数据库生命周期.docx

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数据库生命周期

数据库生命周期

数据库生命周期

数据库的生命周期主要分为四个阶段：

需求分析、逻辑设计、物理设计、实现维护。

数据库的物理设计，包括索引的选择与优化、数据分区等内容。

这些内容也非常丰富，而且可以自成体系，园子里也有很多好文章，故在本系列中不作主要关注。

本文最后将给出一些链接供大家参考。

数据库生命周期的四个阶段又能细分为多个小步骤，我们配合图

（1）来看看每一小步包含的内容。

阶段1需求分析

数据库设计与软件设计一样首先需要进行需求分析。

我们需要与数据的创造者和使用者进行访谈。

对访谈获得的信息进行整理、分析，并撰写正式的需求文档。

需求文档中需包含：

需要处理的数据；数据的自然关系；数据库实现的硬件环境、软件平台等；

图

（2）阶段1需求分析

阶段2逻辑设计

使用ER或UML建模技术，创建概念数据模型图，展示所有数据以及数据间关系。

最终概念数据模型必须被转化为范式化的表。

数据库逻辑设计主要步骤包括：

a）概念数据建模

在需求分析完成后，使用ER图或UML图对数据进行建模。

使用ER图或UML图描述需求中的语义，即得到了数据概念模型（ConceptualDataModel），例如：

三元关系（ternaryrelationships）、超类（supertypes）、子类（subtypes）等。

eg:

 零售商视角，产品/客户数据库的ER模型简图

注：

ER图的含义，以及详细标记方法将在该系列的下一篇博文中进行讨论

图（3）阶段2（a）概念数据建模

b）多视图集成

当在大型项目设计或多人参与设计的情况下，会产生数据和关系的多个视图。

这些视图必须进行化简与集成，消除模型中的冗余与不一致，最终形成一个全局的模型。

多视图集成可以使用ER建模语义中的同义词（synonyms）、聚合（aggregation）、泛化（generalization）等方法。

多视图集成在整合多个应用的场景中也非常重要。

eg:

集成零售商ER图与客户ER图

零售商ER图如图（3）所示。

客户视角，产品/客户数据库的ER模型简图如下：

图（4）以客户为关注点绘制的ER图

注：

现在市面上有许多辅助建模工具可以绘制ER图。

使用Sybase的PowerDesigner绘制与图（4）相同语义的ER图如下：

其标记法与图（4）中略有不同，这将在今后的博文中加以说明。

这里需要指出的是辅助软件的使用不是设计的核心，大家不要被这些工具迷惑。

所以后文中我们将主要使用手绘。

只要掌握了ER图的语义，使用这些软件都不会是件难事。

集成零售商ER图与客户ER图

图（7）阶段2（d）范式化

阶段3物理设计

数据库物理设计包括选择索引，数据分区与分组等。

逻辑设计方法学通过减少需要分析的数据依赖，简化了大型关系数据库的设计，这也减轻了数据库物理设计阶段的压力。

1.概念数据建模和多视图集成准确地反映了现实需求场景

2.范式化在模型转化为SQL表的过程中保留了数据完整性

数据库物理设计的目标是尽可能优化性能。

物理设计阶段，全局表结构可能需要进行重构来满足性能上的需求，这被称为反范式化。

反范式化的步骤包括：

1.辨别关键性流程，如频繁运行、大容量、高优先级的处理操作

2.通过增加冗余来提高关键性流程的性能

3.评估所造成的代价（对查询、修改、存储的影响）和可能损失的数据一致性

阶段4数据库的实现维护

当设计完成之后，使用数据库管理系统（DBMS）中的数据定义语言（DDL）来创建数据结构。

数据库创建完成后，应用程序或用户可以使用数据操作语言（DML）来使用（查询、修改等）该数据库。

一旦数据库开始运行，就需要对其性能进行监视。

当数据库性能无法满足要求或用户提出新的功能需求时，就需要对该数据库进行再设计与修改。

这形成了一个循环：

监视–>再设计–> 修改–>监视…。

在进行数据库设计之前，我们先回顾一下关系数据库的相关基本概念。

这里只做一个提纲挈领的简介，大家可以根据相应的线索进行扩展。

表、行、列

关系数据库可以想象成表的集合，每个表包含行与列。

（可以想象成一个Excelworkbook，包含多个worksheet）。

表在关系代数中被称为关系，这也是关系数据库名称的起源（不要与表之间的外键关系混淆）。

列在关系代数中被称为属性（attribute）。

列中允许存放的值的集合称为列的域（域与数据类型密切相关，但并不完全相同）。

行在关系代数中的学名是元组（tuple）。

关系数据库的理论基础来自于“关系代数”。

但在关系代数中，一个集合的各个元组没有次序的概念，在关系数据库中为了方便使用，定义了行的次序。

键、索引

键是一种约束，目的是保证数据完整性

1.复合键（Compoundkey）：

由多个数据列组成的键

2.超键（Superkey）：

列的集合，其中任何两行都不会完全相同

3.候选键（Candidatekey）：

首先是一个超键，同时这个超键中的任何列的缺失都会破坏行的唯一性

4.主键（Primarykey）：

指定的某个候选键

索引是数据的物理组织形式，目的是提高查询的性能

约束

基本约束

notnullconstraint,domainconstraint

检查约束（CheckConstraints）

eg:

Salary>0

主键约束（PrimaryKeyConstraints）

实体完整性（entityintegrity），没有两条记录是完全相同的，组成主键的字段不能为null

唯一性约束（UniqueConstraints）

外键约束（ForeignKeyConstraints）

也被称为引用完整性约束，eg:

关系数据库操作

1.选择（Selection）

2.映射（Projection）

3.联合（Union）

4.交集（Intersection）

5.差集（Difference）

6.笛卡尔积（CartesianProduct）

7.连接（Join）

上述7种是最基本的关系数据库操作，对应于集合论中的关系运算。

有些书籍中还会加入改名（Rename），除（Divide）等关系操作。