动态可扩展的数据库设计.docx

可动态扩展的数据库设计
摘要：数据库设计的核心问题是建立模型。对于信息系统中出现 的数据结构改变和扩展的需求，采用了一种基于键值对的对象属性 可扩展模型。 
关键词：数据库设计；可扩展；对象；关系数据库 
引言 
数据库设计是建立数据库及其应用系统的技术，是信息系统开发 和建设的核心。数据库设计是指对于给定的应用环境，构造最优的 数据库模式，建立数据库及其应用系统，使之能够有效地存储数据， 满足各种用户的应用要求(信息要求和处理要求)。 
数据库设计的核心问题是建立模型。一般而言这个模型要满足两 类准则：结构准则和性能准则。前者主要考虑如何保持数据的特性， 后者主要考虑资源的合理使用和数据库的存储效率。在所有数据库 设计准则中最重要的原则是：最终产品必须满足用户的最终要求。 但是，首先需要存储的信息是动态的，应用自身的发展也会产生新 的和扩展的信息需求；其次，信息化是分步进行的，用户很难一次 提出完整的需求；第三，用户和设计人员之间存在理解上的差异。 因此，数据库应用系统在完成以后，系统功能很可能不能完全满足 用户需求，而且随着时间的发展系统功能会逐渐偏离用户或企业的 需求。所以，数据库应用系统必须要不断地改进和扩展以适应环境 的变化以及组织自身的发展需求.
目前数据库设计普遍采用“需求驱动”的数据库设计模式。但是， 如果在数据库设计阶段，建立数据库模型时没有充分考虑到数据库 应用系统以后可能的改变及扩展，将使系统以后的维护工作变得极 其困难，甚至必须重新开发数据库应用系统。本文针对数据库应用 系统开发过程中遇到的动态可扩展问题提出了一种数据库设计模 型——基于键值对的对象属性可扩展模型，它区分了应用中的不同 对象的类型，通过设计属性分类提高了数据库应用系统中数据的可 改变性和可扩展性。
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1 信息系统中的传统数据库设计模型 
通常，在传统数据库设计模型中，设计人员在设计阶段总是将数 据信息表达的尽可能丰富，使其不仅满足所有需求分析阶段得到的 用户需求，而且还要尽可能考虑到应用以后可能的改变以及扩展。 采用这种方式设计的数据库应用不仅数据表过于“臃肿”，而且对 于未来的应用难于改变或者扩展。
例如，在某校园建筑管理信息系统中，系统成立初期，只要求该 系统能够展示建筑的基本信息，如名称、简述等。设计人员有可能 将数据表格设计成，我们称之为方案1。包括编号、建筑名称、建 筑描述是建筑的最基本属性，此外设计人员也考虑到了系统将来的 扩展，加入了诸如建设日期，高度，等属性。由于设计人员不可能 完全预见学校未来发展状况，所以对于系统现阶段的需求来说，尽 管建筑信息表已经非常详尽了，但是随着时间的推移系统仍有可能 不适应实际需求。
随着需求的发展，建筑的信息需求有可能发生变化。例如：①为 了获取建筑质量，有可能对该建筑的施工文件等信息保存；②随着 校园信息系统的建立，可能有更多的不同类型的建筑需要存入系 统，比如管道信息，一些标志性雕塑，或者植被信息；③随着系统 的扩展，原有数据表可能不能满足日益增多的该类建筑所有信息的 存储，所以需要建立新的数据表扩展其属性；④对于一些简单的建 筑或者物体比如一棵树一个石凳，存储的信息明显和一座教学楼不 同，需要按照类型的不同，设计多个不同的数据表分别存储不同类 型的物体信息。 
2 数据库设计中的扩展性需求
在应用中，类似这样的数据存储结构改变以及应用扩展的情况还有很多。如果用传统数据库设计模型，那么在设计初始阶段就必须 考虑到应用未来所有的改变及扩展，尽可能使表格的信息详尽，否 则当应用发生改变或扩展时，必须重新设计表结构，并对应用程序 中相关片段全部重写。如果同一变化出现在不同部位，由于不同的 原因，出现在不同的阶段，那么现有表结构不能满足要求；如果需 要增加过多的对象属性信息，那么表结构将必须修改。但是，如果 我们将数据对象化，并采用定义其属性和值的设计模型，上述问题 将迎刃而解。
作为开发人员，总会面对业务方提出的数据结构变化的需求，字 段的增加，数据表的修改总是随时可能根据需求发生。因为业务在 发展，或者需求就有可能需要一个完全动态的可扩展的数据库设计 方案，但是以目前的关系数据库实现这种动态扩展的特性，在系统 一定规模之后所付出的代价是昂贵的，也是不安全的。为了这种动 态扩展性，有这样三种常用的方法：
第一种方法：预留字段。既然很难加字段，就预先留好一些备用， 但是这样没那么灵活，有一定的实用性，不过因为预先留的字段一 般是没什么含义的，需要有额外的信息来描述，这种方法在扩展性 要求不是太强的地方可以不影响性能的前提下提供一定的扩展性。  第二种方法：使用复杂字段。在某些特殊要求下还是很有用的， 比如，某个业务实体（某张表），有一些标记位，都是true/false 的标记，可以理解为这个实体的一些属性，经常需要添加，这种情 况，在生产中我们使用过用一个数字，按位来表示这些标记的，比 如第三位表示他是不是付费用户，第四位表示他是合作方来的用户 还是自己注册的，等等。还有一种情况，需要更复杂的属性列表， 属性个数经常变，可以考虑使用一个文本字段，保存结构化的数据， 然后在使用时需要动态解析该字段。使用复杂字段的好处就在于比 较灵活，同一类型的数据可以放在一起（实际上相当于把应该是一 个关联表的数据放一个字段里了），操作的性能也不错，但是复杂 字段里面的内容查询比较困难，程序实现和修改起来也更复杂。  第三种方法：将数据的存储和索引（需要查询的内容）分开存放， 相当于主表就一个key value，把需要查询的字段放到其他单独 的表里去，这种方法对数据的实时查询的效率有一定的影响，但是 针对实时性的要求并不是所有系统都有要求的，在有些地方是很好 的解决方案。
3 基于键值对的对象属性可扩展模型
本文的基于键值对的对象属性可扩展模型就是结合上面提到的第 三种方法，使用数据表分别单独存储对象分类和分类的属性信息的 定义，并且实现了分类属性之间的树形的可扩展结构，对象信息的 存储用过一张表用来存储所有对象公有的可快速查询的数据信息， 另一张属性值表存储所有的对象的特有属性的key value。通过 这样的设计可以在不修改原数据表结构的前提下，实现所有存储对 象的动态可扩展，如图1 所示。
图1 对象属性信息结构模型 
由图1 所示，表t_class 保存对象的分类信息如建筑，管道，雕 塑等；t_attibute_def 保存的是每个分类所对应对象的属性信息如 建筑的高度，施工单位等；t_entity 保存的是分类对象的公共信息， 是具体的物体如1 号教学楼;t_entity_content 保存每个具体的对 象所有属性的信息值；t?倕_file 表用来保存一些扩展的文件信息。 通过这样一个模型我们可以在需要是动态定义一个大的分类并且 可以动态的设置每个已有分类拥有哪些属性，所有对象的的具体内 容分别存储在对象公共信息表，对象属性信息表和文件信息表中。  在实际应用中，还涉及到属性冗余，查询，修改等方面的问题， 通过在校园管理系统中应用的结果来看，这些都可以实现，并能获得较好的效率。 
4 结束语 
综上所述，传统的数据库设计适用于简单的、业务数据固定或变 化极少的集中式数据库应用。在应用范围更广需要更灵活数据结构 的系统中，显然面向对象属性的扩展设计更加适宜。  随着网络环境的日益普及，新的应用呈现出来的开放性与分布性 特点，web 应用系统也由简单的数据库系统逐具有了更灵活多变应 用环境，在这种环境下，能够满足扩展和动态改变的需求，将有更 广阔的应用前景。