作為一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的學(xué)習(xí)者，搞懂關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的三大范式是很有用的。然而有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)范式的介紹都是采用學(xué)術(shù)性的定義，語(yǔ)法羞澀，讓人難懂，故寫下自己對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)范式的理解，給初學(xué)者提供幫助。

關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中的關(guān)系必須滿足一定的要求。滿足不同程度要求的為不同范式。數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)范式是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)所需要滿足的規(guī)范。只有理解數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)范式，才能設(shè)計(jì)出高效率、優(yōu)雅的數(shù)據(jù)庫(kù)，否則可能會(huì)設(shè)計(jì)出錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)庫(kù)。

目前，主要有六種范式：第一范式、第二范式、第三范式、BC范式、第四范式和第五范式。滿足最低要求的叫第一范式，簡(jiǎn)稱1NF。在第一范式基礎(chǔ)上進(jìn)一步滿足一些要求的為第二范式，簡(jiǎn)稱2NF。其余依此類推。

范式可以避免數(shù)據(jù)冗余，減少數(shù)據(jù)庫(kù)的空間，減輕維護(hù)數(shù)據(jù)完整性的麻煩，但是操作困難，因?yàn)樾枰?lián)系多個(gè)表才能得到所需要數(shù)據(jù)，而且范式越高性能就會(huì)越差。要權(quán)衡是否使用更高范式是比較麻煩的，一般在項(xiàng)目中，用得最多的也就是第三范式，使用到第三范式也就足夠了，性能好而且方便管理數(shù)據(jù)。

本文不介紹規(guī)范化程度高于3NF的范式，對(duì)于很多大型復(fù)雜的系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)都沒(méi)有遵循所謂的范式，這也是為什么會(huì)出現(xiàn)所謂的逆規(guī)范化，范式也需要考慮使用場(chǎng)景，不可一切東西都要范式化。在沒(méi)有更多實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的情況下，遵循范式是非常好的選擇。

在實(shí)例中理解三大范式

1NF:字段不可分

強(qiáng)調(diào)的是列的原子性，即列不能夠再分成其他幾列。

例1，學(xué)生信息表

• 學(xué)生編號(hào) 姓名 性別 聯(lián)系方式
• 20080901 張三 男 email:zs@126.com,phone:88886666
• 20080902 李四 女 email:ls@126.com,phone:66668888
• 以上的表就不符合，第一范式：聯(lián)系方式字段可以再分，所以變更為正確的是：
• 學(xué)生編號(hào) 姓名 性別 電子郵件 電話
• 20080901 張三 男 zs@126.com 88886666
• 20080902 李四 女 ls@126.com 66668888

例2，學(xué)生班級(jí)信息

• 學(xué)生編號(hào) 姓名 班級(jí)
• 20080901 小明 高三1班
• 20080902 小葉 高三2班
• 以上的表就不符合，第一范式：班級(jí)字段可以再分，所以變更為正確的是：
• 學(xué)生編號(hào) 姓名 年級(jí) 班級(jí)
• 20080901 小明 高三 1班
• 20080902 小葉 高三 2班

例3，員工信息表

• 員工編號(hào) 姓名 工作年限
• 20080901 小明 2009~2011
• 20080902 小葉 2006~2012
• 以上的表就不符合，第一范式：工作年限可以再分，所以變更為正確的是：
• 員工編號(hào) 姓名 工作年份 離職年份
• 20080901 小明 2009 2011
• 20080902 小葉 2006 2012

例4，學(xué)生成績(jī)表

• 學(xué)生編號(hào) 姓名 課程成績(jī)
• 20080901 小明 80,70,90
• 20080902 小葉 60,70,85
• 以上的表就不符合，第一范式：課程成績(jī)可以再分，所以變更為正確的是：
• 學(xué)生編號(hào) 姓名 語(yǔ)文 數(shù)學(xué) 外語(yǔ)
• 20080901 小明 80 70 90
• 20080902 小葉 60 70 85

例5，聯(lián)系人信息表

• 姓名 性別 電話
• 小明 男 0101-3464554,13699170707
• 小葉 女 0101-3464674,13623450707
• 以上的表就不符合，第一范式：電話可以再分，所以變更為正確的是：
• 姓名 性別 座機(jī) 手機(jī)
• 小明 男 0101-3464554 13699170707
• 小葉 女 0101-3464674 13623450707

例6，公司信息表

• 公司編號(hào) 名稱 地址
• 20080901 谷歌 美國(guó)加利福尼亞州圣克拉拉縣山景市
• 20080902 百度 中國(guó)北京市海淀區(qū)上地十街10號(hào)百度大廈
• 以上的表就不符合，第一范式：地址可以再分，所以變更為正確的是：
• 公司編號(hào) 名稱 國(guó)籍 地址
• 20080901 谷歌 美國(guó) 加利福尼亞州圣克拉拉縣山景市
• 20080902 百度 中國(guó) 北京市海淀區(qū)上地十街10號(hào)百度大廈

對(duì)于例6地址的拆分可根據(jù)需求進(jìn)行，不一定非要拆分。如果需知道哪個(gè)國(guó)家并按其分類，那么顯然第一個(gè)表格是不容易滿足需求的，也不符合第一范式。因此是否符合第一范式的要求在一定程度上取決于后期對(duì)數(shù)據(jù)的查詢和使用上，當(dāng)然，第一范式是前人總結(jié)的通用方法，遵循它會(huì)得到意想不到的好處。

2NF:有主鍵，非主鍵字段依賴主鍵

首先是滿足 1NF，另外包含兩部分內(nèi)容，一是表必須有一個(gè)主鍵;二是沒(méi)有包含在主鍵中的列必須完全依賴于主鍵。

主鍵很重要，要記住在設(shè)計(jì)表的時(shí)候無(wú)論如何也要添加主鍵，沒(méi)有主鍵的表會(huì)給你帶來(lái)噩夢(mèng)般的體驗(yàn)，會(huì)給系統(tǒng)開發(fā)、功能維護(hù)、數(shù)據(jù)維護(hù)帶來(lái)不必要的麻煩。舉個(gè)例子，上面例5，聯(lián)系人信息表就沒(méi)有添加主鍵，如下數(shù)據(jù)你想刪除小明的信息該如何操作，根據(jù)姓名嗎?不行，因?yàn)橛兄孛那闆r，只能通過(guò)姓名+電話兩個(gè)字段組合為一個(gè)唯一的條件進(jìn)行刪除。

姓名 性別 電話

• 小明 男 0101-3464554,13699170707
• 小葉 女 0101-3464674,13623450707
• 小朱 女 0101-3464675,13623450705
• 小明 男 0101-3464676,13623450706

而有了主鍵，情況會(huì)是怎樣的呢?你只需要根據(jù)聯(lián)系人編號(hào)即可刪除，一步到位。

聯(lián)系人編號(hào) 姓名 性別 電話

• 1 小明 男 0101-3464554,13699170707
• 2 小葉 女 0101-3464674,13623450707
• 3 小朱 女 0101-3464675,13623450705
• 4 小明 男 0101-3464676,13623450706

切記，在任何時(shí)刻，一張表一定要有主鍵，如果你無(wú)法確定業(yè)務(wù)中哪個(gè)字段作為主鍵，那么你就建立一個(gè)ID字段作為主鍵，多一個(gè)ID字段不會(huì)影響什么。

例1，學(xué)生信息表(主鍵學(xué)號(hào))

• 學(xué)號(hào) 姓名 性別 年齡 課程名稱 學(xué)分
• 2008 張三 男 15 語(yǔ)文 45
• 2008 張三 男 15 數(shù)學(xué) 55
• 2009 李四 女 16 語(yǔ)文 45
• 2009 李四 女 16 數(shù)學(xué) 55

以上的表就不符合，第二范式：主鍵(學(xué)號(hào))無(wú)法唯一確定課程名稱和學(xué)分，也就是說(shuō)部分非主鍵字段不依賴主鍵，所以變更為正確的是：

學(xué)生信息表

• 學(xué)號(hào) 姓名 性別 年齡
• 2008 張三 男 15
• 2008 張三 男 15

課程表

• 課程名稱 學(xué)分
• 語(yǔ)文 45
• 數(shù)學(xué) 55
• 學(xué)生選課表
• 學(xué)號(hào) 課程名稱
• 2008 語(yǔ)文
• 2008 數(shù)學(xué)
• 2009 語(yǔ)文
• 2009 數(shù)學(xué)

例2，學(xué)生借書表

• 學(xué)生證號(hào) 學(xué)生證辦理時(shí)間 借書證號(hào) 借書證辦理時(shí)間
• 2008 2010年9月1號(hào) 201001 2010年10月1號(hào)
• 2009 2010年9月2號(hào) 201011 2011年10月1號(hào)

以上的表就不符合，第二范式：借書證號(hào)和借書證辦理時(shí)間這些非主鍵字段不依賴學(xué)生證號(hào)這個(gè)主鍵，所以變更為正確的是：

學(xué)生證表

• 學(xué)生證號(hào) 學(xué)生證辦理時(shí)間
• 2008 2010年9月1號(hào)
• 2009 2010年9月2號(hào)

借書證表

• 借書證號(hào) 借書證辦理時(shí)間
• 201001 2010年10月1號(hào)
• 201011 2011年10月1號(hào)

例3，訂單表

2NF在1NF的基礎(chǔ)之上更進(jìn)一層。2NF需要確保數(shù)據(jù)庫(kù)表中的每一列都和主鍵相關(guān)，而不能只與主鍵的某一部分相關(guān)(主要針對(duì)聯(lián)合主鍵而言)。也就是說(shuō)在一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)表中，一個(gè)表中只能保存一種數(shù)據(jù)，不可以把多種數(shù)據(jù)保存在同一張數(shù)據(jù)庫(kù)表中。

比如要設(shè)計(jì)一個(gè)訂單信息表，因?yàn)橛唵沃锌赡軙?huì)有多種商品，所以要將訂單編號(hào)和商品編號(hào)作為數(shù)據(jù)庫(kù)表的聯(lián)合主鍵，如下表所示：

訂單信息表(訂單編號(hào)和商品編號(hào)為聯(lián)合主鍵)

• 訂單編號(hào) 商品編號(hào) 商品名稱 數(shù)量 單位 價(jià)格 客戶 所屬單位 聯(lián)系方式
• 001 1 挖掘機(jī) 1 臺(tái) 1200000￥ 張三 上海玖智 020-1234567
• 001 2 沖擊鉆 8 把 230￥ 張三 上海玖智 020-1234567
• 002 3 鏟車 2 輛 980000￥ 李四 北京公司 010-1234567

這樣就產(chǎn)生一個(gè)問(wèn)題：這個(gè)表中是以訂單編號(hào)和商品編號(hào)作為聯(lián)合主鍵。這樣在該表中商品名稱、單位、商品價(jià)格等信息不與該表的主鍵相關(guān)，而僅僅是與商品編號(hào)相關(guān)。所以在這里違反了2NF的設(shè)計(jì)原則。而如果把這個(gè)訂單信息表進(jìn)行拆分，把商品信息分離到另一個(gè)表中，把訂單項(xiàng)目表也分離到另一個(gè)表中，就非常完美了。如下所示：

訂單信息表

• 訂單編號(hào) 客戶 所屬單位 聯(lián)系方式
• 001 張三 上海玖智 020-1234567
• 002 李四 北京公司 010-1234567

訂單項(xiàng)目表

• 訂單編號(hào) 商品編號(hào) 數(shù)量
• 001 1 1
• 001 2 8
• 002 3 2

商品信息表

• 商品編號(hào) 商品名稱 單位 商品價(jià)格
• 1 挖掘機(jī) 臺(tái) 1200000￥
• 2 沖擊鉆 個(gè) 230￥
• 3 鏟車 輛 980000￥

這樣設(shè)計(jì)，在很大程度上減小了數(shù)據(jù)庫(kù)的冗余。如果要獲取訂單的商品信息，使用商品編號(hào)到商品信息表中查詢即可。

3NF:非主鍵字段不能相互依賴

首先是 2NF，另外非主鍵列必須直接依賴于主鍵，不能存在傳遞依賴。即不能存在：非主鍵列 A 依賴于非主鍵列 B，非主鍵列 B 依賴于主鍵的情況。 通俗解釋：任意一個(gè)字段都只依賴表中的同一個(gè)字段。

例1，家庭成員表

• 戶主 兒子 女兒 女兒的小熊 女兒的海綿寶寶
• Jack Tom Lucy Bear spongebob
• Jobs july Lily Bear2 spongebob2

以上的表就不符合，第三范式：其中 兒子 ，女兒 等非主鍵列都完全依賴于主鍵(戶主)，所以符合 2NF，不過(guò)問(wèn)題是 女兒的小熊 ，女兒的海綿寶寶 直接依賴的是 女兒字段 (非主鍵列)，而不是直接依賴于主鍵，它通過(guò)傳遞才依賴于主鍵，所以不符合 3NF。 所以變更為正確的是：

戶主信息表

• 戶主 兒子 女兒
• Jack Tom Lucy
• Josb July Lily

女兒信息表

• 女兒 女兒的小熊 女兒的海綿寶寶
• Lucy Bear spongebob
• Lily Bear2 spongebob2

例2，訂單表(主鍵是OrderID)

• OrderID OrderDate CustomerID CustomerName CustomerAddr CustomerCity
• 101 2011年 100 xx聯(lián)合公司 中央大街100號(hào) 紐約
• 102 2012年 100 xx聯(lián)合公司 中央大街100號(hào) 紐約
• 103 2014年 200 yy聯(lián)合公司 白宮 紐約

以上的表就不符合，第三范式：其中 OrderDate，CustomerID等非主鍵列都完全依賴于主鍵(OrderID)，所以符合 2NF，不過(guò)問(wèn)題是 CustomerName，CustomerAddr，CustomerCity 直接依賴的是 CustomerID(非主鍵列)，而不是直接依賴于主鍵，它是通過(guò)傳遞才依賴于主鍵，所以不符合 3NF。 所以變更為正確的是：

訂單表

• OrderID OrderDate CustomerID
• 101 2011年 100
• 102 2012年 100
• 103 2014年 200

客戶信息表

• CustomerID CustomerName CustomerAddr CustomerCity
• 100 xx聯(lián)合公司 中央大街100號(hào) 紐約
• 200 yy聯(lián)合公司 白宮 紐約

例3，學(xué)生信息表(主鍵是學(xué)號(hào))

• 學(xué)號(hào) 姓名 所在系 系名稱 系地址
• 101 小明 001 數(shù)學(xué)系 1號(hào)樓
• 102 小葉 002 文學(xué)系 5號(hào)樓
• 103 小炫 003 物理系 6號(hào)樓

以上的表就不符合，第三范式：其中學(xué)號(hào)，姓名，所在系等非主鍵列都完全依賴于主鍵(學(xué)號(hào))，所以符合 2NF，不過(guò)問(wèn)題是系名稱，系地址直接依賴的是所在系(非主鍵列)，而不是直接依賴于主鍵，它是通過(guò)傳遞才依賴于主鍵，所以不符合 3NF。 所以變更為正確的是：

學(xué)生表

• 學(xué)號(hào) 姓名 所在系
• 101 小明 001
• 102 小葉 002
• 103 小炫 003

院系信息表

• 系編號(hào) 系名稱 系地址
• 001 數(shù)學(xué)系 1號(hào)樓
• 002 文學(xué)系 5號(hào)樓
• 003 物理系 6號(hào)樓

第二范式(2NF)和第三范式(3NF)的概念很容易混淆，區(qū)分它們的關(guān)鍵點(diǎn)在于，2NF：非主鍵列是否完全依賴于主鍵，還是依賴于主鍵的一部分;3NF：非主鍵列是直接依賴于主鍵，還是直接依賴于非主鍵列。

通過(guò)對(duì)每個(gè)范式的定義介紹，加上幾個(gè)在實(shí)踐中的反例進(jìn)行講解，可在一定程度上加快理論的理解，縮短理論和實(shí)踐之間的距離，可快速上手3范式在開發(fā)中的應(yīng)用。

【本文為51CTO專欄作者“朱國(guó)立”的原創(chuàng)稿件，轉(zhuǎn)載請(qǐng)通過(guò)作者微信公眾號(hào)“開發(fā)者圓桌”獲取聯(lián)系和授權(quán)】

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