简述数据库系统构成的及数据库的设计原则。

数据库系统（database systems），是由数据库及其管理软件组成的系统。它是为适应数据处理的需要而发展起来的一种较为理想的数据处理的核心机构。它是一个实际可运行的存储、维护和向应用系统提供数据的软件系统，是存储介质、处理对象和管理系统的集合体。 数据库系统DBS（Data Base System，简称DBS）通常由软件、数据库和数据管理员组成。其软件主要包括 *** 作系统、各种宿主语言、实用程序以及数据库管理系统。数据库由数据库管理系统统一管理，数据的插入、修改和检索均要通过数据库管理系统进行。数据管理员负责创建、监控和维护整个数据库，使数据能被任何有权使用的人有效使用。数据库管理员一般是由业务水平较高、资历较深的人员担任。 数据库系统的个体含义是指一个具体的数据库管理系统软件和用它建立起来的数据库；它的学科含义是指研究、开发、建立、维护和应用数据库系统所涉及的理论、方法、技术所构成的学科。在这一含义下，数据库系统是软件研究领域的一个重要分支，常称为数据库领域。

数据库设计的三范式所谓范式，是关系型数据库关系模式规范化的标准，从规范化的宽松到严格，分别为不同的范式，通常使用的有第一范式、第二范式、第三范式及BC范式等。范式是建立在函数依赖基础上的。

函数依赖

定义：设有关系模式R(U)，X和Y是属性集U的子集，函数依赖是形为X→Y的一个命题，对任意R中两个元组t和s，都有t[X]=s[X]蕴涵t[Y]=s[Y]，那么FD X→Y在关系模式R(U)中成立。X→Y读作‘X函数决定Y’，或‘Y函数依赖于X’。通俗的讲，如果一个表中某一个字段Y的值是由另外一个字段或一组字段X的值来确定的，就称为Y函数依赖于X。函数依赖应该是通过理解数据项和企业的规则来决定的，根据表的内容得出的函数依赖可能是不正确的。

第一范式（1NF）

定义：如果关系模式R的每个关系r的属性都是不可分的数据项，那么就称R是第一范式的模式。

简单的说，每一个属性都是原子项，不可分割。1NF是关系模式应具备的最起码的条件，如果数据库设计不能满足第一范式，就不称为关系型数据库。关系数据库设计研究的关系规范化是在1NF之上进行的。

第二范式（2NF）

定义：如果关系模式R是1NF，且每个非主属性完全函数依赖于候选键，那么就称R是第二范式。

简单的说，第二范式要满足以下的条件：首先要满足第一范式，其次每个非主属性要完全函数依赖与候选键，或者是主键。也就是说，每个非主属性是由整个主键函数决定的，而不能由主键的一部分来决定。举个例子：

有股票日行情表的主键是股 票代码和交易日期组成。非主属性中有收盘价和成交量等，都是由主键，即股票代码和交易日期函数决定的，单独的股票代码或者交易日期都不能函数决定这些非主 属性。如果这个表中有非主属性股票简称，则股票简称是可以由股票代码来函数决定的，这样股票简称这个非主属性就不是完全函数依赖于候选键，这样的设计就不 满足第二范式。

第三范式（3NF）

定义：如果关系模式R是2NF，且关系模式R（U，F）中的所有非主属性对任何候选关键字都不存在传递依赖，则称关系R是属于第三范式。

简单的说，第三范式要满足以下的条件：首先要满足第二范式，其次非主属性之间不存在函数依赖。由于满足了第二范式，表示每个非主属性都函数依赖于主键。如果非主属性之间存在了函数依赖，就会存在传递依赖，这样就不满足第三范式。

举 个例子：在股票基本情况表中，主键是股票代码，有非主属性所属一级行业和所属二级行业。根据业务规则，所属二级行业能够函数决定所属一级行业，这就表示存 在这样一种关系：股票代码函数决定所属二级行业，所属二级行业函数决定所属一级行业，这就形成了传递依赖，这样的设计就不符合第三范式。不过在实际运用 中，为查询和使用的方便，有时也会违反第三范式。如上例，如果没有所属一级行业的属性，需要查询所属一级行业的相关股票，需要查询时使用函数来从二级行业 中函数生成所属一级行业，使用性能上会受影响。所以通常会加上所属一级行业的属性。

BC范式（BCNF）

BC范式是第三范式的增强版，不过也有人说是直接从1NF发展过来的，即每个属性，包括主属性或非主属性，都完全依赖于候选键，并且不存在传递依赖情况。

数据库三范式详解

数据库三范式

1NF－第一范式

每个字段都不可再分。

2NF－第二范式

所有字段都完全依赖而不是部分依赖于联合主键。

3NF－第三范式

不存在非主键字段对主键字段的传递依赖。

虽然三范式是这样写，但是现实中不一定都要遵从3范式，而且第三范式基本上很少用到，至于数据库设计的方法就多种多样咯，主要是根据需求来看的

数据库是整个软件应用的根基，是软件设计的起点，它起着决定性的质变作用，因此我们必须对数据库设计高度重视起来，培养设计良好数据库的习惯，是一个优秀的软件设计师所必须具备的基本素质条件！

那么我们要做到什么程度才是对的呢？下面就说说数据库设计的原则：

1、数据库设计最起码要占用整个项目开发的40%以上的时间

数据库是需求的直观反应和表现，因此设计时必须要切实符合用户的需求，要多次与用户沟通交流来细化需求，将需求中的要求和每一次的变化都要一一体现在数据库的设计当中。如果需求不明确，就要分析不确定的因素，设计表时就要事先预留出可变通的字段，正所谓“有备无患”。

2、数据库设计不仅仅停留于页面demo的表面

页面内容所需要的字段，在数据库设计中只是一部分，还有系统运转、模块交互、中转数据、表之间的联系等等所需要的字段，因此数据库设计绝对不是简单的基本数据存储，还有逻辑数据存储。

3、数据库设计完成后，项目80%的设计开发在你脑海中就已经完成了

每个字段的设计都是有他必要的意义的，你在设计每一个字段的同时，就应该已经想清楚程序中如何去运用这些字段，多张表的联系在程序中是如何体现的。换句话说，你完成数据库设计后，程序中所有的实现思路和实现方式在你的脑海中就已经考虑过了。如果达不到这种程度，那当进入编码阶段后，才发现要运用的技术或实现的方式数据库无法支持，这时再改动数据库就会很麻烦，会造成一系列不可预测的问题。

4、数据库设计时就要考虑到效率和优化问题

一开始就要分析哪些表会存储较多的数据量，对于数据量较大的表的设计往往是粗粒度的，也会冗余一些必要的字段，已达到尽量用最少的表、最弱的表关系去存储海量的数据。并且在设计表时，一般都会对主键建立聚集索引，含有大数据量的表更是要建立索引以提供查询性能。对于含有计算、数据交互、统计这类需求时，还要考虑是否有必要采用存储过程。

5、添加必要的（冗余）字段

像“创建时间”、“修改时间”、“备注”、“ *** 作用户IP”和一些用于其他需求（如统计）的字段等，在每张表中必须都要有，不是说只有系统中用到的数据才会存到数据库中，一些冗余字段是为了便于日后维护、分析、拓展而添加的，这点是非常重要的，比如黑客攻击，篡改了数据，我们便就可以根据修改时间和 *** 作用户IP来查找定位。

6、设计合理的表关联

若多张表之间的关系复杂，建议采用第三张映射表来关联维护两张表之间的关系，以降低表之间的直接耦合度。若多张表涉及到大数据量的问题，表结构尽量简单，关联也要尽可能避免。

7、设计表时不加主外键等约束性关联，系统编码阶段完成后再添加约束性关联

这样做的目的是有利于团队并行开发，减少编码时所遇到的问题，表之间的关系靠程序来控制。编码完成后再加关联并进行测试。不过也有一些公司的做法是干脆就不加表关联。

8、选择合适的主键生成策略

数据库设计原则2007-05-26 01:08一个好的数据库产品不等于就有一个好的应用系统，如果不能设计一个合理的数据库模型，不仅会增加客户端和服务器段程序的编程和维护的难度，而且将会影响系统实际运行的性能。一般来讲，在一个MIS系统分析、设计、测试和试运行阶段，因为数据量较小，设计人员和测试人员往往只注意到功能的实现，而很难注意到性能的薄弱之处，等到系统投入实际运行一段时间后，才发现系统的性能在降低……

数据库设计是建立数据库及其应用系统的核心和基础，它要求对于指定的应用环境，构造出较优的数据库模式，建立起数据库应用系统，并使系统能有效地存储数据，满足用户的各种应用需求。一般按照规范化的设计方法，常将数据库设计分为若干阶段：

系统规划阶段

主要是确定系统的名称、范围；确定系统开发的目标功能和性能；确定系统所需的资源；估计系统开发的成本；确定系统实施计划及进度；分析估算系统可能达到的效益；确定系统设计的原则和技术路线等。对分布式数据库系统，还应分析用户环境及网络条件，以选择和建立系统的网络结构。

需求分析阶段

要在用户调查的基础上，通过分析，逐步明确用户对系统的需求，包括数据需求和围绕这些数据的业务处理需求。通过对组织、部门、企业等进行详细调查，在了解现行系统的概况、确定新系统功能的过程中，收集支持系统目标的基础数据及其处理方法。

概念设计阶段

要产生反映企业各组织信息需求的数据库概念结构，即概念模型。概念模型必须具备丰富的语义表达能力、易于交流和理解、易于变动、易于向各种数据模型转换、易于从概念模型导出与DBMS有关的逻辑模型等特点。

逻辑设计阶段

除了要把E－R图的实体和联系类型，转换成选定的DBMS支持的数据类型，还要设计子模式并对模式进行评价，最后为了使模式适应信息的不同表示，需要优化模式。

物理设计阶段

主要任务是对数据库中数据在物理设备上的存放结构和存取方法进行设计。数据库物理结构依赖于给定的计算机系统，而且与具体选用的DBMS密切相关。物理设计常常包括某些 *** 作约束，如响应时间与存储要求等。

系统实施阶段

主要分为建立实际的数据库结构；装入试验数据对应用程序进行测试；装入实际数据建立实际数据库三个步骤。

另外，在数据库的设计过程中还包括一些其他设计，如数据库的安全性、完整性、一致性和可恢复性等方面的设计,不过，这些设计总是以牺牲效率为代价的,设计人员的任务就是要在效率和尽可能多的功能之间进行合理的权衡。

一个好的数据库产品不等于就有一个好的应用系统，如果不能设计一个合理的数据库模型，不仅会增加客户端和服务器段程序的编程和维护的难度，而且将会影响系统实际运行的性能。一般来讲，在一个MIS系统分析、设计、测试和试运行阶段，因为数据量较小，设计人员和测试人员往往只注意到功能的实现，而很难注意到性能的薄弱之处，等到系统投入实际运行一段时间后，才发现系统的性能在降低……

数据库设计是建立数据库及其应用系统的核心和基础，它要求对于指定的应用环境，构造出较优的数据库模式，建立起数据库应用系统，并使系统能有效地存储数据，满足用户的各种应用需求。一般按照规范化的设计方法，常将数据库设计分为若干阶段：

系统规划阶段

主要是确定系统的名称、范围；确定系统开发的目标功能和性能；确定系统所需的资源；估计系统开发的成本；确定系统实施计划及进度；分析估算系统可能达到的效益；确定系统设计的原则和技术路线等。对分布式数据库系统，还应分析用户环境及网络条件，以选择和建立系统的网络结构。

需求分析阶段

要在用户调查的基础上，通过分析，逐步明确用户对系统的需求，包括数据需求和围绕这些数据的业务处理需求。通过对组织、部门、企业等进行详细调查，在了解现行系统的概况、确定新系统功能的过程中，收集支持系统目标的基础数据及其处理方法。

概念设计阶段

要产生反映企业各组织信息需求的数据库概念结构，即概念模型。概念模型必须具备丰富的语义表达能力、易于交流和理解、易于变动、易于向各种数据模型转换、易于从概念模型导出与DBMS有关的逻辑模型等特点。

逻辑设计阶段

除了要把E－R图的实体和联系类型，转换成选定的DBMS支持的数据类型，还要设计子模式并对模式进行评价，最后为了使模式适应信息的不同表示，需要优化模式。

物理设计阶段

主要任务是对数据库中数据在物理设备上的存放结构和存取方法进行设计。数据库物理结构依赖于给定的计算机系统，而且与具体选用的DBMS密切相关。物理设计常常包括某些 *** 作约束，如响应时间与存储要求等。

系统实施阶段

主要分为建立实际的数据库结构；装入试验数据对应用程序进行测试；装入实际数据建立实际数据库三个步骤。

另外，在数据库的设计过程中还包括一些其他设计，如数据库的安全性、完整性、一致性和可恢复性等方面的设计,不过，这些设计总是以牺牲效率为代价的,设计人员的任务就是要在效率和尽可能多的功能之间进行合理的权衡。

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以第（1）题为例：

教研室（教研室id，教研室名称，教研室描述和简介），主键为教研室id。

教师（教师id，姓名，性别，出生日期，所在教研室id），主键为教师id，外键为所在教研室id，参照教研室表的主键。

大家好，我是Tom哥~

为了便于大家查找问题，了解全貌，整理个目录，我们可以快速全局了解关于mysql数据库，面试官一般喜欢问哪些问题

接下来，我们逐条来看看每个问题及答案

MyISAM 和 InnoDB 的区别？

答案：InnoDB 支持 事务、外键、聚集索引，通过MVCC来支持高并发，索引和数据存储在一起。InnoDB 不保存表的具体行数，执行 select count() from table 时需要全表扫描。而MyISAM 用一个变量保存了整个表的行数。

InnoDB 最小的锁粒度是行锁，MyISAM 最小的锁粒度是表锁，并发能力低。MySQL 将默认存储引擎是 InnoDB

mysql 锁有哪些类型？

答案：mysql锁分为共享锁( S lock ) 、排他锁 ( X lock )，也叫做读锁和写锁。根据粒度，可以分为表锁、页锁、行锁。

什么是间隙锁？

答案：间隙锁是可重复读级别下才会有的锁，mysql会帮我们生成了若干 左开右闭 的区间，结合MVCC和间隙锁可以解决幻读问题。

如何避免死锁？

答案：死锁的四个必要条件：1、互斥 2、请求与保持 3、环路等待 4、不可剥夺。

数据库的隔离级别？

答案：读未提交、读已提交、可重复读（mysql的默认级别，每次读取结果都一样，但是有可能产生幻读）、串行化。

Mysql有哪些类型的索引？

答案：

什么是覆盖索引和回表？

答案：

1、覆盖索引，指的是在一次查询中，一个索引包含所有需要查询的字段的值，可能是返回值或where条件

假如我们创建了一个(money，buyer_id)的联合索引，索引的叶子节点包含了 buyer_id 的信息，则不会再 回表 查询。

2、回表，指查询时一些字段值拿不到，需要到主键索引B+树再查一次。

Mysql的最左前缀原则？

答案：即最左优先，在检索数据时从联合索引的最左边开始匹配，直到遇到范围查询（如：> 、< 、between、like等）

例子：where a = 1 and b = 2 and c > 3 and d = 4 ，如果建立(a,b,c,d)组合索引，d是用不到索引的；如果建立(a,b,d,c)的索引则都可以用到，a,b,d的顺序可以任意调整。

线上SQL的调优经验？

答案：

官方为什么建议采用自增id 作为主键？

答案：自增id是连续的，插入过程也是顺序的，总是插入在最后，减少了页分裂，有效减少数据的移动。所以尽量不要使用字符串（如：UUID）作为主键。

索引为什么采用B+树，而不用B-树，红黑树？

答案：提升查询速度，首先要减少磁盘IO次数，也就是要降低树的高度。

事务的特性有哪些？

答案：ACID。

如何实现分布式事务？

答案：

日常工作中，MySQL 如何做优化？

答案：

mysql 主从同步具体过程？

答案：

什么是主从延迟？

答案：指一个写入SQL *** 作在主库执行完后，将数据完整同步到从库会有一个时间差，称之为主从延迟。计算公式：

注意：不同服务器要保持时钟一致

主从延迟排查方法？

答案：通过 show slave status 命令输出的 Seconds_Behind_Master 参数的值来判断

主从延迟要怎么解决？

答案：

如果数据量太大怎么办？

答案：mysql表的数据量一般控制在千万级别，如果再大的话，就要考虑分库分表。除了分表外，列举了面对海量数据业务的一些常见优化手段

分表后ID如何保证全局唯一呢？

答案：分库分表后，多张表共用一套全局id，原来单表主键自增方式满足不了要求。我们需要重新设计一套id生成器。特点：全局唯一、高性能、高可用、方便接入。

分表后可能遇到的哪些问题？

答案：分表后，与单表的最大区别是有分表键 sharding_key ，用来路由具体的物理表，以电商为例，有买家和卖家两个维度，以 buyer_id 路由，无法满足卖家的需求，反之同样道理。如何解决？

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