数据库范式

范式（Normal Form）是关系型数据库表结构设计的规则集，回答"同一张表里该放哪些列"。核心目标是消除数据冗余和更新异常（插不进、改一处要改多处、删数据误删其他信息）。范式从低到高逐级约束更严：满足高一级必然满足低一级。实际工程几乎都停在 3NF/BCNF，再往上是理论完备但过度拆分的学术概念。

范式的层次

范式	核心要求	解决的异常
1NF	列不可再分（原子性）	无（只是表的基本形态）
2NF	1NF + 非主属性完全依赖主键（消除部分依赖）	部分依赖导致的冗余
3NF	2NF + 非主属性不传递依赖主键	传递依赖导致的更新异常
BCNF	3NF + 每个决定因素都是候选键	主属性间的部分/传递依赖
4NF/5NF	消除多值依赖 / 连接依赖	理论完备，工程少用

1NF:列不可再分

每列只存一个值，不存列表或复合结构（如"电话"列不能存"手机:138, 座机:010"）：

-- ❌ 违反 1NF:phone 列存了两个值
CREATE TABLE user (id INT, name VARCHAR(20), phone VARCHAR(50));
INSERT INTO user VALUES (1, '张三', '13800138000,010-12345678');

-- ✅ 符合 1NF:拆成多行或单独电话表
CREATE TABLE user_phone (
  user_id INT, phone VARCHAR(20),
  PRIMARY KEY (user_id, phone)
);

2NF:消除部分依赖

联合主键下，非主属性不能只依赖主键的一部分。2NF 只对"联合主键"的表有意义：

-- ❌ 违反 2NF:score 依赖(学号,课程)完全;teacher 只依赖课程(部分依赖)
CREATE TABLE score (
  stu_id INT, course_id INT, score INT, teacher VARCHAR(20),
  PRIMARY KEY (stu_id, course_id)
);
-- teacher 只跟 course 有关,却存进了以(学号,课程)为主键的表→冗余

-- ✅ 拆成两张表
CREATE TABLE score (stu_id INT, course_id INT, score INT, PRIMARY KEY (stu_id, course_id));
CREATE TABLE course (course_id INT PRIMARY KEY, teacher VARCHAR(20));

3NF:消除传递依赖

非主属性不能依赖其他非主属性（间接依赖主键）：

-- ❌ 违反 3NF:dept_name 依赖 dept_id,dept_id 依赖 emp_id → 传递依赖
CREATE TABLE emp (emp_id INT PRIMARY KEY, emp_name VARCHAR(20), dept_id INT, dept_name VARCHAR(20));

-- ✅ 拆开:emp 只留 dept_id,部门信息独立成表
CREATE TABLE emp (emp_id INT PRIMARY KEY, emp_name VARCHAR(20), dept_id INT);
CREATE TABLE dept (dept_id INT PRIMARY KEY, dept_name VARCHAR(20));

BCNF:主属性间也不能有依赖

3NF 不约束"主属性"之间的依赖，BCNF 把规则推到所有属性。典型反例：

-- 教师-课程-班级:一个教师只教一门课,一门课可有多个班
-- (学生,课程)→教师 是主键;但 教师→课程 是"决定因素不是候选键"
CREATE TABLE teach (stu_id INT, course_id INT, teacher VARCHAR(20),
  PRIMARY KEY (stu_id, course_id));   -- teacher→course 违反 BCNF(teacher 不是候选键)

BCNF 违反在实际中少且影响小，多数工程到 3NF 就够。

范式 vs 反范式

范式消除冗余但增加 JOIN，反范式（Denormalization）故意冗余换取查询性能——OLTP 与 OLAP 的取舍不同：

维度	规范化（3NF）	反规范化
目标	消除冗余、保证一致性	减少 JOIN、提升查询性能
写操作	一次只改一处	多处冗余需同步更新
读操作	多次 JOIN	单表直接读
适用	OLTP 交易系统	读多写少、报表分析

反范式常见手法：冗余列（订单表冗余商品名）、预计算列（存订单金额汇总）、表拆分（垂直拆宽表为冷热列）。判断标准：读多写少且查询频繁 JOIN 才值得反范式，写多或一致性要求高保持范式。

ER 建模基础

ER 模型（实体-关系）是设计表结构前的概念建模：实体画矩形、属性画椭圆、关系画菱形。核心是确定实体间关系基数：

关系	表示	建表方式
1:1	一个学生对应一个学籍档案	任选一边加外键，或共用主键
1:N	一个部门多个员工	多的一边（员工表）加部门外键
M:N	一个学生多门课、一门课多个学生	中间表（选课表）存两个外键