三大范式数据库的范式是一套标准化规则其核心作用是减少数据冗余和避免操作数异常在构建稳健、清晰的关系型数据库时我们往往只关注前三大范式第一范式内容介绍第一范式是数据库设计的中的底线它的核心要求就是要让数据保持原子性场景构建假设我们有一个学生选课管理系统为了省事我们将学生选取的所有课程都放入同一个字段中大致表结构如下学生 ID姓名选修课程101张三计算机网络, 操作系统102李四数据库原理这种字段结构会导致数据库无法进行高效匹配如我们想要查询所有选修了计算机组成原理课程的学生我们就无法使用WHERE 选秀课程 计算机组成原理语句进行查询因此我们只能使用模糊查询这种查询会导致数据库的索引完全失效每次查询都需要从头到尾的去扫描整张表如果表中的数据过多就会导致卡死改造后学生 ID姓名选修课程101张三计算机网络101张三操作系统102李四数据库原理解决方法要让表的结构满足第一范式标准的做法是将表进行按行拆分第二范式内容介绍在满足第一范式的基础上表中所有非主属性必须完全依赖整个主键而不能只依赖于主键的一部分场景构建假设我们有一张选课记录表为了确定一条选课记录我们必须把(学号课程编号)绑定在一起作为联合主键表中的字段如下主键学号课程编号非主键字段成绩学生姓名课程学分大致的结构如表所示学生 ID课程 ID成绩学生姓名课程学分101C0190张三4101C0285张三3102C0192李四4在当前设计中非主键字段的依赖关系是比较混乱的成绩完全依赖于学号课程编号。符合2NF学生姓名只依赖于学号跟课程编号没关系部分依赖违背2NF课程学分只依赖于课程编号跟学号没关系部分依赖违背2NF主要问题上述的表结构会引发以下几大问题数据冗余如果一个学生选修了5门课那么张三这个名字就会在数据库里重复出现5次同理如果一门课被100个学生选了那么课程ID和4学分就会被重复记录100次插入异常假设学校新开了一门课但是目前还没有任何学生选修这门课因为这张表的主键是学号课程编号主键不能为空所以在没有学号的情况下我们无法把这门新课的信息录入到数据库中删除异常假设有一个学生大学毕业了系统需要清除该学生的选课数据碰巧该同学是全校唯一一个选修了某个冷门专业课的人当我们把该同学的选课记录删除后对应的课程编号和学分信息也就跟着一块丢失了解决方法想要解决上述问题我们可以将产生“部分依赖”的字段连同它们依赖的主键部分一起分离出去以此形成新的表改造后将原表拆分为三个表各自负责独立的实体关系1. 学生表学生 ID学生姓名101张三102李四2. 课程表课程 ID课程学分C014C0233. 成绩表学生 ID课程 ID成绩101C0190101C0285102C0192作用综上所述第二范式的作用就是消除部分依赖让表里的属性都为主键服务从而彻底消灭冗余和增删改异常第三范式内容介绍第二范式解决的是复合主键带来的部分依赖问题那么第三范式解决的就是单一主键表中隐藏的层级耦合问题场景构建假设我们有一张学生信息表主键是单一字段”学号”因为主键只有一个字段所以它天然满足第二范式表的结构如下主键学号非主键字段姓名学院名称学院院长大致的表结构如下学号姓名学院名称学院院长学院办公楼1王五计科院张三逸夫楼2赵六机械学院李四建工楼3孙七商学院李华汇文楼在当前的设计中字段之间的依赖关系出现了一条依赖关系链姓名和学院名称直接依赖于学号学院院长和学院办公楼则直接依赖于学院名称然后通过学院名称间接依赖于学号这就是传递依赖这种寄生在非主键字段上的依赖关系同样会引发不小的问题主要问题数据冗余假设“计算机学院”有2000名学生那么在数据库里“院长是张三”“办公楼在逸夫楼”这两条信息就会跟着这2000个学生的记录会被反复记录2000次这就会浪费了大量的存储空间。插入异常学校刚刚成立了一个全新的人工智能学院院长和办公楼都已经确定了。但是今年还没有开始招生也就是没有任何“学号”。因为这张表的主键是学号不能为空所以在没有学生之前你根本无法把这个新学院的信息录入系统删除异常假设冷门学院今年没有招到新生而且大四的最后一批学生也刚好毕业了。系统在清理毕业生数据时删除了这些学生的记录。结果就是该学院的院长是谁、办公楼在哪里的信息也跟着学生数据的删除一起从数据库中消失了。学院还在但数据丢了。改造后1. 学生表学号姓名学院名称1王五计科院2赵六机械学院3孙七商学院2. 学院表学院名称学院院长学院办公楼计科院张三逸夫楼机械学院李四建工楼商学院李华汇文楼解决方法为了解决传递依赖的问题我们需要将对应的连接关系斩断将产生依赖的字段提取出来并建立新的表来保存它们做法与之前的第二范式方法有些类似总结三大范式的主要内容总结起来就是几句话第一范式字段不可再分保证原子性第二范式消除对联合主键的部分依赖第三范式消除非主键之间的传递依赖它们之间是递进关系满足第三范式就一定满足第二范式满足第二范式就一定满足第一范式因此我们不难推出第三范式建立在第二范式基础上第二范式建立在第一范式基础上。这就好比学历晋升想要拿到博士学位就要先拿到硕士学位想要拿到硕士学位就要先拿到学士学位因此一个博士学位的人肯定已经有了学士学位同理一个满足第三范式的数据库表肯定也满足第一范式对应的范式关系如下图所示数据库设计界有一句格言总结了前三大范式“Every non-key attribute must provide a fact about the key, the whole key, and nothing but the key.” 每个非键属性都必须提供关于键的事实且必须是关于整个键的事实而且只能是关于键的事实。“关于键” —— 满足第一范式 (1NF)“整个键” —— 满足第二范式 (2NF消除部分依赖)“只能是关于键” —— 满足第三范式 (3NF消除传递依赖)key, the whole key, and nothing but the key. 每个非键属性都必须提供关于键的事实且必须是关于整个键的事实而且只能是关于键的事实。“关于键” —— 满足第一范式 (1NF)“整个键” —— 满足第二范式 (2NF消除部分依赖)“只能是关于键” —— 满足第三范式 (3NF消除传递依赖)