1、第八章第八章 使用使用UML的數據庫分析與設計的數據庫分析與設計n本章的教學目的本章的教學目的 長期以來按照傳統的系統設計方法長期以來按照傳統的系統設計方法, ,應用程序設計應用程序設計與數據庫設計是分別進行的與數據庫設計是分別進行的, ,設計完成后還需要對這設計完成后還需要對這兩項設計進行協調兩項設計進行協調, ,因此比較麻煩。如果采用因此比較麻煩。如果采用UMLUML進行進行系統分析和設計，則可以把系統的應用程序設計和數系統分析和設計，則可以把系統的應用程序設計和數據庫設計統一起來，有效地提高數據庫設計的效率和據庫設計統一起來，有效地提高數據庫設計的效率和質量，降低開發風險，提高軟件部件的

2、可重用性，降質量，降低開發風險，提高軟件部件的可重用性，降低開發成本。所以，希望同學們通過本章的學習能掌低開發成本。所以，希望同學們通過本章的學習能掌握使用握使用 UMLUML進行數據庫分析與設計的方法進行數據庫分析與設計的方法。n本章的教學內容本章的教學內容UMLUML關系數據庫設計的概念、術語和規范關系數據庫設計的概念、術語和規范使用使用UMLUML進行數據庫分析與設計的方法與過程進行數據庫分析與設計的方法與過程8.1 數據庫設計的一般方法與過程數據庫設計的一般方法與過程1.傳統的關系數據庫設計方法與過程傳統的關系數據庫設計方法與過程 傳統的關系數據庫設計的過程分為傳統的關系數據庫設計的過

3、程分為4個階段個階段:需求分析需求分析;概念結構設計概念結構設計;邏輯結構設計邏輯結構設計;物理結構設計。物理結構設計。（1）需求分析階段）需求分析階段的主要任務是通過對現有的的主要任務是通過對現有的系統進行調查分析，以確定要建立的新數據庫系統進行調查分析，以確定要建立的新數據庫應用系統的信息需求和處理要求，并編制出數應用系統的信息需求和處理要求，并編制出數據庫需求分析說明書，對數據的存儲要求和處據庫需求分析說明書，對數據的存儲要求和處理要求進行描述，作為后續各設計階段的依據理要求進行描述，作為后續各設計階段的依據。（2）概念結構設計概念結構設計需要借助某種工具或方法，需要借助某種工具或方法，

4、如當前應用最廣泛的有如當前應用最廣泛的有實體聯系方法實體聯系方法(Entity-Relationship,ER方法方法)，它使用，它使用ER圖定義系圖定義系統的信息組織模式，即概念結構。統的信息組織模式，即概念結構。教師教師職稱職稱性別性別職務職務姓名姓名教工號教工號教教學生學生性別性別姓名姓名系系學號學號年級年級學學課程課程學時學時學分學分課名課名課程號課程號成績成績1NMN教師教師-學生學生-課程課程E-R 圖圖(3)邏輯結構設計邏輯結構設計的任務是按照一定的規則，將的任務是按照一定的規則，將概念結構轉換為某種數據庫管理系統所能接受概念結構轉換為某種數據庫管理系統所能接受的數據模型。的數據

5、模型。 圖2 一個實體類型轉換為一個關系模型一個實體類型轉換為一個關系模型(4)(4)物理結構設計物理結構設計 將前一階段設計的關系模式轉化為具體數據將前一階段設計的關系模式轉化為具體數據庫環境下的數據表結構庫環境下的數據表結構，以實現對數據庫的有，以實現對數據庫的有效管理。這需要依賴于給定的計算機系統來確效管理。這需要依賴于給定的計算機系統來確定。對于關系數據庫系統來說，數據庫的物理定。對于關系數據庫系統來說，數據庫的物理結構主要由結構主要由DBMSDBMS確定。確定。2.2.基于基于UMLUML的數據庫設計的數據庫設計 使用使用UMLUML做數據庫設計做數據庫設計, ,可以把數據庫設計可以

6、把數據庫設計與系統的應用程序設計結合在一起進行與系統的應用程序設計結合在一起進行, ,而且而且UMLUML具有更強的建模表現能力。具有更強的建模表現能力。n基于基于UML的關系數據庫設計與的關系數據庫設計與傳統的關系數據庫設傳統的關系數據庫設計的過程類似，一般分為計的過程類似，一般分為4個階段：個階段：業務業務Use Case模型設計模型設計：就是進行數據庫的需求分：就是進行數據庫的需求分析，使用用例圖等建立業務模型。析，使用用例圖等建立業務模型。邏輯數據模型設計邏輯數據模型設計：主要是確定應用系統所需要的：主要是確定應用系統所需要的持久數據。使用類圖等建立數據庫邏輯模型。如果持久數據。使用類

7、圖等建立數據庫邏輯模型。如果是關系數據庫設計，則需要設計出表達持久數據的是關系數據庫設計，則需要設計出表達持久數據的實體類及其聯系，并把它們映射成為關系數據庫表實體類及其聯系，并把它們映射成為關系數據庫表（Table)、視圖、視圖(View)等。等。物理數據模型設計物理數據模型設計：使用組件圖、配置圖等，設計：使用組件圖、配置圖等，設計數據庫的物理模型。數據庫的物理模型。物理實現設計物理實現設計：根據物理數據模型建立具體數據庫：根據物理數據模型建立具體數據庫環境下的數據庫，定義構成數據庫的基本表、視圖環境下的數據庫，定義構成數據庫的基本表、視圖等。等。 8.2 UML用于數據庫設計的規范用于數

8、據庫設計的規范8.2.1 表表是關系數據庫的基本建模結構。表又稱為二是關系數據庫的基本建模結構。表又稱為二維表或關系，它是具有相同結構的行維表或關系，它是具有相同結構的行(Row)(Row)的集合，的集合，行又稱為元組。表中的每一列又稱為關系的屬性。行又稱為元組。表中的每一列又稱為關系的屬性。 在在UMLUML中中表表用用類的圖標類的圖標來表示，帶有構造型圖標來表示，帶有構造型圖標“ ”“ ”或或,類名即表名，類名即表名，類的屬性類的屬性描述描述表的列特表的列特性性，包括列名、數據類型，以及有關的約束。在類，包括列名、數據類型，以及有關的約束。在類的行為部分，根據需要可以給出對表的一些操作的的

9、行為部分，根據需要可以給出對表的一些操作的描述，也可以缺省。描述，也可以缺省。 8.2.2 8.2.2 關鍵字與索引關鍵字與索引(1)(1)候選關鍵字候選關鍵字（candidate keycandidate key）：是一個或多個屬性）：是一個或多個屬性的組合，它唯一地確定某個表里的記錄。一個候選關的組合，它唯一地確定某個表里的記錄。一個候選關鍵字里的屬性集必須是最小化的；除非破壞唯一性，鍵字里的屬性集必須是最小化的；除非破壞唯一性，否則屬性不能從候選關鍵字刪除。候選關鍵字里的屬否則屬性不能從候選關鍵字刪除。候選關鍵字里的屬性不能為空。性不能為空。(2)(2)主關鍵字主關鍵字（primary

10、keyprimary key）：是一個特別選定的候選）：是一個特別選定的候選關鍵字，用來唯一地確定表里的記錄。關鍵字，用來唯一地確定表里的記錄。(3)(3)外來關鍵字外來關鍵字（foreign keyforeign key）：是一個屬性或屬性組，）：是一個屬性或屬性組，它在本表中不是關鍵字它在本表中不是關鍵字, ,不能唯一地標識表中的行不能唯一地標識表中的行, ,但但它在另一個表中是主關鍵字它在另一個表中是主關鍵字, ,能夠唯一地標識那個表能夠唯一地標識那個表中的行。外來關鍵字體現了兩個表的聯系中的行。外來關鍵字體現了兩個表的聯系, ,實現表之實現表之間的參照完整性。間的參照完整性。 例如：例

11、如： 學生學生S (學號學號, 姓名姓名, 性別性別, 年齡年齡, 身份證號身份證號), 課程課程C (課號課號, 課名課名), 選課選課SC (學號學號, 課號課號, 成績成績) 8146910223418193140385466467178688085140034516610285153keylink下標下標索引表索引表012345678910111213141516171819key其它域其它域位置位置主表主表索引表結構圖索引表結構圖 (4)索引索引：索引是由數據庫表中一列或多列值的集合形成：索引是由數據庫表中一列或多列值的集合形成的數據結構，使用這種結構可快速訪問數據庫表中的特的數據結

12、構，使用這種結構可快速訪問數據庫表中的特定信息。在定信息。在UML圖標中，索引用構造型圖標中，索引用構造型表示。表示。8.2.3 8.2.3 約束約束 約束是一種施加于數據庫結構的規則約束是一種施加于數據庫結構的規則, ,用于保證數用于保證數據庫的正確性或完整性。據庫的正確性或完整性。（1）主關鍵字主關鍵字約束約束加在表的圖標中的一個屬性名前加在表的圖標中的一個屬性名前面，表示該屬性為面，表示該屬性為主關鍵字，也可以加在一個操作主關鍵字，也可以加在一個操作名前表示該操作的類型名前表示該操作的類型。主關鍵字主關鍵字約束使用構造型約束使用構造型表示，也可用一個小圖標表示，也可用一個小圖標“PK”代

13、替。代替。（2 2）外來外來關鍵字關鍵字約束約束加在表中的一個屬性名前面，加在表中的一個屬性名前面，表示該屬性為表示該屬性為外來關鍵字外來關鍵字, ,也可以加在一個操作名前也可以加在一個操作名前表示該操作的類型表示該操作的類型。外來關鍵字外來關鍵字約束使用構造型約束使用構造型表示，也可用一個小圖標表示，也可用一個小圖標“FK”代替。代替。 （3）值檢驗約束值檢驗約束可以檢驗表中列值是否符合某個規則，可以檢驗表中列值是否符合某個規則，比如把列值與一個固定的值范圍進行比較或與數據庫比如把列值與一個固定的值范圍進行比較或與數據庫中的其他列的數據進行比較。值檢驗約束使用構造型中的其他列的數據進行比較。

14、值檢驗約束使用構造型表示表示,它可以加在一個操作名前面，以表它可以加在一個操作名前面，以表示該操作是一個值檢驗約束。示該操作是一個值檢驗約束。(4)值唯一性約束值唯一性約束保證所定義列的所有值是互不相同保證所定義列的所有值是互不相同的。值唯一性約束使用構造型的。值唯一性約束使用構造型表示表示,它可以加在一個操作名前面，以表示該操作是一個它可以加在一個操作名前面，以表示該操作是一個值檢驗約束。值檢驗約束。（5 5）觸發器約束觸發器約束當一般的約束難以滿足應用程序的功當一般的約束難以滿足應用程序的功能需求時，可用觸發器約束來滿足。所以它也是為保證能需求時，可用觸發器約束來滿足。所以它也是為保證表的

15、數據完整性而定義的某種特殊約束操作。當對表中表的數據完整性而定義的某種特殊約束操作。當對表中數據進行了增、刪、改等操作時，觸發器可能被自動激數據進行了增、刪、改等操作時，觸發器可能被自動激發執行。發執行。觸發器約束使用構造型觸發器約束使用構造型表示表示, ,它可它可以加在一個操作名前面，以表示該操作是一個觸發器。以加在一個操作名前面，以表示該操作是一個觸發器。8.2.4 聯系聯系 存在于兩個表之間的任何關系稱為存在于兩個表之間的任何關系稱為聯系聯系。表之間的。表之間的聯系有兩種：聯系有兩種：非確定性聯系非確定性聯系和和確定性聯系確定性聯系。非確定性聯系非確定性聯系(Non-Identify R

16、elationship)是存在是存在于兩個獨立表之間的聯系，此時在子表中的外來關鍵于兩個獨立表之間的聯系，此時在子表中的外來關鍵字為非主關鍵字列字為非主關鍵字列 。l確定性聯系確定性聯系(Identify Relationship)是存在于兩個有依是存在于兩個有依賴關系的表之間的聯系，若父表不存在，則子表也不賴關系的表之間的聯系，若父表不存在，則子表也不存在，子表的存在依賴于父表的存在。父表中的每一存在，子表的存在依賴于父表的存在。父表中的每一個主關鍵字列都可成為子表中的主關鍵字列的一部分個主關鍵字列都可成為子表中的主關鍵字列的一部分和外來關鍵字列。和外來關鍵字列。8.5 8.5 視圖視圖 一

17、個視圖是一個基本表的投影一個視圖是一個基本表的投影, ,包含基本表的部分包含基本表的部分數據。數據。 視圖可以看成數據庫的窗口視圖可以看成數據庫的窗口, ,可以簡化數據可以簡化數據庫查詢的復雜性庫查詢的復雜性, ,有利于保持數據庫數據的一致性和有利于保持數據庫數據的一致性和安全性。安全性。 在在UMLUML中，視圖用帶有構造性圖標中，視圖用帶有構造性圖標“ ”“ ”或或的類表示，類名即為視圖名。但是，視圖的類表示，類名即為視圖名。但是，視圖的屬性必須與其來源表中相應的屬性一致。的屬性必須與其來源表中相應的屬性一致。8.6 數據庫與數據庫模式數據庫與數據庫模式 (1) 數據庫數據庫 在在UMLU

18、ML中中, ,數據庫用帶有構造型數據庫用帶有構造型的組的組件表示件表示, ,也可用柱型圖標表示。也可用柱型圖標表示。 (2) 數據庫模式數據庫模式 數據庫模式是表的組織結構的描述。關系數據庫數據庫模式是表的組織結構的描述。關系數據庫模式是關系模式的集合，包括對表的靜態結構和完模式是關系模式的集合，包括對表的靜態結構和完整性約束的定義。整性約束的定義。 在在UMLUML中，數據庫模式用帶有構造型中，數據庫模式用帶有構造型的的包表示，通常用在類圖中。包表示，通常用在類圖中。8.7 表空間與節點表空間與節點(1)(1)表空間表空間 表空間是指數據的存儲區域。一個數據庫可以分表空間是指數據的存儲區域。

19、一個數據庫可以分布在一個或多個表空間，這取決于數據庫的數據量、布在一個或多個表空間，這取決于數據庫的數據量、數據訪問要求和安全性的要求。數據訪問要求和安全性的要求。 表空間用帶有構造型表空間用帶有構造型的組件表示，的組件表示，表空間與數據庫的聯系用依賴表示。表空間與數據庫的聯系用依賴表示。（2）節點）節點 節點節點(Node)(Node)是處于運行期的分布式系統的物理元是處于運行期的分布式系統的物理元素素, ,代表計算機資源代表計算機資源, ,如處理器或其他硬件設備。經如處理器或其他硬件設備。經過開發得到的軟件組件和重用模塊就必須配置在相過開發得到的軟件組件和重用模塊就必須配置在相應的節點上才

20、能被執行。應的節點上才能被執行。 節點在配置圖中使用節點在配置圖中使用, ,通過節點和節點之間的聯系通過節點和節點之間的聯系, ,表達計算機系統的物理配置結構。表達計算機系統的物理配置結構。8.3 關系數據庫邏輯模型設計關系數據庫邏輯模型設計8.3.1 8.3.1 邏輯模型設計邏輯模型設計 在邏輯數據模型設計階段在邏輯數據模型設計階段, ,主要任務是確定主要任務是確定應用系統所需長期保存的實體數據應用系統所需長期保存的實體數據, ,用類圖等用類圖等建建立數據庫的邏輯模型。對于關系數據庫，則需立數據庫的邏輯模型。對于關系數據庫，則需要根據系統中的實體類，創建關系數據庫模式，要根據系統中的實體類，

21、創建關系數據庫模式，包括表、視圖、索引等數據結構元素的設計，包括表、視圖、索引等數據結構元素的設計，以及相應的觸發器、存儲器的設計。以及相應的觸發器、存儲器的設計。8.3.2 8.3.2 從類創建表從類創建表 將類轉換為表的最簡單做法是一對一映射，即將類轉換為表的最簡單做法是一對一映射，即為每一個實體類創建一個表。類中的屬性就是為每一個實體類創建一個表。類中的屬性就是表中的列，類中的關鍵字就是表的關鍵字。表中的列，類中的關鍵字就是表的關鍵字。 類向表映射示例類向表映射示例類向表映射時應注意的事項：類向表映射時應注意的事項：（1）注意數據類型的轉換：要把對象類的屬性數據類型）注意數據類型的轉換：

22、要把對象類的屬性數據類型 轉換為數據庫模型中列的數據類型；轉換為數據庫模型中列的數據類型；（2）可導出的屬性數據，不必作為持久性數據映射成表）可導出的屬性數據，不必作為持久性數據映射成表中的列。中的列。（3）從類創建表的過程中，要指定主關鍵字和外來關鍵）從類創建表的過程中，要指定主關鍵字和外來關鍵字，增加必要的約束條件，如合法輸入值校驗等，做成字，增加必要的約束條件，如合法輸入值校驗等，做成操作函數列入相應的表模型中。操作函數列入相應的表模型中。8.3.3 8.3.3 聯系的映射聯系的映射 1. 1. 關聯的映射關聯的映射(1)(1)類之間的關聯是類之間的關聯是“一對一一對一”的情形的情形 在

23、向關系數據模型的映射中，可以為每一個類創建在向關系數據模型的映射中，可以為每一個類創建一個表，其中主表的主關鍵字也是它所關聯的表的外一個表，其中主表的主關鍵字也是它所關聯的表的外來關鍵字。來關鍵字。(2)(2)類之間的關聯是類之間的關聯是“一對多一對多”的情形的情形 在向關系數據模型的映射中，可以為每一個類創建在向關系數據模型的映射中，可以為每一個類創建一個表，其中一個表，其中“一一”方表的主關鍵字也是它所關聯的方表的主關鍵字也是它所關聯的“多多”方表的外來關鍵字。方表的外來關鍵字。(3)類之間的關聯是類之間的關聯是“多對多多對多”的情形的情形 在向關系數據模型的映射中，除了為每一個類創建在向

24、關系數據模型的映射中，除了為每一個類創建一個表以外，必須一個表以外，必須創建一個關聯表創建一個關聯表（Associate Associate TableTable），），實現多對多的關聯實現多對多的關聯。關聯表的作用是把一個。關聯表的作用是把一個“多對多多對多” ” 的聯系轉換為兩個的聯系轉換為兩個 “ “一對多一對多”的聯系，的聯系，該關聯表的主關鍵字由它所關聯的每個表的主關鍵字該關聯表的主關鍵字由它所關聯的每個表的主關鍵字組成。組成。2.泛化泛化/特化聯系的映射特化聯系的映射 對于泛化對于泛化/ /特化聯系的映射特化聯系的映射, ,可以有如下可以有如下三種做法三種做法: :(1)(1)為超

25、類和每個子類創建一個表為超類和每個子類創建一個表, ,同時視需同時視需要可為每一個要可為每一個超類超類/ /子類對子類對創建一個視圖創建一個視圖; ;(2)(2)為超類創建一個表為超類創建一個表, ,將子類的所有列信息將子類的所有列信息存入到超類表中存入到超類表中, ,即將表示泛化即將表示泛化/ /特化聯系特化聯系的層次結構的層次結構( (繼承繼承) )簡單地轉換為一個表。簡單地轉換為一個表。（3 3）為每一個子類創建一個表，將超類的所）為每一個子類創建一個表，將超類的所有列信息存入到每個子類表中。有列信息存入到每個子類表中。n當當采用第二種方法把泛化采用第二種方法把泛化/ /特化關系映射為關

26、特化關系映射為關系數據模型系數據模型時時, ,將子類表的所有列信息存入到超將子類表的所有列信息存入到超類表中。如圖類表中。如圖8.158.15所示。所示。n當當采用第三種方法把泛化采用第三種方法把泛化/ /特化關系映射為關特化關系映射為關系數據模型系數據模型時時, , 為每一個子類創建一個表，將為每一個子類創建一個表，將超類的所有列信息存入到每個子類表中。如圖超類的所有列信息存入到每個子類表中。如圖8.168.16所示。所示。3. 聚合聚合/組合聯系的映射組合聯系的映射 聚合聚合/ /組合聯系的映射類似于關聯的映射組合聯系的映射類似于關聯的映射, ,可以有如下可以有如下三種做法三種做法: :(

27、1)(1)如果構成聚合如果構成聚合/ /組合聯系的超類和子類之間的多重組合聯系的超類和子類之間的多重性是性是“一對一一對一”的，則可以把超類和子類合并轉換的，則可以把超類和子類合并轉換為一個表，其中包含超類和子類的全部屬性數據。為一個表，其中包含超類和子類的全部屬性數據。(2)如果構成聚合如果構成聚合/ /組合聯系的超類和子類之間的多重性是組合聯系的超類和子類之間的多重性是“一對多一對多”的，則可以把超類和子類分別轉換為一個表。的，則可以把超類和子類分別轉換為一個表。對于聚合，超類相應的表和子類相應的表之間存在非確對于聚合，超類相應的表和子類相應的表之間存在非確定性聯系；對于組合，兩個表之間存

28、在確定性聯系。定性聯系；對于組合，兩個表之間存在確定性聯系。8.3.4 觸發器與存儲過程觸發器與存儲過程n觸發器觸發器（Trigger）為保證表的數據正確性和完為保證表的數據正確性和完整性而定義的約束操作。當對表中數據進行增、刪、整性而定義的約束操作。當對表中數據進行增、刪、改等操作時，觸發器可能被自動激發執行。觸發器改等操作時，觸發器可能被自動激發執行。觸發器約束使用構造型約束使用構造型表示表示,它可以加在一它可以加在一個操作名前面，以表示該操作是一個觸發器。個操作名前面，以表示該操作是一個觸發器。n存儲過程存儲過程 (Stored Procedure) 是一種對數據庫進行數據是一種對數據庫

29、進行數據操作和運算的程序過程操作和運算的程序過程, ,是經過事先編譯的存儲在數據庫內部是經過事先編譯的存儲在數據庫內部的過程。一個存儲過程可以是依附于某個表的，也可以是獨的過程。一個存儲過程可以是依附于某個表的，也可以是獨立的。立的。 在數據庫建模中，一個或多個存儲過程可以組織成存儲過在數據庫建模中，一個或多個存儲過程可以組織成存儲過程集，用帶有構造型程集，用帶有構造型的類圖標表示，在其的類圖標表示，在其中的操作框中列出每個存儲過程的名稱、參數和類型，并在中的操作框中列出每個存儲過程的名稱、參數和類型，并在前面標記前面標記。8.4 關系數據庫物理設計關系數據庫物理設計 主要任務是創建必需的表空

30、間和數據庫，并把它們配主要任務是創建必需的表空間和數據庫，并把它們配置到適當的物理節點上。置到適當的物理節點上。 （1）首先創建表空間首先創建表空間，然后根據表所存儲的數據的特點、，然后根據表所存儲的數據的特點、數據量的大小，以及對數據存取特性的要求，把全部的數據量的大小，以及對數據存取特性的要求，把全部的表劃分成幾個組，將每組存入一個或幾個表空間。一個表劃分成幾個組，將每組存入一個或幾個表空間。一個表空間可以存儲多個表，一個表的數據也可分散于多個表空間可以存儲多個表，一個表的數據也可分散于多個表空間，視具體情況而定。表空間，視具體情況而定。n在表空間的基礎上在表空間的基礎上, ,進一步進一步

31、創建數據庫創建數據庫, ,并且按并且按照實際需要和實現環境照實際需要和實現環境, ,考慮將數據庫配置在考慮將數據庫配置在一個獨立的物理節點上一個獨立的物理節點上, ,還是與應用系統配置還是與應用系統配置在同一個節點上。在同一個節點上。8.5 網上書店的關系數據庫設計n基于基于UMLUML的關系數據庫設計一般分為的關系數據庫設計一般分為4 4個階段：個階段：業務業務Use Case模型設計模型設計：就是進行數據庫的需求分析，：就是進行數據庫的需求分析，使用用例圖等建立業務模型。使用用例圖等建立業務模型。邏輯數據模型設計邏輯數據模型設計：主要是確定應用系統所需要的持：主要是確定應用系統所需要的持久數據。使用類圖等建立數據庫邏輯模型。如果是關久數據。使用類圖等建立數據庫邏輯模型。如果是關系數據庫設計，則需要設計出表達持久數據的實體類系數據庫設計，則需要設計出表達持久數據的實體