之間的關(guān)系也清晰且明確，不會(huì)存儲(chǔ)過(guò)多的冗余信息，在增刪改查的時(shí)候也可以避免冗余的操作。

2. 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)三大范式

面試官提問(wèn)： 請(qǐng)描述下數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的三大范式？

題目解析： 回答本題時(shí)，可以從總分的結(jié)構(gòu)來(lái)闡述，即先闡述數(shù)據(jù)庫(kù)范式的定義，再挨個(gè)解釋每種范式的設(shè)計(jì)原則。

數(shù)據(jù)庫(kù)范式定義：為了建立邏輯結(jié)構(gòu)合理、冗余較小的數(shù)據(jù)庫(kù)，在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表時(shí)必須要遵循的設(shè)計(jì)規(guī)范。

接下來(lái)可以分點(diǎn)闡述第一、第二、第三范式的定義和案例。

2.1 數(shù)據(jù)庫(kù)第一范式（1NF）

數(shù)據(jù)庫(kù)第一范式是設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)需要滿足的最基本范式：

① 定義：第一范式（First Normal Form）要求數(shù)據(jù)庫(kù)表中的所有字段都是不可拆分的原子字段，換句話說(shuō)，每個(gè)字段不可以再進(jìn)行拆分。

② 案例解釋：對(duì)于一張最簡(jiǎn)單的用戶信息表，定義了用戶編號(hào)、姓名、年齡、電話這三個(gè)字段，user_info表如下：

其中電話(phone)這個(gè)字段可能存儲(chǔ)的是座機(jī)電話號(hào)碼、也可能是手機(jī)電話號(hào)碼，定義上并不明確，這就違背了第一范式的原子性。所以為了滿足第一范式，我們可以將電話字段拆分為座機(jī)電話(fixed_phone)和手機(jī)電話(cell_phone)兩個(gè)字段，拆分后的user_info表如下：

③ 范式優(yōu)點(diǎn)：拆分之后，字段定義定義清晰。在查詢數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)我們可以明確過(guò)濾的是座機(jī)號(hào)碼還是手機(jī)號(hào)碼，方便業(yè)務(wù)層邏輯開發(fā)，而且后續(xù)維護(hù)也方便。

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)第二范式（2NF）

在滿足第一范式的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)庫(kù)第二范式對(duì)字段定義進(jìn)行了更嚴(yán)格的約束：

① 定義：第二范式（Second Normal Form）要求數(shù)據(jù)庫(kù)中的每一列都和主鍵相關(guān)，不能和主鍵的一部分相關(guān)。

② 案例解釋：在電商環(huán)境下，我們需要設(shè)計(jì)一個(gè)訂單表，因?yàn)橛唵魏蜕唐方壎ǎ?所以將商品編號(hào)和訂單編號(hào)作為訂單表的聯(lián)合主鍵，初始設(shè)計(jì)的訂單（order）表如下：

仔細(xì)觀察，我們就能發(fā)現(xiàn)這種設(shè)計(jì)的問(wèn)題在于：good_id = 8888的商品，對(duì)于order_id = 10001和10002記錄都存儲(chǔ)了相同的單位和商品價(jià)格，這種冗余存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)量大的場(chǎng)景下是不能接收的，并且違反了第二范式設(shè)計(jì)原則，商品價(jià)格只和商品編號(hào)有關(guān)，和訂單編號(hào)無(wú)關(guān)，我們將這張表進(jìn)行拆分：

拆分的原則是：將屬于商品的信息單獨(dú)提煉為一張商品表，在原有的訂單表只保留商品編號(hào)作為聯(lián)合查詢時(shí)的查詢依據(jù)，優(yōu)化后的訂單（order）表如下：

單獨(dú)拆分出的商品（good）表如下：

③ 范式優(yōu)點(diǎn)：拆分之后，降低了數(shù)據(jù)庫(kù)的冗余存儲(chǔ)，并且邏輯清晰，要查詢商品信息即走good表，要查詢訂單信息即走order表。

2.3 數(shù)據(jù)庫(kù)第三范式（3NF）

① 定義：第三范式（Third Normal Form）要求數(shù)據(jù)庫(kù)表中的每個(gè)字段和主鍵都直接相關(guān)，不能間接相關(guān)。

② 案例解釋：還是以第一范式中的user_info表作為案例，如果要存儲(chǔ)每個(gè)用戶的省份和省會(huì)城市，我們可能會(huì)設(shè)計(jì)出下面這樣一張表：

我們將用戶編號(hào)(user_id)作為主鍵，則姓名、年齡、座機(jī)電話、手機(jī)電話都和"用戶"這個(gè)主體強(qiáng)相關(guān)，和主鍵直接相關(guān)，而省份和省會(huì)城市則和"用戶"這個(gè)主體是弱相關(guān)，和主鍵間接相關(guān)，并且存在依賴關(guān)系：用戶編號(hào) -> 姓名，姓名 -> 省份，省份 -> 省會(huì)城市，這樣構(gòu)建了用戶編號(hào) -> 省會(huì)城市的間接傳遞關(guān)系，這種關(guān)系會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)冗余，而且在執(zhí)行刪除/修改/增加操作的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生異常情況：刪除所有"貴州省"下的用戶信息（即user_id = 3的記錄），"貴州省"和"貴陽(yáng)市"的信息也被刪除了（顯然不合理，因?yàn)槭》葸@個(gè)定義和省份下的人員記錄并沒(méi)有關(guān)系）。

所以我們需要將user_info表拆分，我們通過(guò)省份構(gòu)建數(shù)據(jù)關(guān)系，優(yōu)化后的用戶（user_info）表如下：

獨(dú)立拆分出的省份（province）表如下：

③ 范式優(yōu)點(diǎn)：提高了表的獨(dú)立性，降低數(shù)據(jù)存儲(chǔ)冗余。

3. 小結(jié)

作為開發(fā)，在日常設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)表的時(shí)候可能不會(huì)特意注意使用數(shù)據(jù)庫(kù)范式，但是細(xì)心關(guān)注大部分企業(yè)項(xiàng)目的表結(jié)構(gòu)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)大部分表都是遵循數(shù)據(jù)庫(kù)范式設(shè)計(jì)的，第二范式和第三范式可能會(huì)混淆概念，第二范式的核心是關(guān)注非主鍵列是否依賴主鍵或者主鍵的一部分，第三范式的核心是關(guān)注非主鍵列是否依賴主鍵，還是依賴其他的非主鍵列。