数据库设计和优化.ppt

1、数据库设计和优化,2001年6月 中科院软件所软件工程技术中心 金蓓弘,对象模型和范式,范式是关系数据库设计的数学原则，它与使用的开发技术如面向对象设计、实体关系设计技术无关 范式提供了组织数据的方法 按面向对象方法设计出来的对象模型（逻辑数据库模型）也是一种组织数据的方法，应该能自然地满足范式的要求，也不需要太多的非正规化,对象建模,表示 一个班最多只允许有20个学生 一个学校篮球队必须有至少8名，至多10名球员 ER图不擅长表示基数关系 实现：用触发器，手工编写业务规则。,逻辑数据库设计,用关系数据库实现UML模型 正规化设计 非正规化设计 常用的非正规化技术,用关系数据库实现UML模型,

2、映射结构 映射功能,映射结构之基本步骤,类映射成表 属性映射成列 有时，为生成型的标识符新增一列 用序列码做唯一标识符 映射关联关系 映射聚合和组合 映射继承关系,映射关联关系：多对多,推荐的实现方法,映射关联关系：一对多,推荐的实现方法,映射关联关系：一对零/一,推荐的实现方法,映射关联关系：一对零/一,另一种方法,资金清算系统中的例子,记帐凭证之间有1对0/1的关系，现设计成两个表，其中冲正记帐凭证关联表记录两个记帐凭证之间的关系（主键1，主键2）。,不好的映射（1）,不好的映射（2）,不好的映射（3）,映射聚合和组合,聚合（aggregation）分成聚合（aggregate）和组合（c

3、omposite） Oracle8用聚簇（包括索引组织表），嵌套表，VARRAY实现,资金清算系统中的例子,映射继承关系：推荐的方法,映射继承关系：其他方法一,映射继承关系：其他方法二,映射继承关系：其他方法三,映射功能之基本步骤,将在对象模型上的遍历表达式直接映射成SQL语句 在Oracle中有四种实现方式 构造方式 成员方式 排序方式 映射方式,成员方式,成员方式是用户定义的存取路径，指明对一个指定的对象类的数据存取和操纵方式 用PL/SQL过程或函数实现 create or replace type person_t as object (person_ID number, last_n

4、ame varchar2(50), first_name varchar2(50), birth_date date, member function age return number) create or replace type body person_t is member function age return number is begin return (sysdate - birth_date) /365; end; end;,排序/映射方法,用于比较或排序同一对象类型的数据，即在对象类型中定义排序或映射方法支持对象的不等值比较。,为对象类写方法（method）的方法： PL/

5、SQL,C/C+ PL/SQL写的method在oracle服务器的地址空间运行，C/C+写的method在服务器的地址空间外运行 对计算量不大的method，用PL/SQL性能价格比最好。对计算量大的method，用C/C+,逻辑数据库设计,用关系数据库实现UML模型 正规化设计 非正规化设计 常用的非正规化技术,正规化(Normalization)设计,范式 每种范式都包含上一个范式的规则，例如，满足3NF的关系一定满足2NF。 第一范式 一行和一列位置包含的值不能超过一个（不包含任何多值属性） 第二范式 每个非键字段必须依赖整个主键，但不是复合主键的一部分（如果只依赖主键的一部分来确定信

6、息，就违反了第二范式） 第三范式 一个非键字段不能依赖另一个非键字段（即没有属性依赖于非键属性；数据库中不能存在传递依赖关系）,违反第一范式的例子,Number Date Item1 Qty1 Price1 Item2 Qty2 Price2 1001 1/1/2001 Ball 3 4.00 Bat 3 5.00 1002 2/2/2001 Ball 2 4.00 1003 3/3/2001 Glove 2 2.00 Ball 2 4.00,这种表结构只允许定购两种货物。 增定一种货物，要修改表结构。 查询某种货物被定购的次数，要查找多列。,Third Normal Form (3NF),A

7、 relation R is in 3NF if : whenever A1A2An-B is a nontrival dependency, either A1,A2,An is a superkey, or B is a member of some key. 如果一个表有多个键，不要求所有的键都在A1,A2,An中，只要一个即可。 Boyce-Codd Normal Form: 依赖关系仅存在于每个属性和整个主键之间。 用Boyce-Codd范式作为标准评价依赖性,模式分解方法：例1,初始模式：title, year, length, filmType, studioName, star

8、Name 分析： title, year, starName是主键 下列函数依赖不满足3NF条件 title, year- length, filmType, studioName, 分解成： title, year, starName, title, year, length, filmType, studioName,模式分解方法：例2,初始模式：title, year, length, filmType, studioName, studioAddr 分析： title, year 是主键 title year-length,fileType, studioName 下列函数依赖不满足3

9、NF条件 studioName-studioAddr 分解成： title, year, length, fileType, studioName, studioName, studioAddr,模式分解方法：例3,初始模式：title, year, studioName, president, presAddr 分析： title, year 是主键 title year- studioName 下列函数依赖不满足3NF条件 studioName-president, president-presAddr 分解成： title, year, studioName, studioName, p

10、resident, president, presAddr,正规化设计,按照函数依赖分解的关系，能通过连接（join）恢复成原来的关系 优点 减少数据库冗余，数据库小，所以I/O速度快 表更小，行更窄 提供物理的、一致的格式 数据只要修改一次，所以修改更快。 缺点 需要连接，查询处理慢（I/O多和CPU时间长） 不允许汇总或复制数据,逻辑数据库设计,用关系数据库实现UML模型 正规化设计 非正规化设计 常用的非正规化技术,非正规化(Denormalization)设计,有意违反正规化设计原则 提供性能 需要了解数据如何被使用 用空间换时间，具体体现在： 用冗余的数据如汇总的数据减少连接数，减少

11、外键个数，减少索引 要维护冗余的数据,决定进行非正规化,数据项一起被访问的频率如何 四个或四个以上的表被连接，考虑非正规化 涉及多少行 数据修改的花费与非正规化获得的好处的比较,维护冗余数据,破坏数据正规化原则，需要维护数据完整性。 数据完整性通过下两种方式维护 触发器 存储过程,逻辑数据库设计,用关系数据库实现UML模型 正规化设计 非正规化设计 常用的非正规化技术,非正规化技术,复制列 重定义列 重定义表 复制整个表,复制列：精确复制,候选 从双亲表中选择不大可能改变或根本不可能改变的列 性能优点 通过删除连接，减少I/O 减少查询表竞争 不改变与列有关的数据类型，故增加维护数据完整性的操

12、作,复制列：精确复制例子,复制列：派生列,候选 行数 总计另一列上n行的值 一个或多个列上的计算 考虑 如果包含派生列的列改变，派生列也要改变 性能优点 减少多表访问 预先执行计算操作，提高查询性能,复制列：派生列例子,通常，在外键所在的表上计算出总值，然后写入主键所在的表上的总计。,非正规化技术,复制列 重定义列 重定义表 复制整个表,重定义列：虚键列,候选 键的大小超过8字节（4字节为可选） 多列主键 考虑 避免使用长主键 用虚键列一致性代替所有外键一致性 性能优点 虚键上的索引变得更小 查询优化器上有更精确有效的统计数据,重定义列：虚键列例子,虚键列prop_id用于property l

13、ist表中的主键和Rentals表中的外键，Rentals表可被缩小。,非正规化技术,复制列 重定义列 重定义表 复制整个表,重定义表：按列分割表,候选 不经常访问的列 OLTP数据要求和决策支持数据要求之间有冲突 考虑 确保被分割成独立表的数据不经常使用，否则，需要连接将取消性能优点。 优点 通过列分割数据可减少锁定次数和对数据的竞争,重定义表：按行分割表,候选 用户需要数据的不同子集 包含大量的行，但并没有可用的索引 考虑 查询策略若是用表扫描，那么通过行分割可提高性能，但如果通过索引访问列，行分割提高的性能就很少了。,非正规化技术,复制列 重定义列 重定义表 复制整个表,非正规化技术,复制列 重定义列 重定义表 复制整个表,物理数据库的设计/Orale8,如果属性可以被限制在几个值中，那么不用check constraint（写一段程序去检查属性值是否属于指定的几个值），而用value list class 除了共有的状态，还有某个对象可能有额外的状态，那么重载valu