Что такое нормализация баз данных, какие нормальные формы вы знаете и зачем она нужна?

Нормализация — это процесс организации данных в реляционной базе данных с целью уменьшения избыточности данных и устранения аномалий (проблем при вставке, обновлении и удалении данных).

Основная цель — разбить большие таблицы на меньшие, хорошо структурированные таблицы и определить связи между ними.

Основные нормальные формы (НФ):

1. Первая нормальная форма (1НФ):

   • Таблица является "плоской".
   • Все атрибуты (колонки) являются атомарными (неделимыми), то есть в одной ячейке не может быть нескольких значений.
   • Отсутствуют повторяющиеся группы столбцов (например, product1, product2).

2. Вторая нормальная форма (2НФ):

   • Таблица находится в 1НФ.
   • Все неключевые атрибуты полностью зависят от составного первичного ключа. Если первичный ключ простой (состоит из одного поля), таблица в 1НФ автоматически находится и во 2НФ.

3. Третья нормальная форма (3НФ):

   • Таблица находится в 2НФ.
   • Отсутствуют транзитивные зависимости. Это означает, что неключевые атрибуты не должны зависеть от других неключевых атрибутов.

Существуют и другие формы (НФ Бойса-Кодда, 4НФ, 5НФ), но на практике чаще всего достаточно приведения к 3НФ.

Пример:

Предположим, у нас есть таблица заказов:
Orders (OrderID, CustomerID, CustomerName, ProductID, ProductName, Quantity)

• 
  

  Проблема: CustomerName зависит от CustomerID, а ProductName — от ProductID. Это вызывает избыточность (имя клиента повторяется для каждого его заказа) и аномалии обновления (если клиент сменит имя, придется обновить все его заказы).

  
  

• Решение (приведение к 3НФ):

  1. Customers (CustomerID, CustomerName)
  2. Products (ProductID, ProductName)
  3. Orders (OrderID, CustomerID, ProductID, Quantity)

Компромиссы и денормализация:

• Преимущества нормализации: целостность данных, отсутствие избыточности, гибкость.
• Недостаток: для получения полных данных требуется больше операций JOIN, что может снижать производительность на больших объемах данных.

В некоторых случаях для повышения скорости чтения данных применяют денормализацию — умышленное нарушение нормальных форм для объединения данных в одной таблице и уменьшения количества JOIN'ов.