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1. 前言

在面向對象語言中涉及到諸多的設計模式，例如單例模式、適配器模式，設計模式的存在是為了讓系統中的代碼邏輯更加清晰，幫助開發者建立更加健壯的系統，同時滿足易修改特性和易擴展特性。數據庫設計時也存在類似設計模式的通用規范，被稱為數據庫范式。滿足范式的數據庫是簡潔的，表與表之間的關系也清晰且明確，不會存儲過多的冗余信息，在增刪改查的時候也可以避免冗余的操作。

2. 數據庫設計三大范式

面試官提問： 請描述下數據庫設計的三大范式？

題目解析： 回答本題時，可以從總分的結構來闡述，即先闡述數據庫范式的定義，再挨個解釋每種范式的設計原則。

數據庫范式定義：為了建立邏輯結構合理、冗余較小的數據庫，在設計數據表時必須要遵循的設計規范。

接下來可以分點闡述第一、第二、第三范式的定義和案例。

2.1 數據庫第一范式（1NF）

數據庫第一范式是設計數據庫時需要滿足的最基本范式：

① 定義：第一范式（First Normal Form）要求數據庫表中的所有字段都是不可拆分的原子字段，換句話說，每個字段不可以再進行拆分。

② 案例解釋：對于一張最簡單的用戶信息表，定義了用戶編號、姓名、年齡、電話這三個字段，user_info表如下：

其中電話(phone)這個字段可能存儲的是座機電話號碼、也可能是手機電話號碼，定義上并不明確，這就違背了第一范式的原子性。所以為了滿足第一范式，我們可以將電話字段拆分為座機電話(fixed_phone)和手機電話(cell_phone)兩個字段，拆分后的user_info表如下：

③ 范式優點：拆分之后，字段定義定義清晰。在查詢數據庫時我們可以明確過濾的是座機號碼還是手機號碼，方便業務層邏輯開發，而且后續維護也方便。

2.2 數據庫第二范式（2NF）

在滿足第一范式的基礎上，數據庫第二范式對字段定義進行了更嚴格的約束：

① 定義：第二范式（Second Normal Form）要求數據庫中的每一列都和主鍵相關，不能和主鍵的一部分相關。

② 案例解釋：在電商環境下，我們需要設計一個訂單表，因為訂單和商品綁定， 所以將商品編號和訂單編號作為訂單表的聯合主鍵，初始設計的訂單（order）表如下：

仔細觀察，我們就能發現這種設計的問題在于：good_id = 8888的商品，對于order_id = 10001和10002記錄都存儲了相同的單位和商品價格，這種冗余存儲在數據量大的場景下是不能接收的，并且違反了第二范式設計原則，商品價格只和商品編號有關，和訂單編號無關，我們將這張表進行拆分：

拆分的原則是：將屬于商品的信息單獨提煉為一張商品表，在原有的訂單表只保留商品編號作為聯合查詢時的查詢依據，優化后的訂單（order）表如下：

單獨拆分出的商品（good）表如下：

③ 范式優點：拆分之后，降低了數據庫的冗余存儲，并且邏輯清晰，要查詢商品信息即走good表，要查詢訂單信息即走order表。

2.3 數據庫第三范式（3NF）

① 定義：第三范式（Third Normal Form）要求數據庫表中的每個字段和主鍵都直接相關，不能間接相關。

② 案例解釋：還是以第一范式中的user_info表作為案例，如果要存儲每個用戶的省份和省會城市，我們可能會設計出下面這樣一張表：

我們將用戶編號(user_id)作為主鍵，則姓名、年齡、座機電話、手機電話都和"用戶"這個主體強相關，和主鍵直接相關，而省份和省會城市則和"用戶"這個主體是弱相關，和主鍵間接相關，并且存在依賴關系：用戶編號 -> 姓名，姓名 -> 省份，省份 -> 省會城市，這樣構建了用戶編號 -> 省會城市的間接傳遞關系，這種關系會導致數據冗余，而且在執行刪除/修改/增加操作的時候，會產生異常情況：刪除所有"貴州省"下的用戶信息（即user_id = 3的記錄），"貴州省"和"貴陽市"的信息也被刪除了（顯然不合理，因為省份這個定義和省份下的人員記錄并沒有關系）。

所以我們需要將user_info表拆分，我們通過省份構建數據關系，優化后的用戶（user_info）表如下：

獨立拆分出的省份（province）表如下：

③ 范式優點：提高了表的獨立性，降低數據存儲冗余。

3. 小結

作為開發，在日常設計數據庫表的時候可能不會特意注意使用數據庫范式，但是細心關注大部分企業項目的表結構，就會發現大部分表都是遵循數據庫范式設計的，第二范式和第三范式可能會混淆概念，第二范式的核心是關注非主鍵列是否依賴主鍵或者主鍵的一部分，第三范式的核心是關注非主鍵列是否依賴主鍵，還是依賴其他的非主鍵列。