陳英達(dá)， 黃巨濤， 林強， 唐亮亮

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司信息中心，廣東 廣州 510080)

0 引言

在信息系統(tǒng)開發(fā)中普遍采用Oracle、MySQL等關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，而數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計好壞影響著數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng)的整體性能，決定了數(shù)據(jù)的完整性、準(zhǔn)確性和一致性能否得到保證。如果數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計不合理，那么數(shù)據(jù)庫的調(diào)優(yōu)對于數(shù)據(jù)庫的性能提升將十分有限。因此我們對數(shù)據(jù)庫的邏輯設(shè)計規(guī)范開展研究，通過對數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計提出相應(yīng)的要求與建議。遵照本文所制定的數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計規(guī)范可以減少數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)冗余、提高數(shù)據(jù)庫存儲效率[1]。對數(shù)據(jù)定義恰當(dāng)?shù)募s束條件，并能提升SQL語句執(zhí)行效率，對信息系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行具有重要的價值。

1 數(shù)據(jù)完整性設(shè)計規(guī)范

數(shù)據(jù)完整性需要使用不同的完整性約束條件來制約，數(shù)據(jù)設(shè)計的完整性約束主要包含以下四方面：域的完整性、實體完整性、參照完整性以及用戶定義完整性，其含義分別如下。

(1) 域的完整性：數(shù)據(jù)庫表中的字段必須滿足某種特定的數(shù)據(jù)類型或約束。約束包括取值范圍、精度等規(guī)定；

(2) 實體完整性：表中行主鍵的約束；

(3) 參照完整性：屬于表間規(guī)則，用于設(shè)計表間數(shù)據(jù)的完整性；

(4) 用戶定義完整性：對數(shù)據(jù)表中字段屬性的約束。

數(shù)據(jù)完整性設(shè)計規(guī)范有如下要求。

(1) 每張表必須定義主鍵；

(2) 某一字段如果為另一表的主鍵，則該字段應(yīng)定義為外鍵；

(3) 表中字段的類型定義必須與其實際含義和可能的值匹配；

(4) 對表中的字段應(yīng)根據(jù)實際使用要求對字段屬性進行約束，如非空、唯一性約束等；

(5) 如某一字段值需滿足特定要求，例如有特定的取值范圍等，則應(yīng)為其定義合適的約束條件。

2 表邏輯設(shè)計規(guī)范

依托大量的數(shù)據(jù)庫分析與設(shè)計實踐，總結(jié)出表邏輯設(shè)計的規(guī)范如下：

(1) 應(yīng)采用第三范式(3NF)的設(shè)計方法，最大化保證數(shù)據(jù)的完整性[2]。

(2) Oracle數(shù)據(jù)庫中，對周期性插入大批量數(shù)據(jù)操作的表或?qū)χ芷谛越⒌拇蟊?數(shù)據(jù)文件大于300M)，INITIAL EXTENT應(yīng)設(shè)置成首次操作數(shù)據(jù)量的大小。具體如下。

建議把INITIAL EXTENT設(shè)置成等于NEXT EXTENT的大??；

表的EXTENTS次數(shù)盡量不超過200次；

對于不發(fā)生變化的表：PCTUSED設(shè)置為90，PCTFREE設(shè)置為5；

對于并非頻繁變化的表：PCTUSED設(shè)置為80，PCTFREE設(shè)置為5；

對于經(jīng)常變化的表(插入與更新操作均較頻繁)：PCTUSED設(shè)置為60，PCTFREE設(shè)置為20；

對于僅插入操作頻繁但不經(jīng)常修改原有記錄的表：PCTUSED設(shè)置為80，PCTFREE設(shè)置為10；

對于更新操作頻繁的表：PCTUSED設(shè)置為50，PCTFREE設(shè)置為40；

對于DB_BLOCK_SIZE>=8192的OLTP(聯(lián)機事務(wù)處理過程)數(shù)據(jù)庫信息系統(tǒng)，表及索引應(yīng)設(shè)定為INITRANS>=4，MAXTRANS>=10。

(3) 對于頻繁使用的表(如字典表)，在內(nèi)存空閑空間較多且數(shù)據(jù)量不大(如不超1000行)時，可采用緩存的方式保存，提升表的使用性能。

(4) 創(chuàng)建表時需指定到相應(yīng)的數(shù)據(jù)表空間，確保不同數(shù)據(jù)存儲在不同的表空間。

(5) 主鍵字段個數(shù)不能過多，盡量不修改主鍵值。

(6) 在數(shù)據(jù)庫中實現(xiàn)數(shù)據(jù)完整性的校驗，避免在應(yīng)用中對數(shù)據(jù)進行完整性校驗。

(7) 避免使用字符類型存放時間或日期類數(shù)據(jù)。

(8) 避免使用字符類型存放數(shù)值類型的數(shù)據(jù)。

(9) 避免表中字段數(shù)值類型直接使用INT型，應(yīng)明確寫明字段的取值范圍，如NUMBER(8)。

(10) 應(yīng)盡量減少使用大字段，如BLOB，CLOB，LONG，TEXT與IMAGE等。

3 表分區(qū)設(shè)計規(guī)范

隨著表中數(shù)據(jù)量不斷增大，數(shù)據(jù)查詢的速度會逐漸降低，從而導(dǎo)致應(yīng)用系統(tǒng)的性能下降，此時應(yīng)考慮對表進行分區(qū)操作。

表分區(qū)具有以下優(yōu)點。

(1) 提升查詢性能：分區(qū)對象的查詢可以僅查詢與自己相關(guān)的分區(qū)，不用再對整表進行查詢，從而提高查詢效率；

(2) 減少故障損失：表的某個分區(qū)發(fā)生故障時不會影響該表其他分區(qū)的正常使用；

(3) 維護效率高：只需對故障分區(qū)進行修復(fù)，不用對整表修復(fù)；

表分區(qū)設(shè)計的規(guī)范與建議如下。

(4) 應(yīng)對有需要的大表進行分區(qū)，以提高性能和可維護性；

(5) 當(dāng)表的大小接近或超過4GB時，可考慮對其進行分區(qū)；

(6) 對于OLTP系統(tǒng)，當(dāng)表的數(shù)據(jù)量非常龐大時，應(yīng)考慮對表進行分區(qū)，對于硬件性能較好的服務(wù)器，可適度放寬要求；

(7) 對經(jīng)常執(zhí)行并行操作的表，建議對其進行分區(qū)。

數(shù)據(jù)庫分區(qū)表的基本類型可分如下4類：

范圍分區(qū)。范圍分區(qū)以表中分區(qū)字段的值的范圍來作為分區(qū)的劃分條件。不同的記錄將按照分區(qū)字段的值的不同，存放在對應(yīng)在的范圍分區(qū)中。該分區(qū)方式最適用于查詢條件中對分區(qū)鍵值進行區(qū)間查詢的場景；

哈希分區(qū)。哈希分區(qū)將表中數(shù)據(jù)的存放位置依據(jù)分區(qū)字段的值進行特定的哈希計算后得到的結(jié)果來決定，該分區(qū)方式最適用于查詢條件中對分區(qū)字段采用等號進行比較的情況[3]；

列表分區(qū)。與范圍分區(qū)不同，列表分區(qū)必須指定分區(qū)字段的具體值而不僅僅是一個范圍。該分區(qū)的使用范圍比范圍分區(qū)和哈希分區(qū)??；

組合分區(qū)。通過在不同字段上，使用“范圍分區(qū)”、 “哈希分區(qū)”以及“列表分區(qū)”的不同組合方式，實現(xiàn)組合分區(qū)。該分區(qū)適用于數(shù)據(jù)量大的表以及對性能具有特殊要求的情況。

4 字段邏輯設(shè)計規(guī)范

對表中字段的邏輯設(shè)計規(guī)范如下。

(1) 應(yīng)對通信地址等特定的信息采用多個字段來表示，增加靈活性；

(2) 應(yīng)使用角色實體來定義關(guān)聯(lián)屬性，方便創(chuàng)建時間關(guān)聯(lián)關(guān)系；

(3) 數(shù)字類型與文本類型的字段長度應(yīng)保證充足；

(4) 對刪除記錄的操作需用統(tǒng)一的特定字段標(biāo)注，而非直接刪除記錄；

(5) 盡量避免使用大字段。

5 索引設(shè)計規(guī)范

在設(shè)計關(guān)系型系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫時，通常需要創(chuàng)建大量索引，良好的索引可以加快表與表之間的連接[4]，通常能顯著減少復(fù)雜的SQL查詢所花費的時間，從而提升數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的性能[5]。

創(chuàng)建索引應(yīng)遵循如下規(guī)范。

(1) 不要索引大型字符字段；

(2) 不要索引常用的小型表；

(3) DML操作頻繁的表應(yīng)盡量少建索引；

(4) 盡量不要將經(jīng)常修改的字段作為索引字段；

(5) 選擇性高的字段適合建立索引；

(6) 如某一字段或字段組合經(jīng)常在WHERE子句中使用并且滿足該字段或字段組合查詢條件的行數(shù)占表總行數(shù)的比例小于等于5%時，適合創(chuàng)建索引；

(7) 應(yīng)在頻繁使用DISTINCT關(guān)鍵字查詢的字段上建立索引；

(8) 進行表連接時，應(yīng)在連接字段上建立索引；

(9) 復(fù)合索引創(chuàng)建時應(yīng)把最常用的字段放在第一位，而將不常用的字段排后；

(10) 當(dāng)索引字段的記錄重復(fù)較多而DISTINCT記錄值又較少(一般少于30)時，應(yīng)建立位圖索引；

(11) 盡量避免對OLTP系統(tǒng)的一張數(shù)據(jù)庫表創(chuàng)建過多索引，例如超過10個；

(12) 由于位圖索引會影響DML操作的速度，因此OLTP系統(tǒng)中盡量不使用位圖索引；

(13) 如查詢中需使用函數(shù)，且滿足該查詢條件的記錄數(shù)比例很小，建議創(chuàng)建相應(yīng)的函數(shù)索引；

創(chuàng)建索引完畢后，正確使用索引才能使其發(fā)揮作用，使用索引的規(guī)范如下。

(1) 確認(rèn)是否已使用索引。應(yīng)盡量使用選擇率高的索引，避免全表掃描；

(2) 確認(rèn)已使用的索引是否合理。錯誤的索引將導(dǎo)致性能的降低。索引的合理使用規(guī)范如下：

應(yīng)避免在字段上進行類型轉(zhuǎn)換操作，否則無法使用該字段上的索引；

避免對索引字段進行任何計算操作，對索引字段的計算操作會引起索引的失效；

盡可能增加查詢的條件，限制全范圍的查詢

當(dāng)索引效率很低時，應(yīng)避免使用索引；

盡量避免模糊查詢，如必須使用模糊查詢時，盡量使用前端匹配的模糊查詢；

WHERE條件中對索引字段盡量使用等值“=”進行比較查詢；

盡量使用前導(dǎo)字段(復(fù)合索引的首字段)作為查詢條件；

WHERE條件中對索引字段的查詢條件應(yīng)保證比較值的類型和字段類型一致。

索引在創(chuàng)建和維護過程中需注意如下事項。

(1) 創(chuàng)建索引時數(shù)據(jù)和索引應(yīng)放在不同的表空間；

(2) 創(chuàng)建分區(qū)表索引時，盡量創(chuàng)建本地索引；

(3) 對于經(jīng)常執(zhí)行刪除操作的表上的索引應(yīng)定期重建索引。由于索引重建時會阻塞DML操作，應(yīng)選擇在業(yè)務(wù)空閑時進行，盡量減少其對業(yè)務(wù)產(chǎn)生影響；

(4) 對于鍵值頻繁更新的索引，也應(yīng)定期進行重建；

(5) 刪除無用的索引，避免多余索引降低數(shù)據(jù)庫DML操作的執(zhí)行速度。

6 總結(jié)

關(guān)系型數(shù)據(jù)庫是信息應(yīng)用系統(tǒng)的核心組成部分，不合理的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫設(shè)計會加大編程難度，引起操作繁瑣、性能降低、空間浪費等不良后果，甚至影響應(yīng)用系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定，合理設(shè)計關(guān)系型數(shù)據(jù)庫十分有必要。而邏輯結(jié)構(gòu)的設(shè)計是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫設(shè)計過程中的重要環(huán)節(jié)，邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計的好壞直接決定并影響了數(shù)據(jù)的完整性、準(zhǔn)確性與一致性，因此在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計過程中研究并提出相應(yīng)的規(guī)范具有重大價值。

[1] 陶勇，丁維明. 數(shù)據(jù)庫中規(guī)范化與反規(guī)范化設(shè)計的比較與分析[J]. 計算機技術(shù)與發(fā)展, 2006,16(4):107-109.

[2] 丁智斌，石浩磊. 關(guān)系數(shù)據(jù)庫設(shè)計與規(guī)范化[J]. 計算機與數(shù)字工程, 2005,33(2):114-116.

[3] 韋平飛. 移動業(yè)務(wù)運營支撐系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫性能優(yōu)化的研究[D]. 廣州:華南理工大學(xué), 2011.

[4] 王力等. 基于免疫遺傳算法的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫查詢優(yōu)化技術(shù)[J]. 微型電腦應(yīng)用, 2008,24(3):45-47.

[5] 張若唯. 基于ORACLE的煉鋼—連鑄綜合優(yōu)化系統(tǒng)信息平臺的設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 沈陽:東北大學(xué), 2012.