可動(dòng)態(tài)擴(kuò)展的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

1、可動(dòng)態(tài)擴(kuò)展的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)摘要：數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的核心問題是建立模型。對(duì)于信息系統(tǒng)中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)改變和擴(kuò)展的需求，采用了一種基于鍵值對(duì)的對(duì)象屬性可擴(kuò)展模型。關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)；可擴(kuò)展；對(duì)象；關(guān)系數(shù)據(jù)庫0引言數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)是建立數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng)的技術(shù)，是信息系統(tǒng)開發(fā)和建設(shè)的核心。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)是指對(duì)于給定的應(yīng)用環(huán)境，構(gòu)造最優(yōu)的數(shù)據(jù)庫模式，建立數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng)，使之能夠有效地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，滿足各種用戶的應(yīng)用要求（信息要求和處理要求）。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的核心問題是建立模型。一般而言這個(gè)模型要滿足兩類準(zhǔn)則：結(jié)構(gòu)準(zhǔn)則和性能準(zhǔn)則。前者主要考慮如何保持?jǐn)?shù)據(jù)的特性，后者主要考慮資源的合理使用和數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)效率。在所有數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

2、中最重要的原則是：最終產(chǎn)品必須滿足用戶的最終要求。但是，首先需要存儲(chǔ)的信息是動(dòng)態(tài)的，應(yīng)用自身的發(fā)展也會(huì)產(chǎn)生新的和擴(kuò)展的信息需求；其次，信息化是分步進(jìn)行的，用戶很難一次提出完整的需求；第三，用戶和設(shè)計(jì)人員之間存在理解上的差異。因此，數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)在完成以后，系統(tǒng)功能很可能不能完全滿足用戶需求，而且隨著時(shí)間的發(fā)展系統(tǒng)功能會(huì)逐漸偏離用戶或企業(yè)的需求。所以，數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)必須要不斷地改進(jìn)和擴(kuò)展以適應(yīng)環(huán)境的變化以及組織自身的發(fā)展需求。目前數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)普遍采用“需求驅(qū)動(dòng)”的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)模式。但是，如果在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)階段，建立數(shù)據(jù)庫模型時(shí)沒有充分考慮到數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)以后可能的改變及擴(kuò)展，將使系統(tǒng)以后的維護(hù)工作變得

3、極其困難，甚至必須重新開發(fā)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)。本文針對(duì)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程中遇到的動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展問題提出了一種數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)模型基于鍵值對(duì)的對(duì)象屬性可擴(kuò)展模型，它區(qū)分了應(yīng)用中的不同對(duì)象的類型，通過設(shè)計(jì)屬性分類提高了數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的可改變性和可擴(kuò)展性。1信息系統(tǒng)中的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)模型通常，在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)模型中，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)階段總是將數(shù)據(jù)信息表達(dá)的盡可能豐富，使其不僅滿足所有需求分析階段得到的用戶需求，而且還要盡可能考慮到應(yīng)用以后可能的改變以及擴(kuò)展。采用這種方式設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用不僅數(shù)據(jù)表過于“臃腫”，而且對(duì)于未來的應(yīng)用難于改變或者擴(kuò)展。例如，在某校園建筑管理信息系統(tǒng)中，系統(tǒng)成立初期，只要求該系統(tǒng)能

4、夠展示建筑的基本信息，如名稱、簡述等。設(shè)計(jì)人員有可能將數(shù)據(jù)表格設(shè)計(jì)成，我們稱之為方案1。包括編號(hào)、建筑名稱、建筑描述是建筑的最基本屬性，此外設(shè)計(jì)人員也考慮到了系統(tǒng)將來的擴(kuò)展，加入了諸如建設(shè)日期，高度，等屬性。由于設(shè)計(jì)人員不可能完全預(yù)見學(xué)校未來發(fā)展?fàn)顩r，所以對(duì)于系統(tǒng)現(xiàn)階段的需求來說，盡管建筑信息表已經(jīng)非常詳盡了，但是隨著時(shí)間的推移系統(tǒng)仍有可能不適應(yīng)實(shí)際需求。隨著需求的發(fā)展，建筑的信息需求有可能發(fā)生變化。例如：為了獲取建筑質(zhì)量，有可能對(duì)該建筑的施工文件等信息保存；隨著校園信息系統(tǒng)的建立，可能有更多的不同類型的建筑需要存入系統(tǒng)，比如管道信息，一些標(biāo)志性雕塑，或者植被信息；隨著系統(tǒng)的擴(kuò)展，原有數(shù)據(jù)表可

5、能不能滿足日益增多的該類建筑所有信息的存儲(chǔ)，所以需要建立新的數(shù)據(jù)表擴(kuò)展其屬性；對(duì)于一些簡單的建筑或者物體比如一棵樹一個(gè)石凳，存儲(chǔ)的信息明顯和一座教學(xué)樓不同，需要按照類型的不同，設(shè)計(jì)多個(gè)不同的數(shù)據(jù)表分別存儲(chǔ)不同類型的物體信息。2數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)中的擴(kuò)展性需求在應(yīng)用中，類似這樣的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)改變以及應(yīng)用擴(kuò)展的情況還有很多。如果用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)模型，那么在設(shè)計(jì)初始階段就必須考慮到應(yīng)用未來所有的改變及擴(kuò)展，盡可能使表格的信息詳盡，否則當(dāng)應(yīng)用發(fā)生改變或擴(kuò)展時(shí)，必須重新設(shè)計(jì)表結(jié)構(gòu)，并對(duì)應(yīng)用程序中相關(guān)片段全部重寫。如果同一變化出現(xiàn)在不同部位，由于不同的原因，出現(xiàn)在不同的階段，那么現(xiàn)有表結(jié)構(gòu)不能滿足要求；如果需要增

6、加過多的對(duì)象屬性信息，那么表結(jié)構(gòu)將必須修改。但是，如果我們將數(shù)據(jù)對(duì)象化，并采用定義其屬性和值的設(shè)計(jì)模型，上述問題將迎刃而解。作為開發(fā)人員，總會(huì)面對(duì)業(yè)務(wù)方提出的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)變化的需求，字段的增加，數(shù)據(jù)表的修改總是隨時(shí)可能根據(jù)需求發(fā)生。因?yàn)闃I(yè)務(wù)在發(fā)展，或者需求就有可能需要一個(gè)完全動(dòng)態(tài)的可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方案，但是以目前的關(guān)系數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)這種動(dòng)態(tài)擴(kuò)展的特性，在系統(tǒng)一定規(guī)模之后所付出的代價(jià)是昂貴的，也是不安全的。為了這種動(dòng)態(tài)擴(kuò)展性，有這樣三種常用的方法:第一種方法：預(yù)留字段。既然很難加字段，就預(yù)先留好一些備用，但是這樣沒那么靈活，有一定的實(shí)用性，不過因?yàn)轭A(yù)先留的字段一般是沒什么含義的，需要有額外的信息來描述

7、，這種方法在擴(kuò)展性要求不是太強(qiáng)的地方可以不影響性能的前提下提供一定的擴(kuò)展性。第二種方法：使用復(fù)雜字段。在某些特殊要求下還是很有用的，比如，某個(gè)業(yè)務(wù)實(shí)體（某張表），有一些標(biāo)記位，都是true/false的標(biāo)記，可以理解為這個(gè)實(shí)體的一些屬性，經(jīng)常需要添加，這種情況，在生產(chǎn)中我們使用過用一個(gè)數(shù)字，按位來表示這些標(biāo)記的，比如第三位表示他是不是付費(fèi)用戶，第四位表示他是合作方來的用戶還是自己注冊(cè)的，等等。還有一種情況，需要更復(fù)雜的屬性列表，屬性個(gè)數(shù)經(jīng)常變，可以考慮使用一個(gè)文本字段，保存結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，然后在使用時(shí)需要?jiǎng)討B(tài)解析該字段。使用復(fù)雜字段的好處就在于比較靈活，同一類型的數(shù)據(jù)可以放在一起（實(shí)際上相當(dāng)于把

8、應(yīng)該是一個(gè)關(guān)聯(lián)表的數(shù)據(jù)放一個(gè)字段里了），操作的性能也不錯(cuò)，但是復(fù)雜字段里面的內(nèi)容查詢比較困難，程序?qū)崿F(xiàn)和修改起來也更復(fù)雜。第三種方法：將數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和索引（需要查詢的內(nèi)容）分開存放，相當(dāng)于主表就一個(gè)keyvalue，把需要查詢的字段放到其他單獨(dú)的表里去，這種方法對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)查詢的效率有一定的影響，但是針對(duì)實(shí)時(shí)性的要求并不是所有系統(tǒng)都有要求的，在有些地方是很好的解決方案。3基于鍵值對(duì)的對(duì)象屬性可擴(kuò)展模型本文的基于鍵值對(duì)的對(duì)象屬性可擴(kuò)展模型就是結(jié)合上面提到的第三種方法，使用數(shù)據(jù)表分別單獨(dú)存儲(chǔ)對(duì)象分類和分類的屬性信息的定義，并且實(shí)現(xiàn)了分類屬性之間的樹形的可擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，對(duì)象信息的存儲(chǔ)用過一張表用來存儲(chǔ)所有

9、對(duì)象公有的可快速查詢的數(shù)據(jù)信息，另一張屬性值表存儲(chǔ)所有的對(duì)象的特有屬性的keyvalue。通過這樣的設(shè)計(jì)可以在不修改原數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)的前提下，實(shí)現(xiàn)所有存儲(chǔ)對(duì)象的動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展，如圖1所示。圖1對(duì)象屬性信息結(jié)構(gòu)模型由圖1所示，表t_class保存對(duì)象的分類信息如建筑，管道，雕塑等；t_attibute_def保存的是每個(gè)分類所對(duì)應(yīng)對(duì)象的屬性信息如建筑的高度，施工單位等；t_entity保存的是分類對(duì)象的公共信息，是具體的物體如1號(hào)教學(xué)樓;t_entity_content保存每個(gè)具體的對(duì)象所有屬性的信息值；t?倕_file表用來保存一些擴(kuò)展的文件信息。通過這樣一個(gè)模型我們可以在需要是動(dòng)態(tài)定義一個(gè)大的分類并

10、且可以動(dòng)態(tài)的設(shè)置每個(gè)已有分類擁有哪些屬性，所有對(duì)象的的具體內(nèi)容分別存儲(chǔ)在對(duì)象公共信息表，對(duì)象屬性信息表和文件信息表中。在實(shí)際應(yīng)用中，還涉及到屬性冗余，查詢，修改等方面的問題，通過在校園管理系統(tǒng)中應(yīng)用的結(jié)果來看，這些都可以實(shí)現(xiàn)，并能獲得較好的效率。4結(jié)束語綜上所述，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)適用于簡單的、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)固定或變化極少的集中式數(shù)據(jù)庫應(yīng)用。在應(yīng)用范圍更廣需要更靈活數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)中，顯然面向?qū)ο髮傩缘臄U(kuò)展設(shè)計(jì)更加適宜。隨著網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的日益普及，新的應(yīng)用呈現(xiàn)出來的開放性與分布性特點(diǎn)，Web應(yīng)用系統(tǒng)也由簡單的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)逐具有了更靈活多變應(yīng)用環(huán)境，在這種環(huán)境下，能夠滿足擴(kuò)展和動(dòng)態(tài)改變的需求，將有更廣闊的應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn)：薩師煊，王珊數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論（