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大型數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)原則

摘自：http://www.ccw.com.cn/

南昌航空工業(yè)學(xué)院電子工程系
喻金科

　　一個(gè)好的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品不等于就有一個(gè)好的應(yīng)用系統(tǒng)，如果不能設(shè)計(jì)一個(gè)合理的數(shù)據(jù)庫模型，不僅會(huì)增加客戶端和服務(wù)器段程序的編程和維護(hù)的難度，而且將會(huì)影響系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的性能。一般來講，在一個(gè)MIS系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)、測(cè)試和試運(yùn)行階段，因?yàn)閿?shù)據(jù)量較小，設(shè)計(jì)人員和測(cè)試人員往往只注意到功能的實(shí)現(xiàn)，而很難注意到性能的薄弱之處，等到系統(tǒng)投入實(shí)際運(yùn)行一段時(shí)間后，才發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的性能在降低，這時(shí)再來考慮提高系統(tǒng)性能則要花費(fèi)更多的人力物力，而整個(gè)系統(tǒng)也不可避免的形成了一個(gè)打補(bǔ)丁工程。筆者依據(jù)多年來設(shè)計(jì)和使用數(shù)據(jù)庫的經(jīng)驗(yàn)，提出以下一些設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，供同仁們參考。

命名的規(guī)范

　　不同的數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品對(duì)對(duì)象的命名有不同的要求，因此，數(shù)據(jù)庫中的各種對(duì)象的命名、后臺(tái)程序的代碼編寫應(yīng)采用大小寫敏感的形式，各種對(duì)象命名長(zhǎng)度不要超過30個(gè)字符，這樣便于應(yīng)用系統(tǒng)適應(yīng)不同的數(shù)據(jù)庫。

游標(biāo)（Cursor）的慎用

　　游標(biāo)提供了對(duì)特定集合中逐行掃描的手段，一般使用游標(biāo)逐行遍歷數(shù)據(jù)，根據(jù)取出的數(shù)據(jù)不同條件進(jìn)行不同的操作。尤其對(duì)多表和大表定義的游標(biāo)（大的數(shù)據(jù)集合）循環(huán)很容易使程序進(jìn)入一個(gè)漫長(zhǎng)的等特甚至死機(jī)，筆者在某市《住房公積金管理系統(tǒng)》進(jìn)行日終帳戶滾積數(shù)計(jì)息處理時(shí)，對(duì)一個(gè)10萬個(gè)帳戶的游標(biāo)處理導(dǎo)致程序進(jìn)入了一個(gè)無限期的等特（后經(jīng)測(cè)算需48個(gè)小時(shí)才能完成）(硬件環(huán)境：Alpha/4000 128Mram ,Sco Unix ,Sybase 11.0)，后根據(jù)不同的條件改成用不同的UPDATE語句得以在二十分鐘之內(nèi)完成。示例如下：

Declare Mycursor cursor for select  count_no from COUNT
	Open Mycursor
	Fetch Mycursor into @vcount_no
	While (@@sqlstatus=0)
    Begin
	If  @vcount_no=’’  條件1
	操作1
   If  @vcount_no=’’  條件2
			操作2
			。。。
	Fetch Mycursor into @vcount_no
End
。。。
。。。
	改為
	Update COUNT set  操作1 for 條件1
	Update COUNT set  操作2 for 條件2
	。。。
	。。。

　　在有些場(chǎng)合，有時(shí)也非得使用游標(biāo)，此時(shí)也可考慮將符合條件的數(shù)據(jù)行轉(zhuǎn)入臨時(shí)表中，再對(duì)臨時(shí)表定義游標(biāo)進(jìn)行操作，可時(shí)性能得到明顯提高。筆者在某地市〈電信收費(fèi)系統(tǒng)〉數(shù)據(jù)庫后臺(tái)程序設(shè)計(jì)中，對(duì)一個(gè)表（3萬行中符合條件的30多行數(shù)據(jù)）進(jìn)行游標(biāo)操作(硬件環(huán)境：PC服務(wù)器，PII266 64Mram ,NT4.0 Ms Sqlserver 6.5)。示例如下：

Create #tmp   
(	字段1
			字段2
	。。。
	)
	Insert into #tmp select * from TOTAL where  
條件  
	Declare Mycursor cursor for select * from #tmp 
  
	。。。

索引(Index)的使用原則

　　創(chuàng)建索引一般有以下兩個(gè)目的：維護(hù)被索引列的唯一性和提供快速訪問表中數(shù)據(jù)的策略。大型數(shù)據(jù)庫有兩種索引即簇索引和非簇索引，一個(gè)沒有簇索引的表是按堆結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，所有的數(shù)據(jù)均添加在表的尾部，而建立了簇索引的表，其數(shù)據(jù)在物理上會(huì)按照簇索引鍵的順序存儲(chǔ)，一個(gè)表只允許有一個(gè)簇索引，因此，根據(jù)B樹結(jié)構(gòu)，可以理解添加任何一種索引均能提高按索引列查詢的速度，但會(huì)降低插入、更新、刪除操作的性能，尤其是當(dāng)填充因子（Fill Factor）較大時(shí)。所以對(duì)索引較多的表進(jìn)行頻繁的插入、更新、刪除操作，建表和索引時(shí)因設(shè)置較小的填充因子，以便在各數(shù)據(jù)頁中留下較多的自由空間，減少頁分割及重新組織的工作。

數(shù)據(jù)的一致性和完整性

　　為了保證數(shù)據(jù)庫的一致性和完整性，設(shè)計(jì)人員往往會(huì)設(shè)計(jì)過多的表間關(guān)聯(lián)（Relation），盡可能的降低數(shù)據(jù)的冗余。表間關(guān)聯(lián)是一種強(qiáng)制性措施，建立后，對(duì)父表（Parent Table）和子表(Child Table)的插入、更新、刪除操作均要占用系統(tǒng)的開銷，另外，最好不要用Identify 屬性字段作為主鍵與子表關(guān)聯(lián)。如果數(shù)據(jù)冗余低，數(shù)據(jù)的完整性容易得到保證，但增加了表間連接查詢的操作，為了提高系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，合理的數(shù)據(jù)冗余也是必要的。使用規(guī)則（Rule）和約束（Check）來防止系統(tǒng)操作人員誤輸入造成數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤是設(shè)計(jì)人員的另一種常用手段，但是，不必要的規(guī)則和約束也會(huì)占用系統(tǒng)的不必要開銷，需要注意的是，約束對(duì)數(shù)據(jù)的有效性驗(yàn)證要比規(guī)則快。所有這些，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)階段應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)操作的類型、頻度加以均衡考慮。

事務(wù)的陷阱

　　事務(wù)是在一次性完成的一組操作。雖然這些操作是單個(gè)的操作，SQL Server能夠保證這組操作要么全部都完成，要么一點(diǎn)都不做。正是大型數(shù)據(jù)庫的這一特性，使得數(shù)據(jù)的完整性得到了極大的保證。

---- 眾所周知，SQL Server為每個(gè)獨(dú)立的SQL語句都提供了隱含的事務(wù)控制，使得每個(gè)DML的數(shù)據(jù)操作得以完整提交或回滾，但是SQL Server還提供了顯式事務(wù)控制語句

　　BEGIN TRANSACTION 開始一個(gè)事務(wù)

　　COMMIT TRANSACTION 提交一個(gè)事務(wù)

　　ROLLBACK TRANSACTION 回滾一個(gè)事務(wù)

　　事務(wù)可以嵌套，可以通過全局變量@@trancount檢索到連接的事務(wù)處理嵌套層次。需要加以特別注意并且極容易使編程人員犯錯(cuò)誤的是，每個(gè)顯示或隱含的事物開始都使得該變量加1，每個(gè)事務(wù)的提交使該變量減1，每個(gè)事務(wù)的回滾都會(huì)使得該變量置0，而只有當(dāng)該變量為0時(shí)的事務(wù)提交（最后一個(gè)提交語句時(shí)），這時(shí)才把物理數(shù)據(jù)寫入磁盤。

數(shù)據(jù)庫性能調(diào)整

　　在計(jì)算機(jī)硬件配置和網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)確定的情況下，影響到應(yīng)用系統(tǒng)性能的因素不外乎為數(shù)據(jù)庫性能和客戶端程序設(shè)計(jì)。而大多數(shù)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)員采用兩步法進(jìn)行數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)：首先進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)，而后進(jìn)行物理設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計(jì)去除了所有冗余數(shù)據(jù)，提高了數(shù)據(jù)吞吐速度，保證了數(shù)據(jù)的完整性，清楚地表達(dá)數(shù)據(jù)元素之間的關(guān)系。而對(duì)于多表之間的關(guān)聯(lián)查詢（尤其是大數(shù)據(jù)表）時(shí)，其性能將會(huì)降低，同時(shí)也提高了客戶端程序的編程難度，因此，物理設(shè)計(jì)需折衷考慮，根據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)則，確定對(duì)關(guān)聯(lián)表的數(shù)據(jù)量大小、數(shù)據(jù)項(xiàng)的訪問頻度，對(duì)此類數(shù)據(jù)表頻繁的關(guān)聯(lián)查詢應(yīng)適當(dāng)提高數(shù)據(jù)冗余設(shè)計(jì)。

數(shù)據(jù)類型的選擇

　　數(shù)據(jù)類型的合理選擇對(duì)于數(shù)據(jù)庫的性能和操作具有很大的影響，有關(guān)這方面的書籍也有不少的闡述，這里主要介紹幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)。

Identify字段不要作為表的主鍵與其它表關(guān)聯(lián)，這將會(huì)影響到該表的數(shù)據(jù)遷移。
Text 和Image字段屬指針型數(shù)據(jù)，主要用來存放二進(jìn)制大型對(duì)象（BLOB）。這類數(shù)據(jù)的操作相比其它數(shù)據(jù)類型較慢，因此要避開使用。
日期型字段的優(yōu)點(diǎn)是有眾多的日期函數(shù)支持，因此，在日期的大小比較、加減操作上非常簡(jiǎn)單。但是，在按照日期作為條件的查詢操作也要用函數(shù)，相比其它數(shù)據(jù)類型速度上就慢許多,因?yàn)橛煤瘮?shù)作為查詢的條件時(shí)，服務(wù)器無法用先進(jìn)的性能策略來優(yōu)化查詢而只能進(jìn)行表掃描遍歷每行。

　　例如：要從DATA_TAB1中（其中有一個(gè)名為DATE的日期字段）查詢1998年的所有記錄。

　　Select * from DATA_TAB1 where datepart(yy,DATE)=1998

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