詳細講解大型數據庫的設計原則與開(kāi)發(fā)技巧

目前，計算機技術(shù)已經(jīng)廣泛地應用于國民經(jīng)濟的各個(gè)領(lǐng)域當中，在計算機硬件不斷微型化的同時(shí)，應用系統也逐漸向著(zhù)復雜化、大型化的方向發(fā)展。數據庫是整個(gè)系統的核心，它的設計直接關(guān)系系統執行的效率和系統的穩定性。因此在軟件系統開(kāi)發(fā)中，數據庫設計應遵循必要的數據庫范式理論，以減少冗余、保證數據的完整性與正確性。只有在合適的數據庫產(chǎn)品上設計出合理的數據庫模型，才能降低整個(gè)系統的編程和維護難度，提高系統的實(shí)際運行效率。雖然對于小項目或中等規模的項目，開(kāi)發(fā)人員可以很容易地利用范式理論設計出一套符合要求的數據庫，但對于一個(gè)包含大型數據庫的軟件項目，就必須有一套完整的設計原則與技巧。

一、成立數據小組

大型數據庫數據元素多，在設計上有必要成立專(zhuān)門(mén)的數據小組。由于數據庫設計者不一定是使用者，對系統設計中的數據元素不可能考慮周全，數據庫設計出來(lái)后，往往難以找到所需的庫表，因此數據小組最好由熟悉業(yè)務(wù)的項目骨干組成。

數據小組的職能并非是設計數據庫，而是通過(guò)需求分析，在參考其他相似系統的基礎上，提取系統的基本數據元素，擔負對數據庫的審核。審核內容包括審核新的數據庫元素是否完全、能否實(shí)現全部業(yè)務(wù)需求；對舊數據庫（如果存在舊系統）的分析及數據轉換；數據庫設計的審核、控制及必要調整。

二、設計原則

1、規范命名
所有的庫名、表名、域名必須遵循統一的命名規則，并進(jìn)行必要說(shuō)明，以方便設計、維護、查詢(xún)。

2、控制字段的引用
在設計時(shí)，可以選擇適當的數據庫設計管理工具，以方便開(kāi)發(fā)人員的分布式設計和數據小組的集中審核管理。采用統一的命名規則，如果設計的字段已經(jīng)存在，可直接引用；否則，應重新設計。

3、庫表重復控制
在設計過(guò)程中，如果發(fā)現大部分字段都已存在，開(kāi)發(fā)人員應懷疑所設計的庫表是否已存在。通過(guò)對字段所在庫表及相應設計人員的查詢(xún)，可以確認庫表是否確實(shí)重復。

4、并發(fā)控制
設計中應進(jìn)行并發(fā)控制，即對于同一個(gè)庫表，在同一時(shí)間只有一個(gè)人有控制權，其他人只能進(jìn)行查詢(xún)。

5、必要的討論
數據庫設計完成后，數據小組應與相關(guān)人員進(jìn)行討論，通過(guò)討論來(lái)熟悉數據庫，從而對設計中存在的問(wèn)題進(jìn)行控制或從中獲取數據庫設計的必要信息。

6、數據小組的審核
庫表的定版、修改最終都要通過(guò)數據小組的審核，以保證符合必要的要求。

7、頭文件處理
每次數據修改后，數據小組要對相應的頭文件進(jìn)行修改（可由管理軟件自動(dòng)完成），并通知相關(guān)的開(kāi)發(fā)人員，以便進(jìn)行相應的程序修改。

三、設計技巧

1、分類(lèi)拆分數據量大的表
對于經(jīng)常使用的表（如某些參數表或代碼對照表），由于其使用頻率很高，要盡量減少表中的記錄數量。例如，銀行的戶(hù)主賬表原來(lái)設計成一張表，雖然可以方便程序的設計與維護，但經(jīng)過(guò)分析發(fā)現，由于數據量太大，會(huì )影響數據的迅速定位。如果將戶(hù)主賬表分別設計為活期戶(hù)主賬、定期戶(hù)主賬及對公戶(hù)主賬等，則可以大大提高查詢(xún)效率。

2、索引設計
應挑選重復值較少的字段；在對建有復合索引的字段進(jìn)行檢索時(shí)，應注意按照復合索引字段建立的順序進(jìn)行。例如，如果對一個(gè)5萬(wàn)多條記錄的流水表以日期和流水號為序建立復合索引，由于在該表中日期的重復值接近整個(gè)表的記錄數，用流水號進(jìn)行查詢(xún)所用的時(shí)間接近3秒；而如果以流水號為索引字段建立索引進(jìn)行相同的查詢(xún)，所用時(shí)間不到1秒。因此在大型數據庫設計中，只有進(jìn)行合理的索引字段選擇，才能有效提高整個(gè)數據庫的操作效率。

3、數據操作的優(yōu)化
在大型數據庫中，如何提高數據操作效率值得關(guān)注。例如，每在數據庫流水表中增加一筆業(yè)務(wù)，就必須從流水控制表中取出流水號，并將其流水號的數值加一。正常情況下，單筆操作的反應速度尚屬正常，但當用它進(jìn)行批量業(yè)務(wù)處理時(shí)，速度會(huì )明顯減慢。經(jīng)過(guò)分析發(fā)現，每次對流水控制表中的流水號數值加一時(shí)都要鎖定該表，而該表卻是整個(gè)系統操作的核心，有可能在操作時(shí)被其他進(jìn)程鎖定，因而使整個(gè)事務(wù)操作速度變慢。對這一問(wèn)題的解決的辦法是，根據批量業(yè)務(wù)的總筆數批量申請流水號，并對流水控制表進(jìn)行一次更新，即可提高批量業(yè)務(wù)處理的速度。另一個(gè)例子是對插表的優(yōu)化。對于大批量的業(yè)務(wù)處理，如果在插入數據庫表時(shí)用普通的Insert語(yǔ)句，速度會(huì )很慢。其原因在于，每次插表都要進(jìn)行一次I/O操作，花費較長(cháng)的時(shí)間。改進(jìn)后，可以用Put語(yǔ)句等緩沖區形式等滿(mǎn)頁(yè)后再進(jìn)行Ｉ/Ｏ操作，從而提高效率。對大的數據庫表進(jìn)行刪除時(shí)，一般會(huì )直接用Delete語(yǔ)句，這個(gè)語(yǔ)句雖然可以進(jìn)行小表操作，但對大表卻會(huì )因帶來(lái)大事務(wù)而導致刪除速度很慢甚至失敗。解決的方法是去掉事務(wù)，但更有效的辦法是先進(jìn)行Drop操作再進(jìn)行重建。

4、數據庫參數的調整
數據庫參數的調整是一個(gè)經(jīng)驗不斷積累的過(guò)程，應由有經(jīng)驗的系統管理員完成。以Informix數據庫為例，記錄鎖的數目太少會(huì )造成鎖表的失??；邏輯日志的文件數目太少會(huì )造成插入大表失敗等，這些問(wèn)題都應根據實(shí)際情況進(jìn)行必要的調整。

5、必要的工具
在整個(gè)數據庫的開(kāi)發(fā)與設計過(guò)程中，可以先開(kāi)發(fā)一些小的應用工具，如自動(dòng)生成庫表的頭文件、插入數據的初始化、數據插入的函數封裝、錯誤跟蹤或自動(dòng)顯示等，以此提高數據庫的設計與開(kāi)發(fā)效率。

6、避免長(cháng)事務(wù)
對單個(gè)大表的刪除或插入操作會(huì )帶來(lái)大事務(wù)，解決的辦法是對參數進(jìn)行調整，也可以在插入時(shí)對文件進(jìn)行分割。對于一個(gè)由一系列小事務(wù)順序操作共同構成的長(cháng)事務(wù)（如銀行交易系統的日終交易），可以由一系列操作完成整個(gè)事務(wù)，但其缺點(diǎn)是有可能因整個(gè)事務(wù)太大而使不能完成，或者，由于偶然的意外而使事務(wù)重做所需的時(shí)間太長(cháng)。較好的解決方法是，把整個(gè)事務(wù)分解成幾個(gè)較小的事務(wù)，再由應用程序控制整個(gè)系統的流程。這樣，如果其中某個(gè)事務(wù)不成功，則只需重做該事務(wù)，因而既可節約時(shí)間，又可避免長(cháng)事務(wù)。

7、適當超前
計算機技術(shù)發(fā)展日新月異，數據庫的設計必須具有一定前瞻性，不但要滿(mǎn)足當前的應用要求，還要考慮未來(lái)的業(yè)務(wù)發(fā)展，同時(shí)必須有利于擴展或增加應用系統的處理功能。

與小型數據庫相比，大型數據庫的設計與開(kāi)發(fā)要復雜得多，因此在設計、開(kāi)發(fā)過(guò)程中，除了要遵循數據庫范式理論、增加系統的一致性和完整性外，還要在總體上根據具體情況進(jìn)行分布式設計，緊緊把握集中控制、統一審核的基本原則，保證數據庫設計結構緊湊、分布平衡、定位迅速。在數據庫操作上，要采用一定的技巧提高整個(gè)應用系統的執行效率，并注意適當超前，以適應不斷變化的應用及系統發(fā)展的要求。