初学者数据库设计教程

数据库是每个 Web 应用程序的核心。它们的设计（或模式）实际上是所有信息存储、更新和访问方式的蓝图。然而，学习数据库并非易事。市面上有很多关于数据库理论的书籍，内容冗长复杂，但很少有针对初学者的简单解释。

这是一份面向数据库设计初学者的教程。这是我刚开始学习数据库时最希望的入门书。

什么是数据库？

数据库是一种用于存储和检索数据的程序。广义上讲，数据库分为两种类型：关系型和非关系型。

关系数据库更为常见，它由类似于 Excel 电子表格的行列结构表组成。MySQL、PostgreSQL、Microsoft Access、Microsoft SQL 和 Oracle 等热门数据库都是关系型数据库。它们使用 SQL（结构化查询语言），这是一种专门用于管理关系数据库中数据的编程语言。

相比之下，非关系型数据库没有严格的列和行模式。支持者认为它们比关系型数据库“更灵活”，并且越来越多地被 Facebook、谷歌和美国国家安全局等组织用于大数据场景。

本教程将涵盖关系数据库。如果您是数据库新手，那么这里是最简单的入门指南。

数据库通常由多个表组成。一个简单的表，我们称之为“customers”，它看起来如下：

这些列分别是“customer_id”、“username”、“email”、“password”和“birthday”。每一行都称为一条记录。随着用户数量的增长，我们最终可能会添加数百甚至数百万条记录，但定义的列将保持不变。

“id”列就是所谓的主键：一个唯一且非空的数字，用于指向每条记录。关系表中的每条记录/行都有一个主键。

为了理解原因，我们假设用户“william”想要将他的“用户名”改为“bill”。我们如何知道该将哪个“密码”和“生日”与该用户关联？如果没有主键，我们就不知道。

随着时间的推移，表格也会变得越来越复杂。主键为我们提供了一种唯一的方式来识别和管理每条记录。

良好数据库设计的一个关键原则是，每个数据项（例如用户名）应该只存储一次，并且只存储在一个位置。这样可以避免维护和更新多个位置，避免出现容易出错的情况。

第二个原则是使用输入约束来提高数据的可靠性。例如，在“电子邮件”列中，我们知道正确的电子邮件记录应该包含“@”符号，因此我们可以说，只有带有“@”符号的数据才能输入到电子邮件列中。在生日列中，我们希望使用日期数据类型，这样就只能接受以数字形式输入的生日。

在设计数据库时，关键的决策在于要存储哪些数据以及它们之间存在什么样的关系。目前我们只有一个客户表，但假设我们还需要存储订单表，因为我们正在构建一个电商网站。

我们很容易想到，只需在现有表中添加一列订单信息即可。但订单包含多项我们想要跟踪的信息。例如，我们至少需要了解：

这意味着我们需要为Orders创建一个单独的表。为了将特定订单与特定客户关联起来，我们可以通过customer_id字段使用外键关系来链接这两个表。

如果我们查看订单表的模式，我们可以看到第一个订单是由客户表中的 customer_id 为 2 的“john”下的。下一个订单，order_id 为 2，是由“william”下的。依此类推。外键让我们能够将多个数据库表链接在一起。

外键关系有三种类型。第一种是一对多关系，也就是客户表和订单表之间的关系。一个客户可以下多个订单。通过在订单表中使用客户主键作为外键，我们可以跟踪这种情况。

一对一关系的一个例子是跟踪人员和护照的数据库。每个人只能拥有一本护照，反之亦然，因此这两个表具有一对一的关系。

第三种选择称为多对多关系。假设我们有一个数据库，用于跟踪作者和书籍。每个作者可以写多本书，每本书也可以有多个作者。通过外键定义多对多关系，我们可以将这两个表链接在一起。

设计数据库既是一门艺术，也是一门科学。随着需求的变化，数据库的表和列布局会频繁更新。不幸的是，冗余数据经常会潜入其中，从而导致多个问题：

规范化是从数据库表中消除冗余数据的过程的正式术语。规范化有 5 种范式，但大多数数据库设计人员只停留在第 2 级或第 3 级，因为虽然规范化可以减少数据依赖性，但它会增加复杂性，从而降低性能。

现在您已经了解了数据库设计的基础知识，为什么不尝试使用 Django 自己构建一些数据库驱动的网站呢？