Что такое нормализация БД

1️⃣ Как кратко ответить

Нормализация базы данных — это процесс организации данных в таблицах для минимизации избыточности и обеспечения целостности данных. Она включает в себя разбиение больших таблиц на более мелкие и установление связей между ними, следуя определенным нормальным формам.

2️⃣ Подробное объяснение темы

Нормализация базы данных — это методология проектирования структуры базы данных, которая направлена на уменьшение избыточности данных и обеспечение их целостности. Основная цель нормализации — сделать так, чтобы каждая часть данных хранилась только в одном месте, что упрощает управление данными и снижает вероятность ошибок.

Основные концепции нормализации

1. Избыточность данных: Это ситуация, когда одни и те же данные хранятся в нескольких местах. Избыточность может привести к несоответствиям и ошибкам при обновлении данных.

2. Аномалии данных: Это проблемы, которые возникают из-за избыточности данных. Существуют три основных типа аномалий:

   • Аномалия вставки: Невозможность добавить данные из-за отсутствия других данных.
   • Аномалия обновления: Необходимость обновления данных в нескольких местах.
   • Аномалия удаления: Удаление данных может привести к потере другой важной информации.

Нормальные формы

Нормализация осуществляется через последовательные этапы, называемые нормальными формами. Каждая следующая нормальная форма решает проблемы предыдущей.

1. Первая нормальная форма (1NF):

   • Все столбцы должны содержать только атомарные (неделимые) значения.
   • Все записи в таблице должны быть уникальными.

   -- Пример таблицы, не находящейся в 1NF
   CREATE TABLE Orders (
       OrderID INT,
       CustomerName VARCHAR(100),
       ProductIDs VARCHAR(100) -- Содержит несколько значений, например, '1,2,3'
   );
   ​
   -- Пример таблицы в 1NF
   CREATE TABLE Orders (
       OrderID INT,
       CustomerName VARCHAR(100),
       ProductID INT -- Каждое значение атомарно
   );
   

2. Вторая нормальная форма (2NF):

   • Таблица должна находиться в 1NF.
   • Все неключевые столбцы должны зависеть от всего первичного ключа, а не от его части.

   -- Пример таблицы, не находящейся в 2NF
   CREATE TABLE OrderDetails (
       OrderID INT,
       ProductID INT,
       ProductName VARCHAR(100) -- Зависит только от ProductID
   );
   ​
   -- Пример таблицы в 2NF
   CREATE TABLE Products (
       ProductID INT PRIMARY KEY,
       ProductName VARCHAR(100)
   );
   ​
   CREATE TABLE OrderDetails (
       OrderID INT,
       ProductID INT,
       FOREIGN KEY (ProductID) REFERENCES Products(ProductID)
   );
   

3. Третья нормальная форма (3NF):

   • Таблица должна находиться в 2NF.
   • Все неключевые столбцы должны зависеть только от первичного ключа, а не от других неключевых столбцов.

   -- Пример таблицы, не находящейся в 3NF
   CREATE TABLE Employees (
       EmployeeID INT PRIMARY KEY,
       DepartmentID INT,
       DepartmentName VARCHAR(100) -- Зависит от DepartmentID
   );
   ​
   -- Пример таблицы в 3NF
   CREATE TABLE Departments (
       DepartmentID INT PRIMARY KEY,
       DepartmentName VARCHAR(100)
   );
   ​
   CREATE TABLE Employees (
       EmployeeID INT PRIMARY KEY,
       DepartmentID INT,
       FOREIGN KEY (DepartmentID) REFERENCES Departments(DepartmentID)
   );
   

Применение нормализации

Нормализация используется в проектировании баз данных для:

• Уменьшения избыточности данных.
• Обеспечения целостности данных.
• Упрощения структуры базы данных.
• Повышения гибкости и масштабируемости базы данных.

Однако, в некоторых случаях, например, в системах, требующих высокой производительности, может быть целесообразно использовать денормализацию — процесс, обратный нормализации, для ускорения операций чтения за счет увеличения избыточности данных.