关系型数据库设计基础：约束、三大范式、表关系与表设计流程

文章目录

[一: 数据库约束](#一: 数据库约束)
- [1. 什么是数据库约束](#1. 什么是数据库约束)
- [2. 常见约束类型](#2. 常见约束类型)
- - [(1) NOT NULL（非空约束）](#(1) NOT NULL（非空约束）)
  - [(2) UNIQUE（唯一约束）](#(2) UNIQUE（唯一约束）)
  - [(3) DEFAULT（默认约束）](#(3) DEFAULT（默认约束）)
  - [(4) PRIMARY KEY（主键约束）](#(4) PRIMARY KEY（主键约束）)
  - [(5) FOREIGN KEY（外键约束）](#(5) FOREIGN KEY（外键约束）)
  - [(6) CHECK（检查约束）](#(6) CHECK（检查约束）)
[二: 表关系](#二: 表关系)
- [1. 一对一](#1. 一对一)
- [2. 一对多（1 : N）](#2. 一对多（1 : N）)
- [3. 多对多（M : N）](#3. 多对多（M : N）)
- [4. 关系总结](#4. 关系总结)
[三: 关系型数据库三大范式](#三: 关系型数据库三大范式)
[四: 实际表设计流程](#四: 实际表设计流程)

文章作者:当战神遇到编程

文章专栏:MySQL

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一: 数据库约束

1. 什么是数据库约束

数据库约束是对表中数据进行限制的规则 ，用于保证数据的正确性 、完整性 、一致性 。简单理解：防止插入错误数据。

2. 常见约束类型

约束名	作用
NOT NULL	字段不能为空
UNIQUE	字段值唯一，不能重复
PRIMARY KEY	主键，唯一且不能为空
FOREIGN KEY	外键，保证关联关系
DEFAULT	默认值
CHECK	检查数据是否满足条件

(1) NOT NULL（非空约束）

某列必须有值。

sql 复制代码

student_name VARCHAR(10) NOT NULL

表结构

(2) UNIQUE（唯一约束）

该列数据不能重复，但可以有一个或多个 NULL（不同数据库略有区别）。

sql 复制代码

student_phone VARCHAR(20) UNIQUE

表结构

(3) DEFAULT（默认约束）

插入数据时若未赋值，则使用默认值。

sql 复制代码

student_gender VARCHAR(2) DEFAULT '男'

表结构

(4) PRIMARY KEY（主键约束）

这一行/这一条记录的身份标识

sql 复制代码

student_id INT PRIMARY KEY

表结构

特点：

主键的值在表中是唯一的
不能为空:主键字段的值必须有内容,不能是空白或NULL
只能定义一个主键；主键可以是单列，也可以是多列组合（复合主键）。

sql 复制代码

-- 复合主键例子
-- 规则： 只有当 student_name 和 class_id 同时相同时，才会被判定为重复。
CREATE TABLE student(student_name VARCHAR(10),class_id INT,PRIMARY KEY(student_name,class_id));

表结构

当主键为整数类型时，通常建议开启 AUTO_INCREMENT（自增）属性，让数据库自动维护主键值，避免手动维护的麻烦。

sql 复制代码

CREATE TABLE student(student_id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,student_name VARCHAR(10),class_id INT);

表结构

主键值交给数据库自动分配，插入时可以直接写 NULL，无需手动指定：

sql 复制代码

INSERT INTO student VALUES(NULL,'张三',1);

核心原理与特点

1.数据库内部维护了一个计数器，默认情况下，新值 = 上一次分配的值 + 1。

2.自增主键在开发中,特别常用,但对于分布式场景无法应对

(5) FOREIGN KEY（外键约束）

用于建立父表（主表）与子表（从表）之间的引用关系 ，保证数据的参照完整性，避免出现无效的 "孤儿数据"。

补充说明：父表中被关联的列必须带有索引（主键自带索引，因此外键通常引用父表的主键）。

sql 复制代码

-- 1. 切换数据库
USE java118;

-- 2. 创建父表：班级表
CREATE TABLE class(
    class_id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    class_name VARCHAR(10)
);
-- 插入班级数据
INSERT INTO class VALUES(NULL,'java110'), (NULL,'java111'), (NULL,'java112');

-- 3. 创建子表：学生表（class_id 列设置外键，引用 class 表的 class_id）
CREATE TABLE student(
    student_id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    student_name VARCHAR(10),
    class_id INT,
    FOREIGN KEY (class_id) REFERENCES class(class_id)
);
-- 插入学生数据（外键值必须在父表中存在）
INSERT INTO student VALUES(NULL,'张三',1), (NULL,'李四',2), (NULL,'王五',3);

外键的核心约束规则

子表约束（插入 / 修改限制）：

如果父表中不存在对应的外键值，子表无法插入或修改该外键列。

例如：不能给学生插入一个不存在的班级 ID（如 class_id=99）。
父表约束（删除 / 修改限制）:

如果父表中的数据正被子表引用，则该条数据无法直接删除或修改。

例如：不能直接删除还有学生关联的班级，否则会导致学生的 class_id 变成无效数据。

补充说明：查看外键约束

查看子表结构时，Key 列若显示为 MUL，就代表该列设置了外键约束：

外键实战：电商项目中的「逻辑删除」方案

在电商等实际项目中，外键的 "父表删除限制" 会带来一个典型矛盾，我们通常用逻辑删除来解决。

1.业务矛盾：外键约束 vs 商品下架

业务场景：商家想把 "衬衫" 下架（相当于删除商品），但订单表中已经有大量该商品的历史订单。
矛盾点：外键约束会禁止直接删除商品，否则订单表中的商品 ID 会变成无效数据，导致历史订单混乱。

2. 解决方案：逻辑删除

核心原理

不真正物理删除数据，而是通过一个 标记位（Flag） 来表示该数据的 "有效 / 失效" 状态，让数据 "假死" 而非消失。

实现步骤

(1) 给父表增加标记列

在商品表中新增一个状态字段，例如 isOk：

○ 1 表示商品有效（上架状态）

○ 0 表示商品失效（下架状态）

(2) 下架操作：改为更新标记位

不再执行 DELETE 删除语句，而是用 UPDATE 把标记位改成 0：

sql 复制代码

-- 把商品id=1的商品标记为下架
UPDATE 商品表 SET isOk = 0 WHERE 商品id = 1;

(3) 用户查询：过滤失效数据

查询商品列表时，只返回标记为有效的数据，用户感知不到 "已下架商品" 的存在：

sql 复制代码

-- 只给用户展示未下架的商品
SELECT * FROM 商品表 WHERE isOk = 1;

3.逻辑删除的核心优势

保留历史数据：已下架商品的历史订单记录依然完整可查，不会出现数据断裂。
数据安全可恢复：误操作下架后，只需把 isOk 改回 1 即可恢复商品，无需复杂的数据恢复流程。
兼容外键约束：无需删除数据，自然避开了外键对父表删除的限制，同时依然保证了数据的参照完整性。

(6) CHECK（检查约束）

限制字段取值范围。

例如年龄不能小于6。

sql 复制代码

CREATE TABLE student(age INT CHECK(age > 6),name VARCHAR(20));

二: 表关系

表与表之间常见有四种关系类型：

一对一（1 : 1）

一对多（1 : N）

多对多（M : N）

没关系

1. 一对一

含义：

一张表中的一条记录，只对应另一张表中的一条记录。

示例：

用户表与用户详情表

user（用户表）

id	username
1	张三

user_info（详情表）

user_id	身份证号	地址
1	xxx	北京

说明：

一个用户只有一份详情
一份详情只属于一个用户

一对一 (1:1) 实现代码

核心要点 ：在从表的外键上添加 UNIQUE 约束，确保一个主表记录只能被引用一次。

sql 复制代码

-- 1. 创建用户主表
CREATE TABLE user (
    id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    username VARCHAR(20)
);

-- 2. 创建用户详情表
CREATE TABLE user_info (
    -- user_id 既是外键，也必须是唯一的，从而实现 1:1
    user_id INT UNIQUE, 
    id_card VARCHAR(18),
    address VARCHAR(100),
    -- 建立外键关联
    FOREIGN KEY (user_id) REFERENCES user(id)
);

2. 一对多（1 : N）

含义：

一张表中的一条记录，对应另一张表中的多条记录。

示例：

学院表与学生表

college（学院表）

id	学院名
1	计算机学院

student（学生表）

id	姓名	college_id
1001	张三	1
1002	李四	1

说明：

一个学院有多个学生
一个学生只属于一个学院

一对多 (1:N) 实现代码

核心要点：外键直接建立在"多"的一方（学生表）即可，不需要加 UNIQUE。

sql 复制代码

-- 1. 创建学院表 (一)
CREATE TABLE college (
    id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    college_name VARCHAR(20)
);

-- 2. 创建学生表 (多)
CREATE TABLE student (
    id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    student_name VARCHAR(10),
    college_id INT, -- 外键列
    -- 多个学生可以关联同一个学院ID
    FOREIGN KEY (college_id) REFERENCES college(id)
);

3. 多对多（M : N）

含义：

两张表中的多条记录彼此对应多条记录。

示例：

学生表与课程表

一个学生可选多门课
一门课可被多个学生选

student

id	姓名

course

id	课程名

student_course（中间表）

student_id	course_id
1001	C01
1001	C02
1002	C01

多对多 (M:N) 实现代码

核心要点：必须创建一个独立的中间表，用来存放两个表的主键关联。

sql 复制代码

-- 1. 创建学生表
CREATE TABLE student (
    id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT,
    name VARCHAR(10)
);

-- 2. 创建课程表
CREATE TABLE course (
    id VARCHAR(10) PRIMARY KEY,
    course_name VARCHAR(20)
);

-- 3. 创建中间表 (选课表)
CREATE TABLE student_course (
    student_id INT,
    course_id VARCHAR(10),
    -- 建议：将两个外键设为联合主键，防止同一个学生重复选同一门课
    PRIMARY KEY (student_id, course_id),
    -- 分别建立外键关联
    FOREIGN KEY (student_id) REFERENCES student(id),
    FOREIGN KEY (course_id) REFERENCES course(id)
);

4. 关系总结

关系类型	举例	实现方式
一对一	用户-详情	外键 + 唯一约束
一对多	学院-学生	多方加外键
多对多	学生-课程	建中间表

三: 关系型数据库三大范式

第一范式（1NF）列不可再分

核心要求：字段必须具有原子性（不可再分）

每一列 只能存一个值，不能存多个值。

不满足第一范式的例子：

学号	姓名	班级名	学校信息
101	张三	Java一班	清华大学, 北京市海淀区, 010-8888

满足第一范式的例子（合格的表）：

学号	姓名	班级名	学校名称	学校地址	学校电话
101	张三	Java一班	清华大学	北京市海淀区	010-8888

注意:

数据库的"入场券"：第一范式是关系型数据库的最基本要求。如果不满足 1NF，则不能被称为真正的关系型数据库。
原子性的标准：原子性不是绝对的，而是根据业务需求 决定的。
○ 例如：如果业务只需要显示全名，那么姓名就是原子的；但如果业务需要区分"姓"和"名"，那么姓名就得拆分为姓和名两列。

第二范式（2NF）消除部分依赖

核心定义：

在满足第一范式（1NF）的基础上，消除非主键字段对候选键的"部分函数依赖"。

1.必须要懂的底层概念 (术语拆解)

候选键 (Candidate Key) vs 主键 (Primary Key) ：

○ 候选键 ：表中能唯一标识一行数据的列（或列组合）。

○ 主键：从候选键中选出来的"正职"班长。

○ 联合主键 ：由多个列共同组成的唯一主键。此时，单独的每一列只能叫"候选键"，合在一起才叫"主键"。
函数依赖

○ 完全函数依赖 ：必须通过整个主键 才能确定某个数据。(2NF 要求 )

○ 部分函数依赖 ：只通过主键中的一部分列 ，就能确定某个数据。 ( 2NF 禁止)

2.案例剖析

这张表中使用学号 + 课程名定义联合主键来唯一标识一个学生某门课程的成绩
这张表中学生姓名只依赖于学号 ,不依赖于课程名 ,学分只依赖于课程名 ,不依赖于学号,这两个非关键字段都不满足第二范式的核心定义

改正:拆成三个表

学生表

Id	学号	学生姓名	年龄	性别
1	10001	张三	18	男
2	10002	李四	19	女
3	10003	王五	18	男

课程表

Id	课程名	学分
1	MySQL	50
2	Java	60
3	C++	60

成绩表

学生Id	课程Id	成绩
1	1	98
2	1	100
3	1	89
1	2	100
2	2	99
3	3	98

只有单列主键的表通常天然满足第二范式。

如果表没有满足第二范式，可能出现的问题有：

1.数据冗余：学生的姓名，年龄学分都重复的出现，造成大量的数据冗余

更新异常 ：假设需要调整MySQL的学分，就需要修改所有记录中关于MySQL的记录.如果部分记录更新失败，就会出现同一课程学分不一致的情况，表现为数据不一致
插入异常 ：⽬前这样的设计，成绩与每⼀⻔课和学⽣都有对应关系，也就是说只有学⽣参加选修课程考试取得了成绩才能⽣成⼀条记录。当有⼀⻔新课还没有学⽣参加考试取得成绩之前，那么这⻔新课在数据库中是不存在的，因为成绩为空时记录没有意义。
删除异常：把毕业学⽣的考试数据全都删除，此时课程和学分的信息也会被删除掉，有可能导致⼀段时间内，数据库⾥没有某⻔课程和学分的信息。

第三范式（3NF）消除传递依赖

定义：在满⾜第⼆范式的基础上，消除非主键字段对非主键字段的依赖（消除传递依赖）。

一、先理解什么叫传递依赖

如果存在：

sql 复制代码

主键 -> A -> B

说明：

A 依赖主键
B 又依赖 A

那么 B 就是间接依赖主键，这叫传递依赖。

举个例子:

学号	姓名	年龄	所属学院	学院地址	学院电话

存在传递依赖：学号-> 所在学院-> 学院电话 ,存在传递依赖的表不满足第三范式。

改正：只需要拆分成两张表。

1.学院表

学院编号	学院名	学院电话	学院地址

2.学生表

学号	姓名	年龄	学院编号

这样设计后，两张表中的非主键字段都直接依赖各自主键；学生表通过外键（学院编号）与学院表建立关联关系。

四: 实际表设计流程

1. 需求分析（明确存什么）

理清业务： 搞清楚系统有哪些实体（如用户、商品、订单）以及它们之间的关系。
确定字段： 列出每个实体需要记录的信息（如用户有姓名、手机号、注册时间）。

2. 概念设计（画 E-R 图）

识别关系： 确定实体间是一对一（1:1）、一对多（1:N）还是多对多（N:N）。
绘图： 使用 E-R 图（实体-联系图）可视化表达，防止漏掉关键关联。

3.逻辑设计（定表结构）

表转换： 将实体转为表，字段转为列。
数据类型： 为每个字段选择合适的类型（如数字用 INT，短文本用 VARCHAR，时间用 DATETIME）。
主键设计： 每张表必须有一个唯一标识（通常是自增 ID 或 UUID）。

4. 范式约束（减少冗余）

遵循三范式（3NF）：
○ 1NF： 字段不可再分（原子性）。
○ 2NF： 非主键字段必须完全依赖主键（消除部分依赖）。
○ 3NF： 非主键字段不能相互依赖（消除传递依赖，如：表里存了部门ID，就不应再存部门名称）。
注：有时为了性能会适当"反范式"（冗余少量字段减少连表）。

5. 物理优化（提升性能）

索引设计： 给高频查询的字段（如 username、order_sn）建立索引。
约束设置： 设置 NOT NULL（非空）、DEFAULT（默认值）、UNIQUE（唯一）。
存储引擎： 选择合适的引擎（如 MySQL 默认的 InnoDB）。

6. 评审与落地（产出 SQL）

设计评审： 与开发团队核对是否满足业务需求。
编写 DDL： 编写 CREATE TABLE 语句并执行。
维护文档： 更新数据库字典，方便后期维护。