数据库设计和约束

数据库设计

多个表之间的关系分为：

1. 一对一：比如人和身份证，这时可以在任意一方添加唯一外键指向另一方的主键。
2. 一对多：比如部门和员工，这时在(多的)一方建立外键，指向(一的)一方的主键。
3. 多对多：比如学生和课程，多对多关系实现需要借助第三张中间表，中间表至少包含两个字段，这两个字段作为第三张表的外键，分别指向两张表的主键。

数据库设计范式

设计关系数据库时，遵从不同的规范要求，设计出合理的关系型数据库，这些不同的规范要求被称为不同的范式。

目前关系数据库有六种范式：第一范式（1NF）、第二范式（2NF）、第三范式（3NF）、巴斯-科德范式（BCNF）、第四范式(4NF）和第五范式（5NF，又称完美范式）。注意：

• 要遵循后边的范式要求，必须先遵循前边的所有范式要求。
• 各种范式呈递次规范，越高的范式数据库冗余越小。

几个范式之间的关系如下：

概念辨析

• 对象也称为实体型：在现实世界中具有相同性质、遵循相同规则的一类事物的抽象称为对象。对象是实体集数据化的结果，比如学生、老师、课程等是对象。
• 实例：是指对象中的每一个具体的事物，例如学生张三、李四。
• 属性：实体的某一方面特征的抽象表示，例如学生的姓名、性别、班级、年龄等。
• 码：如果在一张表中，一个属性或属性组，被其他所有属性所完全依赖，则称这个属性(属性组)为该表的码。
• 主属性：码属性组中的所有属性;非主属性：除码属性组之外的属性。
• 函数依赖：A-->B,如果通过A属性(属性组)的值，可以确定唯一B属性的值，则称B依赖于A。
  • 例如：学号-->姓名。 （学号，课程名称） --> 分数
• 完全函数依赖：A-->B， 如果A是一个属性组，则B属性值的确定需要依赖于A属性组中所有的属性值。
  • 例如：（学号，课程名称） --> 分数
• 部分函数依赖：A-->B， 如果A是一个属性组，则B属性值得确定只需要依赖于A属性组中某一些值即可。
  • 例如：（学号，课程名称） --> 姓名
• 传递函数依赖：A-->B, B -->C . 如果通过A属性(属性组)的值，可以确定唯一B属性的值，在通过B属性（属性组）的值可以确定唯一C属性的值，则称 C 传递函数依赖于A
  • 例如：学号-->系名，系名-->系主任

第一范式

第一范式（1NF）：每一列都是不可分割的原子数据项。

比如个人属性这样的字段，他可能还细分成年龄，性别等属性。

第二范式

2NF是在1NF的基础上，非码属性必须完全依赖于码（在1NF基础上消除非主属性对主码的部分函数依赖）。

第二范式需要确保数据库表中的每一列都和主键相关，而不能只与主键的某一部分相关（主要针对联合主键而言）。

比如（职工号，姓名，职称，项目号，项目名称）中职工号决定姓名，职称，项目号决定项目名称。要解决这样的问题需要拆分，分为职工信息表（职工号，姓名，职称）和项目信息表（项目号，项目名称）。

第三范式

在2NF基础上，任何非主属性不依赖于其它非主属性（在2NF基础上消除传递依赖）。

第三范式需要确保数据表中的每一列数据都和主键直接相关，而不能间接相关。

比如（学号，姓名，年龄，性别，所在院校id，院校地址），学号决定它所在院校id，通过院校id来间接决定院校地址，这是传递依赖。

BCNF范式

在3NF基础上，任何非主属性不能对主键子集依赖（在3NF基础上消除对主码子集的依赖）。

BCNF要在 3NF 的基础上消除主属性对于码的部分与传递函数依赖。

比如一个公司有若干个仓库，每个仓库只能有一个管理员，一个管理员只在一个仓库中工作，一个仓库可以存放多种物品，多种物品也可以放在不同仓库中，每种物品在其所在仓库中都有相应数量。

如果这样建表（仓库名，管理员，物品名，数量），对吗？

• 先新增加一个仓库，但尚未存放任何物品，是否可以为该仓库指派管理员？——不可以，因为物品名也是主属性，根据实体完整性的要求，主属性不能为空。
• 某仓库被清空后，需要删除所有与这个仓库相关的物品存放记录，会带来什么问题？——仓库本身与管理员的信息也被随之删除了。
• 如果某仓库更换了管理员，会带来什么问题？——这个仓库有几条物品存放记录，就要修改多少次管理员信息。

上面案例中：

• 码是（管理员，物品名），（仓库名，物品名）
• 主属性：仓库名、管理员、物品名
• 非主属性：数量

出现上面情况的原因是主属性(仓库名）对于码（管理员，物品名）的部分函数依赖。应该如下拆分表：

• 仓库（仓库名，管理员）
• 库存（仓库名，物品名，数量）

约束

对表中的数据进行限定，保证数据的正确性、有效性和完整性。它分为：

1. 主键约束（Primay Key Coustraint） 唯一性，非空性
2. 外键约束（Foreign Key Counstraint）需要建立两表间的关系并引用主表的列
3. 非空约束（NOT NULL）该列不为空
4. 唯一约束（Unique Counstraint）唯一性，可以空，但只能有一个
5. 默认约束（Default Counstraint）设置列数据的默认值
6. 检查约束（Check Counstraint）对该列数据的范围、格式的限制（如：年龄、性别等）

主键约束

它的含义是非空且唯一，一张表中只能有一个主键(可能是单个属性，也可能是多个)，它们是表中记录的唯一标识。

关于主键的操作如下：

create table stu(
    id int primary key,-- 给id添加主键约束
    name varchar(20)
);

-- 错误 alter table stu modify id int ;
ALTER TABLE stu DROP PRIMARY KEY;
-- 创建完表后，添加主键
ALTER TABLE stu MODIFY id INT PRIMARY KEY;

如果主键是数值类型，可以设置自动增长，这样在添加数据时可自增。

-- 在创建表时，添加主键约束，并且完成主键自增长
create table stu(
    id int primary key auto_increment,-- 给id添加主键约束
    name varchar(20)
);

-- 删除自动增长
ALTER TABLE stu MODIFY id INT;
-- 添加自动增长
ALTER TABLE stu MODIFY id INT AUTO_INCREMENT;

外键约束

外键 (FK) 是用于在两个表中的数据之间建立和加强链接的一列或多列的组合，可控制可在外键表中存储的数据。如果试图删除主键表中的行或更改主键值，而该主键值与另一个表的外键约束中的值相对应，则该操作将失败。若要成功更改或删除外键约束中的行，必须先在外键表中删除或更改外键数据，这会将外键链接到不同的主键数据。注意，外键可以为null，但不能为不存在的外键值。

它的基本操作为：

-- 在创建表时，可以添加外键
create table 表名(
    ....
    外键列
    constraint 外键名称 foreign key (外键列名称) references 主表名称(主表列名称)
);

-- 删除外键
ALTER TABLE 表名 DROP FOREIGN KEY 外键名称;

-- 创建表之后，添加外键
ALTER TABLE 表名 ADD CONSTRAINT 外键名称 FOREIGN KEY (外键字段名称) REFERENCES 主表名称(主表列名称);

-- 通过外键可级联操作(级联更新，级联删除)：
ALTER TABLE 表名 ADD CONSTRAINT 外键名称
    FOREIGN KEY (外键字段名称) REFERENCES 主表名称(主表列名称) ON UPDATE CASCADE ON DELETE CASCADE ;

非空约束

设置某列的值不能为null，其语法如下：

-- 创建表时添加约束
CREATE TABLE stu(
    id INT,
    NAME VARCHAR(20) NOT NULL -- name为非空
);
-- 创建表完后，添加非空约束
ALTER TABLE stu MODIFY NAME VARCHAR(20) NOT NULL;

-- 删除name的非空约束
ALTER TABLE stu MODIFY NAME VARCHAR(20);

唯一约束

设置某列的值不能重复，唯一约束可以有NULL值，但是只能有一条记录为null，其语法如下：

-- 在创建表时，添加唯一约束
CREATE TABLE stu(
    id INT,
    phone_number VARCHAR(20) UNIQUE -- 手机号
);
-- 删除唯一约束
ALTER TABLE stu DROP INDEX phone_number;
-- 在表创建完后，添加唯一约束
ALTER TABLE stu MODIFY phone_number VARCHAR(20) UNIQUE;

默认约束

设置该列的默认值，语法如下：

-- 创建表时添加约束
CREATE TABLE student(
    ID INT PRIMARY KEY,
	NAME VARCHAR (50) NOT NULL UNIQUE,
	sex CHAR (2) DEFAULT '女',
);

-- 修改默认值
ALTER TABLE student
CHANGE COLUMN sex
sex CHAR(2) DEFAULT '男';

-- 删除表的约束
ALTER TABLE student
CHANGE COLUMN sex
sex CHAR(2) DEFAULT NULL;

检查约束

是用来检查数据表中字段值有效性的一种手段，对该列数据的范围、格式的限制（如：年龄、性别等）。语法如下：

-- 创建表时添加约束
CREATE TABLE tb_emp7(
    id INT(11) PRIMARY KEY,
    name VARCHAR(25),
    deptId INT(11),
    salary FLOAT,
    CHECK(salary>0 AND salary<100),
    FOREIGN KEY(deptId) REFERENCES tb_dept1(id)
);
-- 修改表时添加约束
ALTER TABLE tb_emp7 ADD CONSTRAINT check_id CHECK(id>0);
-- 删除表的约束
ALTER TABLE tb_emp7 DROP CONSTRAINT check_id;