数据库系统设计数据完整性

数据库系统设计数据完整性第1页，课件共26页，创作于2023年2月

本讲参考书目：

1[美]

Rob,P.Coonel,C.

数据库系统设计、实现与管理（第5版）.陈立军等译.电子工业出版社，2004.32[美]

Ramakrishnan,R.Gehrke,J.

数据库管理系统原理与设计（第3版）.周立柱等译.北京：清华大学出版社，2004.3第2页，课件共26页，创作于2023年2月

1关系数据库设计概述

DBMS

从产生直至发展到现在,出现了多种类型.按其数据模型来分，主要有层次数据库、网状数据库和关系数据库.前两者在六七十年代较为流行，然而他们表示数据之间的联系太过于复杂，现在已经很少使用，只是在讲解数据库的时候才有所提及.

关系数据库以关系的数学理论为基础，是数据库技术的一项重大突破.

一、

关系数据库设计要点

第3页，课件共26页，创作于2023年2月关系数据库简单严谨，二十多年来有了长足发展，现在已经成为事实上的标准，当今几乎所有的数据库产品都是基于关系数据库的.

数据库设计是数据库应用的一个关键因素,设计结构合理、功能齐全的数据库对于提高数据库应用程序的开发效率和程序的性能都是非常重要的.

数据库设计是指对于一个给定的应用环境,构造最优的数据模式，建立数据库，使其能够有效地存储数据记录，并能满足各种应用需求.第4页，课件共26页，创作于2023年2月对于一个数据密集型应用来说，数据库设计是它的一个核心部分，但对于大型的软件系统设计来说,它只是其中一个部分.

数据库设计的过程可以分为6

步.(1)需求分析

(2)概念数据库设计

(3)逻辑数据库设计

(4)模式的细化

(5)物理数据库设计

(6)应用与安全设计第5页，课件共26页，创作于2023年2月

2规划关系数据库

进行数据库规划是所有数据库编程的第一步,也是最重要的一步.

首先，列出客户所关心的所有数据和建立这个数据库的主要目的.这可以通过收集各种相关的数据报表和表格来完成.需求分析是数据库设计的第一阶段，不断的调查与研究，了解组织机构的情况，了解部门的业务流程等系统需求，对于设计好数据库是非常重要的.

然后，数据表规划是整个数据库设计中技巧性最强的一个步骤.数据表要满足第三范式.第6页，课件共26页，创作于2023年2月

规划数据库有以下三条基本原则：

●数据库中的记录个数应该反映现实世界对象的个数.如果一个对象的实例在现实世界中存在，则在数据库中有且只有一条记录存在.

●每行记录的字段应该表达现实世界对象的属性.

●现实世界对象之间的关系应该反映在数据库记录之间的关系上.第7页，课件共26页，创作于2023年2月

3设计数据完整性概述

关系数据库的目的是建立现实世界的模型.基于这一点,用来实施数据完整性的规则和方法无论对于理论和数据库开发的实践都很重要.

数据完整性是指存储在数据库中的数据的正确性和相容性.

设计数据完整性的目的是为了防止数据库中存在不符合语义的数据,防止错误信息的输入和输出.第8页，课件共26页，创作于2023年2月数据完整性可以分为四类：●实体完整性每个实体都保持惟一性.

●值域完整性如何限制向表中输入值的范围.●引用完整性(参照完整性)

处理数据时维护表之间数据的一致性.●用户定义的完整性

体现实际运用的业务规则.第9页，课件共26页，创作于2023年2月●实体完整性

每一个实体都必须拥有一个主键或者其他的惟一标识列.

要求：所有的主键项都是唯一的，并且主键的任何部分都不能为空.

目的：保证每个实体有惟一的标识，确保外键值可以正确地引用主键值.

例子：发货单没有重复的号码，号码也不能为空.●参照完整性

要求：外键可能是空---只要它不是它自己所在的表的主键的一部分---每个非null外键值必须参照已经存在的主键值.

目的：不能有无效的项.

例子：客户可以没有给定的代理商号码，但是不能有无效的代理商号码.第10页，课件共26页，创作于2023年2月

SQLServer提供的用来实施数据完整性的途径主要是:

约束(

constraint)

标识列(identitycolumn)

默认值(default)

规则(rule)

触发器(trigger)

数据类型(datatype)

索引(index)

存储过程(storedprocedure)第11页，课件共26页，创作于2023年2月

●约束完整性约束完整性是指数据的正确性和完备性.在用INSERT、DELETE、UPDATE

语句修改数据库内容时，数据的完整性可能会遭到破坏，有如下几种情况：

---无效的数据被添加到数据库中，如某订单所指的产品不存在.---对数据库的修改不一致，如为某产品增加了订单，但却没有调整产品的库存信息.---将存在的数据修改为无效的数据.第12页，课件共26页，创作于2023年2月在SQLServer

中实现数据完整性的方法之一就是约束.使用这种方法简单且不容易出错，它把完整性的要求定义在表和列上.

所谓约束，是SQLServer

强制实行的应用规则，它能够限制用户存放到表中的数据的格式和范围.

约束是在CREATETABLE、ALTERTABLE语句中，通过CONSTRAINT

和DEFAULT实现.第13页，课件共26页，创作于2023年2月

1概论好的数据库设计需要好的表结构.本节我们将学习如何评价和设计好的数据库表，控制数据冗余，从而避免数据异常，这就是规范化.

为了识别和鉴赏好的表结构的特性，考察一个不好的表结构是很有用的.利用这种方法，我们将学会如何设计好的表结构，如何修改已有的不好的表结构.二、数据库表的规范化第14页，课件共26页，创作于2023年2月通过规范化不仅可以消除数据异常，而且适当规范化的表结构实际上要比没有规范化的来得简单，它还能反映出一个组织的实际运行情况.

拥有好的关系数据库软件，并不足以避免数据冗余.即使在一个好的数据库设计中,也有可能生成不好的表结构.

第15页，课件共26页，创作于2023年2月那么，如何识别不好的表结构，如何创建好的表结构呢？两个问题的答案都是基于规范化的.规范化是给实体分配属性的过程.它能够减少但不能够消除数据冗余；相反，它通过生成有控制的冗余来连接数据库表.第16页，课件共26页，创作于2023年2月规范化通过一系列称为范式的阶段来完成.最前面的三个阶段分别叫做第一范式(1NF)、第二范式(2NF)和第三范式(3NF).

从结构化的观点来看，2NF比1NF好，3NF比2NF好.对于大多数的事物数据库设计，我们只要能规范到3NF就已经足够了.

虽然规范化是数据库设计的一个重要组成部分，但是并不是规范化级别越高越好.通常,范式级别越高，产生制定输出所要求的连接就越多，系统对终端用户请求的响应就越慢.第17页，课件共26页，创作于2023年2月我们考察某建筑公司的一个简单数据库行为.该公司管理几个建筑项目，每个项目都有它自己的项目号、项目名、员工等属性，每个员工有员工号、姓名和职位级别等属性.

公司根据每个合同需要花费的小时数来向客户收费.每小时的报酬由员工的职位决定.

该应用周期性地生成信息报表.由这个报表对应地生成一个表.2

规范化的必要性第18页，课件共26页，创作于2023年2月这个表的结构不符合完整性的要求，它也没有很好的处理数据.①项目号（PROJ_NUM）很明显是希望作为一个主码，或者至少是主码的一部分，但是它包含空值.②表的数据输入引起数据的不一致.如，Elect.Engineer可能写成Elect.Eng,El.Eng,EE.

③该表中有数据冗余，会产生异常：更新异常:如修改105号的JOB_CLASS.

插入异常，删除异常.

当把某员工分配到某项目时,重复输入数据.第19页，课件共26页，创作于2023年2月

●

消除组重复在作为主码的列中加入合适的项即可.●

主码应能恰当地、惟一地确定任何属性值取主码为PROJ_NUM

和EMP_NUM

的组合.

这样得到了符合第一范式的表.

3到第一范式的转换第20页，课件共26页，创作于2023年2月PROJ_NUM

PROJ_NAME

EMP_NUMEMP_NAMEJOB_CLASSCHG_HOUR

HOUR部分依赖部分依赖传递依赖第21页，课件共26页，创作于2023年2月术语1NF描述了如下的表格式：

●

定义了所有的码属性.●

表中没有重复组.●

所有的属性都依赖于主码.

所有的关系表都属于1NF.上图所示的第一范式的表结构的问题是它包含部分依赖,

也就是说，基于部分主码的依赖.

虽然有时为了提高性能需要使用部分依赖,但要谨慎使用.因为这样的表仍有数据冗余(由每行记录都要求有数据副本而产生),重复输入使效率很低，也会助长数据异常的产生.

第22页，课件共26页，创作于2023年2月一个表属于第二范式是指：●

它属于1NF.●

它不包含部分依赖，即，没有属性只依赖于主码的一部分.

到第二范式的转换是，将原表分为三个表:

PROJCT(PROJ_NUM,PROJ_NAME)EMPLOYEE(EMP_NUM,EMP_NAME,JOB_CLASS,CHG_HOUR)

ASSIGN(PROJ_NUM,EMP_NUM,ASSIGN_HOUR)4到第二范式的转换