資料庫正規化(關聯式資料庫的基礎與最佳實踐)

在當今的軟體開發與資料管理中，資料庫是不可或缺的一部分。無論是 MySQL、PostgreSQL、Oracle 還是 SQL Server，這些都是常見的關聯式資料庫系統，幫助我們管理結構化資料。今天，我們將深入探討 資料庫正規化 的概念，並了解如何利用它來提升資料庫的效能與可維護性。

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什麼是關聯式資料庫？

在了解資料庫正規化之前，我們需要先明白什麼是 關聯式資料庫。關聯式資料庫是以「表格」形式來儲存資料，每個表格由多列（記錄）和多欄（欄位）組成。這些資料表彼此之間通常會透過外鍵（Foreign Key, FK）來建立關聯。這種方式讓資料庫能夠組織並管理大量的資料。

常見的關聯式資料庫：

• MySQL：目前由甲骨文公司（Oracle）所擁有，但仍然是一個開源資料庫系統。
• MariaDB：MySQL 的分支，也是開源的，並且在 MySQL 之後有一些進一步的功能強化。
• PostgreSQL：以其強大的擴展性與符合 SQL 標準而聞名。
• SQL Server：微軟的資料庫解決方案，廣泛應用於企業環境中。

什麼是資料庫正規化？

資料庫正規化（Database Normalization）是一種設計資料庫結構的過程，目的是通過消除資料冗餘和確保資料的一致性來提高資料庫的效能。它有助於避免資料異常，從而提高資料庫的可維護性。

正規化的主要目的：

1. 減少資料冗餘：避免資料重複存儲，節省空間並提升效能。
2. 提升資料一致性：確保資料的正確性與完整性，避免不一致的資料。
3. 提高查詢效率：透過清晰的結構設計，提高查詢效能。

資料庫正規化通常有五個階段，稱為 正規化形式（Normal Forms, NF）。但大多數應用只會使用前三個正規化形式。接下來，我們來詳細了解這三個階段吧。

第一正規化（1NF）—— 資料的基本結構化

第一正規化（1NF） 的目的是將資料表中的資料拆解成更小的單位，並確保每一個欄位只有一個值。這樣不僅讓資料更加清晰，也避免了資料表中可能出現的重複或錯誤資料。

1NF 要求：

1. 每個欄位只能有一個值：避免有欄位存放多個值，像是列表或陣列。例如，將顧客的多個電話號碼分開存儲，而不是將它們放在同一欄位中。
2. 每筆資料須有唯一標識：每一筆記錄必須有一個唯一的標識符，這通常是 主鍵（Primary Key, PK）。
3. 資料表中的每筆資料不能完全相同：每一筆資料必須是唯一的。

範例：

假設我們有一個儲存顧客資料的資料表，原始資料可能長這樣：

顧客ID顧客名稱顧客電話1張三0912345678, 09223334442李四0955555555

為了符合1NF，我們需要將顧客的多個電話號碼拆分到不同的列中：

顧客ID顧客名稱顧客電話1張三09123456781張三09223334442李四0955555555

第二正規化（2NF）—— 消除重複資料

第二正規化（2NF） 的目的是進一步消除資料表中的冗餘資料。要達到2NF，資料表必須先符合 1NF，並且每個非主鍵欄位都必須完全依賴於 主鍵。

2NF 要求：

1. 滿足1NF的要求。
2. 消除部分依賴：如果資料表的某個欄位僅依賴於主鍵的一部分，而不是整個主鍵，則需要將這些欄位拆分到新的資料表中。

範例：

假設我們有一個儲存訂單資料的資料表，記錄了顧客訂單的商品及價格。原始資料可能長這樣：

訂單ID顧客ID商品名稱商品價格顧客名稱11筆電30000張三22手機15000李四

在這個表中，顧客名稱 依賴於 顧客ID，而不是整個主鍵（訂單ID, 顧客ID）。因此，應該將顧客名稱移到一個新的顧客資料表，來消除重複。

第三正規化（3NF）—— 移除依賴資料

第三正規化（3NF） 旨在進一步消除不必要的依賴關係。如果某個欄位不依賴於主鍵，而依賴於其他非主鍵欄位，那麼這些欄位應該移到其他資料表中。

3NF 要求：

1. 符合2NF。
2. 消除傳遞依賴：如果欄位 A 依賴於欄位 B，欄位 B 又依賴於欄位 C，則欄位 A 也間接依賴於欄位 C。在這種情況下，我們需要將這些欄位分開。

範例：

假設我們有一個儲存員工資料的資料表，其中包含員工的 部門名稱 和 部門負責人，原始資料可能長這樣：

員工ID員工名稱部門名稱部門負責人1王五IT張總2趙六HR李總

在這裡，部門負責人 是依賴於 部門名稱，而不是直接依賴於主鍵（員工ID）。因此，我們應該將 部門名稱 和 部門負責人 分開到另一個表格中：

新的資料表設計：

員工表格：

員工ID員工名稱部門ID1王五12趙六2

部門表格：

部門ID部門名稱部門負責人1IT張總2HR李總

這樣，我們就消除了部門負責人對部門名稱的依賴，符合3NF。

結語

有沒有覺得資料庫正規化可以讓資料更清楚呢?資料庫正規化是一項重要的資料庫設計技術，有助於提升資料庫的結構性、維護性以及效能喔。理解並實踐1NF、2NF和3NF將幫助開發者更有效地管理資料，並確保資料庫的正確性與一致性。隨著資料庫設計的複雜性增加，正規化的過程將成為成功實現穩定資料管理的關鍵步驟。接下來會介紹SQL語法。

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