怎样实现良好的数据库设计？

本文最初发布于 relinx.io 博客，经原作者授权由 InfoQ 中文站翻译并分享。

为什么要关注数据库设计？

无论是应用程序，还是数据库如何变化，数据始终是最重要的部分。通常，数据是系统存在的首要目的。这就是为什么，我们不应该只把数据库系统看作是保存数据的黑盒子，而要将其看成验证和防止数据腐化的工具。

要做到这一点，就要有健壮和深思熟虑的数据库设计。当然，业务逻辑是在应用层编码，它确保数据在到达数据库之前的格式是正确的。

但是，谁能保证网络故障或缺陷不会放行不可靠的“客人”？此外，应用层并不是通往数据库的唯一的“门”。我们可以使用导入脚本、维护脚本，DBA 和开发人员也会与之交互。我们可以在底层采取预防措施确保在数据存储前总是进行检查。

拥有健壮、可靠的数据也有助于开发和测试。将一个列设置为 Not Null 可以省掉许多假设该列为空的测试场景，还能简化代码，让开发人员不用（几乎）每次访问它之前都检查值。

在强调了良好的数据库设计的重要性后，让我们看看可以使用哪些工具来实现它。

规范化

这无疑是良好设计的首要原则。这里，我们不打算深入研究规范化规则，只是想强调它的重要性。

关于这个话题，这里有份不错的资料，你可以进一步阅读。

数据类型

另一件要注意的事情是定义适当的属性类型。这不仅可以提高数据库的性能，还能在存储数据前验证数据。所以，我们应该在“integer”、“numeric”字段中保存数值数据；在“timestamp”、“timestamptz”字段中保存时间戳；在“bit”、“char(1)”或“boolean”字段中保存布尔值等等。

日期值得特别注意。如果 Date 属性假设只有日期部分（OrderDate，ReleaseDate），请使用没有时间部分的 Date 类型。如果你只需要保留时间（StartTime，EndTime），就使用合适的时间类型。

如果不需要指定精度，则将其指定为零（“time(0)”）。对带有时间部分的日期，有一个问题是，你必须总是截断时间部分，只显示日期，并且当你要在与数据库所在时区不同的地方显示时，要确保格式化后不会显示成昨天或明天。当跳转到夏令时的时候，带有时间部分的日期时间加减也可能出现问题。

约束

约束是本文讨论的重点。它们将无效数据排除在外，并确保数据的健壮性。让我们一个一个来看。

非空约束

如果业务规则要求该属性应该始终存在，那么要毫不犹豫地将其设置为 Not Null。适合设置为 Not Null 的字段有 Id、Name、AddedDate、IsActive、State、CategoryId（如果所有项都应该有一个类别）、ItemCount、Price 以及许多其他字段。通常，这些属性在业务逻辑中扮演重要角色。其他可选的信息字段可能还是可以设置为 Null。

但是要注意，不要对可以为空的属性使用 Not Null 约束。例如，一个长时间运行的任务总有一个 StartTimestamp（Not Null），但是只有在任务完成时才更新 EndTimestamp（Null）。

另一个典型的例子是，Employee 表的 ManagerId，并不是所有员工都有经理。不要试图让 ManagerId 不为空，并为没有经理的员工插入“0”或“-1”。当我们添加外键约束时，这将导致其他问题。

唯一约束

同样，根据业务规则，一些属性（或属性的组合）应该是惟一的，比如 Id、PinNumber、BookId 和 AuthorId、OrderNo 等。应该通过添加惟一约束来保证这些属性的惟一。

还有一点要注意：可以使用唯一索引来实现同样的效果，但是添加约束是更好的方法。因为当添加惟一约束时，会自动创建非惟一索引。

因此，如果出于某种原因，你必须临时禁用/启用约束，将会非常容易。在使用唯一索引的情况下，你必须删除/重新创建索引，从性能和时间方面来说，这是一个昂贵的操作。

主键

Not Null 和唯一约束一起构成主键。当我们想到主键时，会很快想到 Id 或 ObjectId 之类的列。但是主键也可以是复合的，比如 BookId 和 AuthorId。

这里有个难题是，是使用单独的 Id 列作为主键，还是将两者的组合作为主键？通常，使用单独的 Id 列是一种更好的方法，因为它可以使连接更加清晰，还能方便地将另一列添加到惟一组合中。但是，即使有了一个单独的主键（Id），我们还是要为 BookId 和 AuthorId 列添加唯一约束。

Check 约束

Check 约束允许我们定义数据的有效值/范围。适合 Check 约束的属性有百分比（0 到 100 之间）、状态（0、1、2）、价格、金额、总数（大于或等于 0）、PinNumber（固定长度）等。

同样，不要尝试将业务逻辑编码到 Check 约束中。我记得有一次，在 AccountBalance 列中添加了一个“大于或等于零”的 Check 约束，从而避免了意外透支。

默认约束

默认约束也很重要。它们允许我们向现有表中添加新的 Not Null 列，并使“旧”API 与新结构兼容，直到所有各方都完成升级（尽管在完全升级后，默认约束应该删除）。

这里要记住一点。不要在默认约束中编写业务逻辑。例如，函数“now()”可能很适合（尽管不总是）作为日志表中的时间戳字段的默认值，但不适合 Orders 表的 OrderDate 字段。你可能会倾向于在插入语句中省略 OrderDate，而依赖于默认约束，但这意味着将业务逻辑扩展到数据库层。

此外，在某些情况下，业务可能只在订单批准后才给 OrderDate 赋值，因为默认约束深埋在数据库中，所以，当我们对应用层的代码进行更改时，它不会那么明显。

外键约束

外键约束是关系数据库设计之王。外键与主键一起确保表之间的数据一致性。规范化规则告诉我们何时将数据提取到表中并使用外键引用它。这里我们将关注细节差别，比如 OnDelete 和 OnUpdate 规则。

DBeaver 中的外键约束编辑器

让我们从简单的部分开始：OnUpdate。外键引用主键，它们很少（如果有的话）被修改。因此，OnUpdate 规则不是很常用，但将其设置为 Cascade 还是有意义的，因为我们有时可能必须更新某些行的主键（通常在迁移后）。这样，数据库将允许我们进行更新，并将新的 id 传播到子表中。

OnDelete 规则有点复杂。根据数据库的不同，我们有 NoAction、Restrict、SetNull、SetDefault 和 Cascade 选项。那么，选择哪一个呢？

通常，对于键引用查找或不引用实体的实体，我们选择 NoAction。例如，Products -> Categories、Books -> Authors 等。在大多数情况下，Restrict 与 NoAction 是相同的，但是对于某些数据库，它们有细微的区别。

另一方面，当子记录不能在没有父记录的情况下存在时，选择 Cascade。在 Book 和 Author 示例中，当删除一本书时，我们也应该从 BookAuthor 表中删除记录。其他例子有 OrderDetails -> Orders、PostComments -> Posts 等。这里，有些人可能会不同意，数据库不应该自动删除子行，它们应该由应用层删除。根据业务逻辑，是这样的。但有时“不重要的”子项删除可以委托给数据库。

SetNull 很少使用。例如，Employee.ManagerId 和 Employee.Id 之间的外键可以是 SetNull。当一名经理被撤职，他的下属就没经理了。显然，只有当列可为空时才能选择该项规则。

在这些规则中，SetDefault 最罕见。当父记录被删除时，它将列设置为其默认值。因为外键引用主键，我们很难想象一个有外键的字段将默认值硬编码。但无论如何，这个选项是存在的，我们还是有可能需要它。

索引

索引是良好数据库设计的重要组成部分，但有点偏离我们的讨论，因为它们几乎不能保护我们的数据（惟一索引除外）。需要注意的一点是：一些 RDBMS 系统（例如 Oracle）会在创建外键时自动创建索引，而无需我们操心。其他数据库（例如 MS SQL Server）不会这样做，我们必须自己添加索引。

小结

一个深思熟虑的设计可以为我们节省大量的编码、测试和故障排除时间。在设计良好的数据库上编写查询和报表令人愉快。将数据发布并迁移到新系统也会非常容易。

编码快乐！

原文链接：

https://relinx.io/2020/09/14/old-good-database-design/