敏捷数据库管理与关系数据库技术解析

### 敏捷数据库管理与关系数据库技术解析 在软件开发的世界里，数据库管理和设计是至关重要的环节。下面将为大家详细介绍类规范化和关系数据库技术的相关内容。 #### 类规范化规则 类规范化是敏捷数据库管理员（DBA）和应用程序开发人员都应掌握的重要技术。它有助于提高代码的内聚性和灵活性，使设计更加合理。类规范化主要分为三个级别，具体规则如下： | 级别 | 规则 | | --- | --- | | 第一对象范式（1ONF） | 当一个属性（实际上是一组相似属性的集合）所需的特定行为被封装在其自己的类中时，该类处于第一对象范式（1ONF）。当对象模式中的所有类都处于1ONF时，该对象模式也处于1ONF。 | | 第二对象范式（2ONF） | 当一个类处于第一对象范式（1ONF），并且该类的多个实例所需的“共享”行为被封装在其自己的类中时，该类处于第二对象范式（2ONF）。当对象模式中的所有类都处于2ONF时，该对象模式也处于2ONF。 | | 第三对象范式（3ONF） | 当一个类处于第二对象范式，并且它只封装一组内聚的行为时，该类处于第三对象范式（3ONF）。当对象模式中的所有类都处于3ONF时，该对象模式也处于3ONF。 | #### 第一对象范式（1ONF） 以`Student`类为例，在最初的设计中，它实现了向研讨会添加和删除学生的行为。`seminars`属性是一个研讨会信息的集合，可能实现为数组的数组，用于跟踪学生分配到的研讨会。`addSeminar()`操作将学生注册到另一个研讨会，`dropSeminar()`操作将学生从一个研讨会中移除，`printSchedule()`操作生成学生注册的所有研讨会的列表，`setProfessor()`和`setCourseName()`操作对` seminars`集合中的数据进行相应更改。这种设计显然内聚性不强，一个类实现了多个概念的功能。 为了将其转换为1ONF，引入了`Seminar`类，它包含了跟踪研讨会的时间、地点、授课教师和课程所需的数据和功能，同时也实现了向研讨会添加和删除学生的功能。通过将这些行为封装在`Seminar`类中，提高了设计的内聚性，`Student`类现在只处理学生相关的事情，`Seminar`类处理研讨会相关的事情。 可以看出，1ONF是数据第一范式（1NF）在对象领域的等价形式。在1NF中，从数据实体中移除重复的数据组；在1ONF中，从类中移除重复的行为组。 #### 第二对象范式（2ONF） 考虑`Seminar`类，它实现了维护研讨会所授课程信息和授课教师信息的行为。虽然这种方法可行，但存在问题。当课程名称更改时，需要为该课程的每个研讨会更改课程名称，这工作量很大。 为了改进设计，引入了`Course`和`Professor`两个新类，它们封装了实现课程对象和教师对象所需的适当行为。`Course`类现在有列出其所授研讨会的方法（用于调度目的）和创建新研讨会的方法，因为热门课程通常需要在最后时刻添加额外的研讨会以满足学生需求。`Professor`类现在能够生成教学时间表，以便教师管理自己的时间。 #### 第三对象范式（3ONF） 将对象模式转换为2ONF是朝着正确方向迈出的一步，但仍可进一步改进。在图5.3中，`Student`类封装了学生和地址的行为。第一步是将`Student`类重构为`Student`和`Address`两个类，这将使设计更具内聚性和灵活性，因为除了学生之外，可能还有其他事物也有地址。 然而，`Address`类仍需要规范化。具体来说，存在仅与邮政编码、格式和验证相关的行为。例如，根据邮政编码应该能够确定地址的城市和州是否有效。因此，将地址实现为四个不同的类：`Address`、`ZipCode`、`City`和`State`。这种方法的优点有两个方面：一是邮政编码功能在一个地方实现，提高了模型的内聚性；二是通过将邮政编码、城市和州作为独立的类，可以根据各种标准轻松对地址进行分组，用于报告目的，提高了应用程序的灵活性。主要缺点是构建单个地址需要从四个不同的对象构建，增加了需要编写、测试和维护的代码量。 此外，`Seminar`类实现了“日期范围”行为，它有开始日期和结束日期，并计算两者之间的差异。由于这种行为形成了一个内聚的整体，并且很可能在其他地方也需要，因此引入了`DateRange`类。 #### 超越3ONF 优秀的面向对象设计应该是松耦合和高内聚的。类规范化的前三条规则描述了重新设计以确保这一点的常见方法。然而，也可以通过重构和正确应用设计模式来实现相同的目标。建议先应用规范化规则使设计基本成型，然后根据需要应用其他技术。 #### 关系数据库技术概述 关系数据库是一种持久存储机制，可用于存储数据并可选地实现功能。它是现代组织中应用程序常用的存储技术，用于存储使用过程式技术（如COBOL或FORTRAN）、对象技术（如Java和C#）和基于组件的技术（如Visual Basic）构建的应用程序所需的信息。因此，所有软件专业人员都至少需要了解关系数据库的基础知识、相关技术挑战以及何时适合使用关系数据库。 #### 关系数据库的基本术语 - **表**：关系数据库将数据存储在表中，表由列组成，每列存储一种类型的数据（整数、实数、字符串、日期等）。 - **行**：表中单个“实例”的数据存储为一行。例如，`Customer`表可能有`CustomerNumber`、`FirstName`和`Surname`等列，表中的一行可能看起来像`{1701, “James”, “Kirk”}`。 - **键**：表通常有键，键是一个或多个列，用于唯一标识表中的一行。在`Customer`表中，键是`CustomerNumber`。 - **索引**：为了提高对数据表的访问时间，可以在表上定义索引。索引提供了一种基于表中的一个或多个列快速查找数据的方法，就像书籍的索引可以帮助快速找到特定信息一样。 #### 关系数据库的简单特性 关系数据库最常见的用途是实现简单的CRUD（创建、读取、更新和删除）功能。例如，应用程序可以： - 创建新订单并将其插入数据库。 - 读取现有订单并处理数据。 - 用新信息更新数据库。 - 删除现有订单（例如，如果客户取消了订单）。 与关系数据库的绝大多数交互可能都是为了实现基本的CRUD功能。操作数据库最简便的方法是向其提交结构化查询语言（SQL）语句。以下是一些示例： ```sql -- 创建一行数据 INSERT INTO Seminar (SEMINAR_ID, COURSE_ID, OVERSEER_ID, SEMINAR_NUMBER) VALUES (74656, 1234, 'THX0001138', 2) -- 读取一行数据 SELECT * FROM Seminar WHERE SEMINAR_ID = 1701 -- 更新一行数据 UPDATE Seminar SET OVERSEER_ID = 'NCC0001701', SEMINAR_NUMBER = 3 WHERE SEMINAR_ID = 1701 -- 删除一行数据 DELETE FROM Seminar WHERE SEMINAR_ID > 1701 AND OVERSEER_ID = 'THX0001138 ```