用實(shí)體關(guān)系圖進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)建模
（ccidnet 阿良＠仙人掌工作室 2001年08月14日）
一、概述
很可能你現(xiàn)在正在規(guī)劃一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)站；而且?guī)缀蹩梢钥隙ǖ氖牵阋欢ㄒ呀?jīng)瀏覽過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)站。過(guò)去，一些網(wǎng)站依賴CGI腳本和文本文件存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)持久化，但現(xiàn)在我們能夠訪問(wèn)大量不同的關(guān)系型、對(duì)象-關(guān)系型、面向?qū)ο笮蛿?shù)據(jù)庫(kù)。
對(duì)于Web應(yīng)用來(lái)說(shuō)，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)是一種強(qiáng)大的支持工具，這得感謝它們的高可用性、性能，而且相對(duì)來(lái)說(shuō)，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)比較容易使用。要找出一個(gè)功能完善、源代碼開(kāi)放、能夠在多種平臺(tái)上運(yùn)行的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)并不困難。你可以用Perl、Java、PHP以及其他服務(wù)器端腳本語(yǔ)言把關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)和Web網(wǎng)站連結(jié)到一起。
隨著網(wǎng)站規(guī)模的發(fā)展，它對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)——通常是關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)——的依賴程度也日益增加。大量頁(yè)面和服務(wù)需要向數(shù)據(jù)庫(kù)表寫(xiě)入信息，或者從數(shù)據(jù)庫(kù)提取信息。對(duì)于大多數(shù)網(wǎng)站，數(shù)據(jù)庫(kù)表很快成為網(wǎng)站體系結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵部分，成為網(wǎng)站運(yùn)作的生命中樞。為了方便和輕松地管理大容量數(shù)據(jù)，用戶帳戶、新聞動(dòng)態(tài)、內(nèi)容、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)都可以保存到關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（Relational Database Management System，RDBMS）。
用圖（Diagram）管理數(shù)據(jù)模型具有高效、方便的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于RDBMS，描述數(shù)據(jù)模型的圖通常稱為實(shí)體關(guān)系圖（Entity Relationship Diagram，ERD）。用ERD描述數(shù)據(jù)模型能夠幫助你預(yù)先精確定義數(shù)據(jù)需求，使你能夠?qū)σ院蟮母膭?dòng)作出有效的規(guī)劃，能夠隨著網(wǎng)站的發(fā)展方便地改進(jìn)規(guī)劃。
本文將介紹ERD建模工具和概念。文章提供了一些圖的實(shí)例，但它們的目的不是提供精確的或者是全面的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)范例。它們的目的是以兩個(gè)建模工具為例，介紹數(shù)據(jù)建模符號(hào)。在不同的工具之間，圖的符號(hào)有著重大的差別，但它們的基本概念一樣。本文的圖例從PowerDesigner和Visio 2000 Professional的試用版得到，你可以從本文末尾找到這些工具和其他類似產(chǎn)品的鏈接。
二、是否使用建模工具？
許多規(guī)模較小的網(wǎng)站用ASCII形式的SQL（Structured Query Language）腳本文件進(jìn)行數(shù)據(jù)建模。當(dāng)開(kāi)發(fā)小組人員較少，或者最理想的情況下僅由一個(gè)人構(gòu)成時(shí)，這種方法最有效。然而，數(shù)據(jù)模型將很快發(fā)展成為一個(gè)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)——在這種情況下，CASE（Computer Aided Software Engineering，計(jì)算機(jī)輔助軟件設(shè)計(jì)）工具、有關(guān)所有數(shù)據(jù)信息的圖、集中式知識(shí)庫(kù)能夠極大地幫助你管理Web網(wǎng)站的數(shù)據(jù)層。
2.1 何時(shí)使用SQL？
即使當(dāng)你準(zhǔn)備用SQL直接管理數(shù)據(jù)模式（物理數(shù)據(jù)庫(kù)）時(shí)，圖也能有效地幫助你理解和改進(jìn)系統(tǒng)。然而，如果你的預(yù)算或者時(shí)間非常有限，采用復(fù)雜的新式建模工具可能得不償失。相反，在這種情況下，你應(yīng)該使用一個(gè)簡(jiǎn)單的圖形工具把數(shù)據(jù)模式的基本情況記錄下來(lái)，然后逐步轉(zhuǎn)換到復(fù)雜的數(shù)據(jù)建模工具。
如果你正在設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)類型不常見(jiàn)（或者是非標(biāo)準(zhǔn)的），避免使用某些復(fù)雜CASE工具可能是明智的，因?yàn)檫@些工具的“反向工程”能力和某些自動(dòng)功能可能無(wú)法在你的環(huán)境下發(fā)揮作用。這里所謂的自動(dòng)功能，是指建模工具根據(jù)輸入模型的圖形和屬性信息，自動(dòng)為目標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)生成合適SQL命令的能力。反向工程是這樣一種能力，建模工具根據(jù)已經(jīng)部署的物理數(shù)據(jù)模式，從現(xiàn)有的表提取出實(shí)體和關(guān)系信息。
2.2 轉(zhuǎn)入建模工具
從簡(jiǎn)單繪圖工具轉(zhuǎn)換到數(shù)據(jù)建模工具并不是一個(gè)很復(fù)雜的過(guò)程。大多數(shù)數(shù)據(jù)建模工具的工作方式就象是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的繪圖工具，參見(jiàn)圖1a和圖1b，這是兩個(gè)數(shù)據(jù)建模工具的界面實(shí)例。你可以在這里創(chuàng)建和排列表，定義關(guān)系，以及指定其它信息（列的類型、長(zhǎng)度，鍵等）。
圖1a：PowerDesigner的界面
圖1b：Visio的界面
轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)建模工具的主要挑戰(zhàn)在于：
一些入門級(jí)數(shù)據(jù)建模工具（參見(jiàn)本文后面的參考資源）只有少量的高級(jí)特性。這有好處，但也有弊端——它們很容易學(xué)習(xí)使用，但當(dāng)你積累了更多的經(jīng)驗(yàn)時(shí)，它們可能不再滿足你日益增長(zhǎng)的需要。然而，升級(jí)工具或更換工具一般不存在大的問(wèn)題，特別是當(dāng)新的工具能夠?qū)ΜF(xiàn)有數(shù)據(jù)模式進(jìn)行精確、完整的反向工程時(shí)，升級(jí)或更換工具的過(guò)程尤其簡(jiǎn)單。
三、ERD建模符號(hào)
本文使用Martin的Information Engineering符號(hào)。PowerDesigner采用的就是這種符號(hào)，Oracle的Designer產(chǎn)品所使用的符號(hào)也和它很相似。你可以在AIS Modeling Summary查看各種ERD符號(hào)的說(shuō)明?；镜腅RD繪圖規(guī)范很直觀易懂。你可以定義實(shí)體（表），描述各個(gè)實(shí)體之間的關(guān)系。在填寫(xiě)表和關(guān)系的細(xì)節(jié)信息時(shí)，每一種工具的做法都有所不同；但就我所遇到的工具來(lái)看，基本概念在大多數(shù)軟件包之間是相通的。接下來(lái)的內(nèi)容將介紹你必須了解的主要圖形元素和設(shè)置方法。
3.1 表
所有構(gòu)造合理的數(shù)據(jù)建模工具都允許為表指定豐富的關(guān)聯(lián)信息。這些信息包括（但不局限于）：
要指定這些信息，一般你需要進(jìn)入表的屬性窗口，如圖2a和圖2b所示。
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2a：PowerDesigner中表的屬性窗口
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圖2b：Visio中表的屬性窗口
一旦輸入了新表的屬性信息，圖將被更新，顯示出你所提供的新的或更改后的表信息。下面的圖形顯示了一個(gè)表的實(shí)例，這個(gè)表的屬性信息見(jiàn)圖2a和圖2b。在圖2a和圖2b中，許多列被定義成了（m）andatory（強(qiáng)制的）、（p）rimary（主鍵）和（d）isplayed（被顯示的）列。下面的圖顯示了為該表輸入的部分屬性信息。
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圖3a：PowerDesigner的表
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圖3b：Visio的表
在圖3a中可以看到一些非標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)類型，如PHONENUMBER和PK。許多數(shù)據(jù)建模工具允許定義域或定制數(shù)據(jù)類型，它們可供一個(gè)以上的列使用。域不僅代表著數(shù)據(jù)類型——通常，它們還包含檢查約束、默認(rèn)值、值列表等信息。如果你想要更新一個(gè)域（例如定義一種新的電話號(hào)碼格式），所有該模型中引用該域的列都將自動(dòng)更新。
3.2 關(guān)系
如果我們只定義數(shù)據(jù)模式中的表，數(shù)據(jù)建模工具就不那么重要了。各個(gè)表之間的關(guān)系、依賴情況往往很復(fù)雜，有一個(gè)管理和顯示這些關(guān)系的工具將帶來(lái)很大的幫助。對(duì)于一個(gè)給定的關(guān)系，必須收集的重要信息包括：
大多數(shù)建模工具通過(guò)在兩個(gè)或者更多表之間畫(huà)出連線的方式定義關(guān)系。默認(rèn)情況下，關(guān)系往往被定義成為一對(duì)多關(guān)系，而且它對(duì)于關(guān)系中的任何一方都是可選的。要修改關(guān)系，你必須打開(kāi)關(guān)系的屬性窗口，更新實(shí)體關(guān)系的特征信息。圖4a和圖4b顯示了兩個(gè)不同的工具允許為關(guān)系定義的部分屬性：
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圖4a：PowerDesigner的關(guān)系屬性設(shè)置界面
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圖4b：Visio的關(guān)系屬性設(shè)置界面
該圖顯示了一個(gè)一對(duì)多關(guān)系——一個(gè)典型的父-子關(guān)聯(lián)關(guān)系。部門（Branch）和雇員（Emplyee）的關(guān)系是強(qiáng)制的。它意味著一個(gè)部門必須至少有一個(gè)雇員（1-N強(qiáng)制關(guān)系）；另一方面，它意味著一個(gè)雇員必須屬于且只能屬于一個(gè)部門（1-1強(qiáng)制關(guān)系）。圖5a和圖5b反映了修改后的關(guān)系。
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圖5a：PowerDesigner中兩個(gè)表之間的關(guān)系
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圖5b：Visio中兩個(gè)表之間的關(guān)系
這個(gè)圖顯示了如何把信息轉(zhuǎn)換成符號(hào)。強(qiáng)制的關(guān)系由一條實(shí)心垂直線（而不是橢圓）表示。某些工具用虛線表示可選的關(guān)系。關(guān)系中屬于“多”的這一邊用一個(gè)類似鳥(niǎo)爪的圖形表示，關(guān)系的基數(shù)在靠近它所描述的那一端顯示。
你可能已經(jīng)注意到，Employee表沒(méi)有定義外鍵列。這個(gè)圖仍舊處于“概念設(shè)計(jì)”階段——此后，從概念圖到物理數(shù)據(jù)模型之間的轉(zhuǎn)換是必不可少的。大多數(shù)工具區(qū)分概念和物理數(shù)據(jù)模型——概念數(shù)據(jù)模型描述信息的需求，但不關(guān)注細(xì)節(jié)問(wèn)題，例如索引和強(qiáng)制性的引用完整性。
有些時(shí)候，你可能要定義自我引用的表。自我引用的表一般用來(lái)描述層次型關(guān)系。如下面的圖形所示，大多數(shù)數(shù)據(jù)建模工具能夠處理這類關(guān)系。注意在這個(gè)例子中，雇員可以有零個(gè)或者一個(gè)上級(jí)——它使你能夠處理一些特殊的情況，比如總統(tǒng)沒(méi)有直接的上級(jí)。
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圖6a：PowerDesigner中自我引用的表
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圖6b：Visio中自我引用的表
四、圖的規(guī)劃
定義表和關(guān)系只是挑戰(zhàn)的一部分，圖的清楚明白同樣很重要。雖然一些工具提供自動(dòng)布局能力，我還沒(méi)有看到過(guò)一個(gè)完善的實(shí)現(xiàn)。相反，你的目標(biāo)應(yīng)該是遵從“孔雀東南飛”這一規(guī)則（這里的“孔雀”是關(guān)系中代表“多”這一方的符號(hào)，它是連接到表的三條分叉線，象個(gè)鳥(niǎo)爪）。換句話說(shuō)，子表應(yīng)該位于父表的右方和下方。這種安排使得從邏輯上組織和理解數(shù)據(jù)模型更加方便。最重要、最高級(jí)別的表應(yīng)該出現(xiàn)在左上角，讓級(jí)別較低的表出現(xiàn)在頁(yè)面的右下角。為了清楚起見(jiàn)，減少圖中交叉線的數(shù)量也是很重要的。正如Eberhardt Rechtin在The Art of Systems Architecting中強(qiáng)調(diào)的，“一個(gè)好的設(shè)計(jì)往往看起來(lái)很舒服”。如果無(wú)論怎樣安排，你的數(shù)據(jù)模型看起來(lái)都很混亂，那么，它可能正在告訴你數(shù)據(jù)模型本身有一些值得注意的問(wèn)題。
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圖7a：完整的ER圖（PowerDesigner）
圖7b：完整的ER圖（Visio）
五、從圖到數(shù)據(jù)庫(kù)
依賴于你所選擇的用來(lái)建立數(shù)據(jù)模型的軟件包，建模工具可能會(huì)根據(jù)模型生成SQL命令或直接修改數(shù)據(jù)庫(kù)模式。這種功能帶來(lái)了極大的便利；和使用ASCII格式的SQL腳本相比，這種方式有著許多優(yōu)點(diǎn)。一些建模工具的功能適合于大量的數(shù)據(jù)庫(kù)類型，例如PostgreSQL、MySQL、Oracle、DB2，等等。對(duì)于簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)庫(kù)修改，改動(dòng)操作可以從建模工具通過(guò)ODBC直接完成。數(shù)據(jù)庫(kù)改動(dòng)還允許以增量方式進(jìn)行（例如，ALTER命令或創(chuàng)建命令，以及對(duì)特定表的更新命令）。當(dāng)你第一次使用建模工具時(shí)，你可以查看建模工具生成的SQL，看看自己是否可以信任和認(rèn)可建模工具對(duì)數(shù)據(jù)模型的解釋。一段時(shí)間之后，你就會(huì)熟悉建模工具對(duì)各種關(guān)系和表細(xì)節(jié)的解釋。
【結(jié)束語(yǔ)】數(shù)據(jù)建模是一種很好的軟件工程實(shí)踐。它能夠幫助你在正式編寫(xiě)程序代碼之前規(guī)劃數(shù)據(jù)需求。在維護(hù)和改進(jìn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)布局的過(guò)程中，數(shù)據(jù)建模同樣很有用。一些工具能夠讓這個(gè)過(guò)程變得非常簡(jiǎn)單，能夠在你管理和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的時(shí)候帶來(lái)極大的幫助。然而，根據(jù)你所需功能的不同，建模工具的價(jià)格也有著極大的差異。在不出現(xiàn)預(yù)算赤字的情況下，輕松掌握和運(yùn)用數(shù)據(jù)建模技術(shù)的最好方法是，從小型的工具開(kāi)始，然后逐漸深入和提高。
六、參考和資源
■ 工具
■ 參考
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