范式化：1NF、2NF、3NF、BCNF

为什么需要范式化

问题：数据冗余导致更新异常

-- 非范式化表
CREATE TABLE orders (
    order_id INT,
    user_name VARCHAR(100),
    user_email VARCHAR(255),
    product VARCHAR(100),
    amount DECIMAL(10,2)
);

问题：

1. 更新异常：用户改邮箱需要更新多行
2. 插入异常：无法插入没有订单的用户
3. 删除异常：删除订单会删除用户信息

第一范式（1NF）

定义：每列都是原子值（不可再分）。

违反 1NF

CREATE TABLE orders (
    id INT,
    products VARCHAR(255)  -- 'Laptop, Mouse, Keyboard'
);

符合 1NF

CREATE TABLE orders (
    id INT,
    product VARCHAR(100)  -- 每行一个产品
);

第二范式（2NF）

定义：符合 1NF，且非主属性完全依赖于主键。

违反 2NF

CREATE TABLE order_items (
    order_id INT,
    product_id INT,
    product_name VARCHAR(100),  -- 只依赖 product_id
    quantity INT,
    PRIMARY KEY (order_id, product_id)
);

符合 2NF

CREATE TABLE order_items (
    order_id INT,
    product_id INT,
    quantity INT,
    PRIMARY KEY (order_id, product_id)
);

CREATE TABLE products (
    id INT PRIMARY KEY,
    name VARCHAR(100)
);

第三范式（3NF）

定义：符合 2NF，且非主属性不依赖于其他非主属性。

违反 3NF

CREATE TABLE orders (
    id INT PRIMARY KEY,
    user_id INT,
    user_name VARCHAR(100),  -- 依赖于 user_id
    user_email VARCHAR(255)  -- 依赖于 user_id
);

符合 3NF

CREATE TABLE orders (
    id INT PRIMARY KEY,
    user_id INT,
    FOREIGN KEY (user_id) REFERENCES users(id)
);

CREATE TABLE users (
    id INT PRIMARY KEY,
    name VARCHAR(100),
    email VARCHAR(255)
);

BCNF（Boyce-Codd 范式）

定义：符合 3NF，且每个决定因素都是候选键。

在大多数情况下，3NF 已经足够。

反范式化

为了提高查询性能，有时故意引入冗余。

场景：频繁查询用户名

-- 范式化（需要 JOIN）
SELECT o.id, u.name FROM orders o JOIN users u ON o.user_id = u.id;

-- 反范式化（直接查询）
SELECT id, user_name FROM orders;

权衡：

• 优点：查询更快
• 缺点：更新复杂，数据可能不一致

实际设计原则

1. 先范式化：消除冗余
2. 根据需求反范式化：提高性能
3. 使用视图：隐藏复杂性
4. 使用触发器：维护冗余数据一致性

练习

1. 识别违反 1NF 的表
2. 将违反 2NF 的表范式化
3. 将违反 3NF 的表范式化
4. 设计电商系统的表结构（用户、订单、产品）
5. 设计博客系统的表结构（用户、文章、评论、标签）
6. 分析何时应该反范式化
7. 使用视图简化范式化表的查询
8. 设计完整的项目数据库（至少 5 个表）

完成练习后，打开本章答案页核对。

本章小结

第七章学习了数据定义与约束：

• DDL 操作：CREATE、ALTER、DROP
• 数据类型：整数、字符串、日期时间、JSON
• 约束：PRIMARY KEY、FOREIGN KEY、UNIQUE、CHECK
• 范式化：1NF、2NF、3NF、BCNF

至此，SQL 七章全部完成！

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