数据库设计实例---学习数据库最重要的应用之一

一、引言【可忽略】

        在学习“数据库系统概述”这门课程时，我一直很好奇，这样一门必修课，究竟教会了我什么呢？

        由于下课后，，没有拓展自己的眼界，上课时又局限于课堂上老师的讲课水平，我一直不理解这门课的意义。

        我在其中学会了什么呢？坦言，有不少新名词：

        比如范式、事务、码、集合运算等等。

        可是，在实际应用中，我发现课堂上讲到的，只有我早就学过的SQL语句会真正使用。

        也就是增删改查，SELECT、DELETE、UPDATE和INSERT四个语句。

        后来从需求文档开始开发一个项目，我也是懵懵懂懂，由于队友提前把数据库建好了，我并没有学到建立数据库的知识。

        也是某次契机，面试时面试官询问：你如何设计这个数据库的？

        于是回去我恶补了一下，花了半个星期，终于把我学过的知识联系起来。

        数据库设计：是比使用SQL语句更重要的知识，因为使用SQL语句的基础，先是有一个数据库，有一些表。

二、数据库建立的六个步骤和笼统的对应目标

        正如解数学题一样，数据库的建立也有其流程，如下：

第一步，需求分析。

        该步骤从实际出发，成果物是一份需求文档【专业名词叫“用户需求规格说明书”】。

        重点在于，拿到用户的数据需求和数据处理需求。【简单地说，就是你要存什么数据（比如一个学生类），以及你要对这些数据做什么处理？（比如增删改查）】

        在更实际的开发中，我们可能会涉及性能需求、安全需求，在此不赘述。

第二步，概念结构设计

        这个词语很难理解，我认为可以叫做“模型设计”。

        因为这一步的目标是，设计出一个“模型”，什么样的模型呢？

        E-R实体联系模型。

        这个模型，定义了这个数据库中，包含的实体、实体拥有的属性和实体之间的联系，有一些特殊实体，可能还会在联系中，加入一些特殊的约束。

第三步，逻辑结构设计

        这个词语也不太好理解，你可以认为，这里的“逻辑”是指，从实体模型，转化为关系模型，抽象了一个层面，所以叫做“逻辑”设计。

        这一步的目标，是得到可以作为数据库的关系模型。【关系模型的意思后面再讲】

        我们拿到E-R模型后，根据一些转换原则，很容易拿到关系模型，但是不是所有关系模型，都能当数据库使用。

        至少经过3步范式，才能设计出不容易出问题、面对异常处理比较好用的关系模型。

第四步，物理结构设计

        这一步不是我们考虑的，更多是操作系统开发商和数据库开发商考虑的。

第五步，数据库的部署和测试

        没什么好说的。

第六步，数据库的运维

        无。

        我们可以发现，从0到1的数据库开发，重点在于前3步。下面，我用一个实例来讲解如何进行。

三、客户需求【从0开始，可忽略本节，直接看末尾】

        小明是个游戏开发人员，一直苦于如何将内购模式，加入自己的游戏。

        有一天，他发现某团外卖平台的订单结构非常好，但是自己不熟悉如何设计，花钱请你帮忙开发。

        你询问需求。

        小明说：“我们的客户，每一个都是独一无二的，有属于自己的游戏ID、游戏名字、密码和手机号、邮箱等等。”

        他又说：“某团的结构，也是这样，所以我们应该能互相转换。”

        好，我们有了第一个实体，这是一份客户表。

        你继续询问。

        小明说：“内购模式，最大的问题是如何处理订单，因为游戏的装备很多，如果玩家A，一次性购买20个超级戒指、20瓶恢复药水。”

        他顿了顿，说道：“我也学过一点数据库。对于上述要求，如果在一张表里存储，要不就用一个集合存储这些装备信息，要不就得在一张表，存储40个信息，可是玩家ID是主键，一张表里不可能有40个相同ID，更何况，这么做信息冗余很多，查找起来也麻烦。”

        “所以，我想要一个独立的订单，它关联着用户。”

        好，我们有了第二个实体，这是个订单表，也许它和客户表有联系，不过没有关系，目前不在乎。

        游戏里有什么戒指、恢复药水的装备，以后可能还会增加一些装备，如果在订单表里，把所有装备都定义上，并且用另一列，管理它们的购买个数。【类似于HashMap的key、value思想】

        可行，不过冗余较大。

        你继续询问。

        “没了。”

        就此，你大概能知道需要那些东西。

        ------从这里开始看。

        我们的问题是，如何将用户、订单和装备联系起来。

        考虑这样的场景：玩家A，买了3个戒指、4瓶药水、100个卷轴，如何存储起来。

        第一，一个用户表应该是必要的，至少要存储用户信息。

        第二，订单表好像也需要，不过订单表里的内容，也许需要斟酌。

四、需求分析【真正分析】

        由上面的场景，我们对每个实体分析一下数据需求和数据处理需求。

        用户表基本没什么问题，为了一个订单表，把用户表全改了，是没必要的。

        玩家A，可能昨天买了一单，今天买了3单，A与订单之间，明显是1对多的关系。

        一个玩家，可以拥有n个订单。一个订单，只能属于一个玩家。

        订单和装备呢？

        用一张装备表，存储装备是个不错的想法，可是订单可能有n个装备，干脆用订单表存储所有的装备？

        问题是：这样想要拓展装备，很麻烦。

        当我们为这样的问题犹豫时，记住2个原则：

        1.订单涉及的装备明显是个变量，一个变量作为表里的一个属性，是非常危险的。

        2.从关系的角度考虑。

        也许我们可以用什么东西，表示订单涉及的装备。

        订单和装备，明显是多对多的关系，一个订单，可能有n种装备，一种装备，可能属于m个订单。

        所以，必须独立出来。

第一，用户表

        数据需求：用户ID、用户名、密码、邮箱、手机。【也许还有订单？或者一些描述信息？随便】

        数据操作需求：注册（增加）、修改密码（修改）、登录时查看表（查找）、用户注销（也许不会实际删除，但起码要表示一下，提供一个接口）

第二，订单表

        数据需求：可能有订单号ID、订单名字、订单描述、订单价格。

        数据操作需求：增删改查。

第三，装备表

        数据需求：装备号ID、装备名、装备描述、装备价格？【我不确定】

        数据操作需求：增删改查。

五、概念结构设计

        由上面的需求文档，画E-R实体联系模型。

        这一步，主要体现了实体之间不是孤立存在的，而是有联系的。

        这一步，有3个知识点：

        1.有几张表，就画几个实体。

        2.实体中的属性，就按数据需求画，如有增加，可临时增加。【当然，多人开发需要请示】

        3.实体间的联系要画出来。（即1对n、n对m）

        E-R图如下：

        疑问：

        有的同学可能说了：奇怪，需求文档没有用户和装备之间的联系啊？你演我？

        确实，我刚分析的时候也没有，也是刚知道。

六、逻辑结构设计

        将E-R图转化为关系模型，其实就是把实体转成表，只需遵守3个原则。

        【注：这是在只有2元联系的E-R图适用，3元模型大差不差，不过尽量把3元模型转化为2元，否则不好用】

        第一，1对1的联系，如A：B=1：1，则随意在一张表里，加入另一张表的主键，作为外键【比如在A表中，加入B的主键BID，此时，A表中的BID就是A表的外键】

        第二，1对n的联系，如A：B=1：n，在n端表，加入1端表的主键，使该主键成为表外键。【即B表中，加入A表主键AID，则B表的外键是AID】

        第三，n对m的联系，如A：B=n：m，则要把这个联系抽出，独立成一张新表X，使X拥有A、B两表的主键，并且有主外键要求。X的外键是AID或BID，X的主键是AID并BID。

        那么，本题转换为：

        用户表（ID，用户名，密码，手机号，邮箱）

        订单表（ID，订单名，价格，描述，用户ID）

        装备表（装备ID，装备名，描述，价格）

        用户装备联系表（用户ID，装备ID，其它描述）

        订单装备联系表（订单ID，装备ID，其它描述）

        有时，可能会灵感一现：用户A可能拥有100个装备aa，用户装备联系表，得有100条重复数据啊！这不符合主键！

        所以，用户装备联系表加上属性“装备数量”。

        同理，订单装备联系表加上“装备数量”。

至此，初步的表设计完成。

范式规范化

        第一范式

                1NF要求：在业务层面，要求所有的列都不可分。

                显然满足。

        第二范式

                2NF要求：所有的列，直接或间接依赖主键。

                显然满足。

        第三范式

                3NF要求：所有的列，直接依赖于主键；并且，列与列之间无依赖关系。

                虽然这么说不好，但是确实也满足。

所以，这个数据库就设计完成了，我们拥有了一个可以使用的数据库！

 我是蚊子码农，如有补充或者疑问，欢迎在评论区留言。个人的知识体系可能没有那么完善，希望各位多多指正，谢谢大家。